【笔记】二进制补码记数法

(《计算机科学概论 第11版》)
最左边一位为符号位,正数为0,负数为1;
正数从全为0开始加,负数从全为1开始减,系统所能表示的绝对值最大的数值为除符号位外都取反的值
eg.假设使用长度为4的位模式:
0111:7
0110:6
0101:5
0100:4
0011:3
0010:2
0001:1
0000:0
1111:-1
1110:-2
1101:-3
1100:-4
1011:-5
1010:-6
1001:-7
1000:-8

绝对值

从右往左读,遇到的第一个1及其右侧的数字全部复制、左侧数字全部取反,所得即为原数绝对值——因此知道正数便可以表示出它的负数来了

加法

左边产生的任何一个附加位都要删除
eg.0111(7)+1011(-5)=10010=0010(2)
它展示了二进制补码记数法的一个主要优点:任何带符号数字组合的加法都可以利用相同的算法,于是也就可以用相同的电路

溢出

检查答案的符号位就可以发现溢出的条件。如果两个正数相加得到负数,则溢出

### 4位和8位二进制补码的概念 在计算机科学中,为了有效地表示有符号整数并简化加法器的设计,采用了二进制补码表示法。这种编码方式允许机器使用相同的硬件电路来进行无符号数和带符号数之间的加减操作。 #### 4位二进制补码 对于4位系统而言,能够表达的数值范围是从-8到7。具体来说: | 十进制 | 二进制补码 | |--------|------------| | -8 | `1000` | | ... | ... | | -1 | `1111` | | 0 | `0000` | | 1 | `0001` | | ... | ... | | 7 | `0111` | 当最高有效位(MSB)为1时,则该数被认为是负数;而如果MSB为0,则认为是非负数[^1]。 要获得某个正整数n对应的4位二进制补码形式,只需将其转换成普通的4位二进制即可。而对于一个负整数-n,在求其补码之前先计算它的绝对值|n|的原码,接着对该原码按位取反再加一得到最终的结果。 ```c++ // C++ example to convert decimal to 4-bit two's complement int dec_to_4bit_twos_complement(int n) { int result; if(n >= 0 && n <= 7){ // Positive numbers directly converted into binary. result = n; }else{ // For negative numbers, calculate absolute value, // invert bits and add one. result = (~abs(n)) + 1; } return result % 16; // Ensure it fits within 4 bits by modulo operation with base(2^4). } ``` #### 8位二进制补码 同样的原理适用于更宽泛的数据宽度,比如常见的8位字节。此时可表示的范围扩大到了−128至127之间。下表展示了部分对应关系: | 十进制 | 二进制补码 | |--| | -128 | `10000000` | | ... | ... | | -1 | `11111111` | | 0 | `00000000` | | 1 | `00000001` | | ... | ... | | 127 | `01111111` | 同样地,通过改变最左边的一位来区分正值还是负值,并遵循上述提到的方法完成从十进制向八位二进制补码的转变过程。 ```python def dec_to_8bit_twos_complement(n): """Convert a given integer 'n' (-128 ≤ n ≤ 127) to its equivalent 8-bit two’s complement.""" if not(-128 <= n <= 127): raise ValueError("Input out of range.") mask = 0xFF # Equivalent to eight ones in binary form if n < 0: n = ((~n)+1)&mask return format(n,'08b')[-8:] # Ensures output is always an 8-character string padded with leading zeros as necessary. print(dec_to_8bit_twos_complement(-5)) # Output should be "11111011" ```
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值