浮点加减法中什么时候左规什么时候右规

1、当尾数用二进制表示时,规格化的定义为:
1/2<∣M∣<11/2 < |M| < 11/2<M<1
对于正数,尾数M=00.1xxxx;对于负数,M=11.0xxxx。
如果符号位和小数点后第一位相等时,向左规格化,尾数左移,阶码减1。
2、如果出现溢出,即两符号位不等,则向右规格化,尾数右移,阶码加1。

例题:x=2011×0.11011,y=2101×(−0.10101)x=2^{011}\times0.11011, y=2^{101}\times(-0.10101)x=2011×0.11011,y=2101×(0.10101),假设尾数、阶码均以补码表示, 尾数7位(含2位数符),阶码5位(含2位阶符),求x+y
解:
[x]浮=00011,00.11011,[y]浮=00101,11.01011[x]_浮=00011,00.11011,[y]_浮=00101,11.01011[x]=00011,00.11011[y]=00101,11.01011
(1)对阶 ΔE=101−011=2\Delta E=101-011=2ΔE=101011=2,所以x尾数右移2位,[x]浮=00101,00.0011011[x]_浮=00101,00.0011011[x]=00101,00.0011011
(2)尾数求和 [x+y]浮=00101,11.1000111[x+y]_浮=00101,11.1000111[x+y]=00101,11.1000111
(3)规格化 因为符号位和小数点后第一位相等,所以向左规格化,尾数左移,阶码减1。[x+y]浮=00100,11.000111[x+y]_浮=00100,11.000111[x+y]=00100,11.000111
(4)舍入 采用0舍1入法(如果被移除的是1,则尾数末尾加1,如果是0,则不加) [x+y]浮=00100,11.00100[x+y]_浮=00100,11.00100[x+y]=00100,11.00100
(5)判溢 符号位相同,无溢出,x+y=2100×(−0.11100)x+y=2^{100}\times(-0.11100)x+y=2100×(0.11100)

### 原理 - **归**:在浮点运算里,归是指当尾数相加结果的最高位产生进位时,尾数需要向移动一位,同时阶码减 1。这样做是为了让尾数重新回到规格化的形式。例如,在二进制浮点运算中,若尾数相加后结果为 10.xxxx,此时就需要归,将尾数变为 1.xxxx,阶码相应减 1。 - **归**:归则是当尾数相加结果的绝对值小于 1 时,尾数需要向移动一位,同时阶码加 1。目的同样是使尾数达到规格化状态。比如,尾数相加结果为 0.01xxxx,就需要归,把尾数变为 0.1xxxx,阶码加 1。 ### 应用 - **归应用**:在高精度计算中,当进行浮点数的乘法或加法运算后,尾数可能会产生进位,这时就需要归操作来保证结果的准确性和规格化。在科学计算、金融计算等领域,高精度的浮点数计算是很常见的,归能避免因尾数溢出而导致的计算错误。 - **归应用**:在一些浮点数的除法运算或者在处理非常小的数值时,尾数可能会小于 1,此时归就可以使结果规格化。在信号处理、图像处理等领域,经常会处理一些数值范围跨度较大的数据,归有助于保持数据的一致性和可处理性。 ### 区别 - **运算方向**:归是尾数向移动,阶码减 1;归是尾数向移动,阶码加 1。 - **产生条件**:归是在尾数相加结果最高位产生进位时进行;归是在尾数相加结果绝对值小于 1 时进行。 - **对数值影响**:归会使阶码变小,数值整体变小;归会使阶码变大,数值整体变大。 ```python # 简单的模拟归和归的代码示例 # 假设浮点数用阶码和尾数表示 def left_normalize(mantissa, exponent): while mantissa >= 2: mantissa /= 2 exponent -= 1 return mantissa, exponent def right_normalize(mantissa, exponent): while mantissa < 1: mantissa *= 2 exponent += 1 return mantissa, exponent # 示例使用 mantissa = 4 exponent = 3 new_mantissa, new_exponent = left_normalize(mantissa, exponent) print(f"归后: 尾数 {new_mantissa}, 阶码 {new_exponent}") mantissa = 0.25 exponent = 3 new_mantissa, new_exponent = right_normalize(mantissa, exponent) print(f"归后: 尾数 {new_mantissa}, 阶码 {new_exponent}") ```
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