[编程]关于汇编语言的负数的表示以及运算

本人这几天都在想关于机器怎么表示负数和其怎么运行负数的运算
还有就是补码的原理始终搞不明白
望高手详细解答一遍 好让小弟弄个明白

数在计算机中是以二进制形式表示的。
数分为有符号数和无符号数。
原码、反码、补码都是有符号定点数的表示方法。
一个有符号定点数的最高位为符号位,0是正,1是副。

以下都以8位整数为例,

原码就是这个数本身的二进制形式。
例如
0000001 就是+1
1000001 就是-1

正数的反码和补码都是和原码相同。

负数的反码是将其原码除符号位之外的各位求反
[-3]反=[10000011]反=11111100
负数的补码是将其原码除符号位之外的各位求反之后在末位再加1。
[-3]补=[10000011]补=11111101
一个数和它的补码是可逆的。

为什么要设立补码呢?

第一是为了能让计算机执行减法:
[a-b]补=a补+(-b)补

第二个原因是为了统一正0和负0
正零:00000000
负零:10000000
这两个数其实都是0,但他们的原码却有不同的表示。
但是他们的补码是一样的,都是00000000
特别注意,如果+1之后有进位的,要一直往前进位,包括符号位!(这和反码是不同的!)
[10000000]补
=[10000000]反+1
=11111111+1
=(1)00000000
=00000000(最高位溢出了,符号位变成了0)

有人会问
10000000这个补码表示的哪个数的补码呢?
其实这是一个规定,这个数表示的是-128
所以n位补码能表示的范围是
-2^(n-1)到2^(n-1)-1
比n位原码能表示的数多一个

又例:
1011
原码:01011
反码:01011 //正数时,反码=原码
补码:01011 //正数时,补码=原码

-1011
原码:11011
反码:10100 //负数时,反码为原码取反
补码:10101 //负数时,补码为原码取反+1

0.1101
原码:0.1101
反码:0.1101 //正数时,反码=原码
补码:0.1101 //正数时,补码=原码

-0.1101
原码:1.1101
反码:1.0010 //负数时,反码为原码取反
补码:1.0011 //负数时,补码为原码取反+1

总结:
在计算机内,定点数有3种表示法:原码、反码和补码

所谓原码就是前面所介绍的二进制定点表示法,即最高位为符号位,“0”表示正,“1”表示负,其余位表示数值的大小。

反码表示法规定:正数的反码与其原码相同;负数的反码是对其原码逐位取反,但符号位除外。

补码表示法规定:正数的补码与其原码相同;负数的补码是在其反码的末位加1。

1、原码、反码和补码的表示方法

(1) 原码:在数值前直接加一符号位的表示法。

例如: 符号位 数值位

[+7]原= 0 0000111 B

[-7]原= 1 0000111 B

注意:a. 数0的原码有两种形式:

[+0]原=00000000B [-0]原=10000000B

b. 8位二进制原码的表示范围:-127~+127

2)反码:

正数:正数的反码与原码相同。

负数:负数的反码,符号位为“1”,数值部分按位取反。

例如: 符号位 数值位

[+7]反= 0 0000111 B

[-7]反= 1 1111000 B

注意:a. 数0的反码也有两种形式,即

[+0]反=00000000B

[- 0]反=11111111B

b. 8位二进制反码的表示范围:-127~+127

3)补码的表示方法

1)模的概念:把一个计量单位称之为模或模数。例如,时钟是以12进制进行计数循环的,即以12为模。在时钟上,时针加上(正拨)12的整数位或减 去(反拨)12的整数位,时针的位置不变。14点钟在舍去模12后,成为(下午)2点钟(14=14-12=2)。从0点出发逆时针拨10格即减去10小 时,也可看成从0点出发顺时针拨2格(加上2小时),即2点(0-10=-10=-10+12=2)。因此,在模12的前提下,-10可映射为+2。由此 可见,对于一个模数为12的循环系统来说,加2和减10的效果是一样的;因此,在以12为模的系统中,凡是减10的运算都可以用加2来代替,这就把减法问 题转化成加法问题了(注:计算机的硬件结构中只有加法器,所以大部分的运算都必须最终转换为加法)。10和2对模12而言互为补数。

同理,计算机的运算部件与寄存器都有一定字长的限制(假设字长为8),因此它的运算也是一种模运算。当计数器计满8位也就是256个数后会产生溢 出,又从头开始计数。产生溢出的量就是计数器的模,显然,8位二进制数,它的模数为28=256。在计算中,两个互补的数称为“补码”。

2)补码的表示: 正数:正数的补码和原码相同。

负数:负数的补码则是符号位为“1”,数值部分按位取反后再在末位(最低位)加1。也就是“反码+1”。

例如: 符号位 数值位

[+7]补= 0 0000111 B

[-7]补= 1 1111001 B

补码在微型机中是一种重要的编码形式,请注意:

a.采用补码后,可以方便地将减法运算转化成加法运算,运算过程得到简化。正数的补码即是它所表示的数的真值,而负数的补码的数值部份却不是它所表示的数的真值。采用补码进行运算,所得结果仍为补码。

b.与原码、反码不同,数值0的补码只有一个,即 [0]补=00000000B。

c.若字长为8位,则补码所表示的范围为-128~+127;进行补码运算时,应注意所得结果不应超过补码所能表示数的范围。
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第1个回答  2022-06-25

原码取反加一,这只是一个方法,并不是补码的定义。

补码的来源,并不是什么原码反码符号位以及取反加一。

学习取反加一,确实是【不能理解补码的意义】。

补码,其实,是一个“代替负数运算的”的正数。

借助于补码,减法,就可以用加法代替。

使用补码,就能统一加减法,从而,就简化了计算机硬件。

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为什么正数(补码)能够代替负数呢?

用十进制来说明,比较容易理解。

如果限定【仅用 2 位 10 进制数】,就可以发现:

  24 - 1 = 23

  24 + 99 = (一百) 23

要求保留 2 位数,进位,就舍弃了。

此时,+99 就和-1 是等效的。

+99,就称为-1 的补数。

+98,是-2 的补数。

。。。

如果,使用 3 位 10 进制数,-1 的补数,就是+999 了。

求补数的公式:

  补数 = 负数 + 10^n, n 是位数。

式中的 10^n,是 n 位 10 进制数的计数周期。

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计算机使用 2 进制,补数,就改称为:补码。

在计算机中,CPU 的每次计算,其位数,也是固定的。

八位机,就是八位,16 位机就是 16 位。

一个字节,是 8 位 2 进制。共有 2^8 = 256 组代码。

其范围是:0000 0000~1111 1111 (十进制 255)。

此时,-1 的补码,就是 255 (1111 1111)。

同理,-2 的补码是 254 (1111 1110)。

。。。

求补码的公式,仍然和十进制雷同:

  补码 = 负数 + 2^n, n 是位数。

式中的 2^n,是 n 位 2 进制数的计数周期。

只有负数,才需要用补码替换。

而正数,必须直接进行计算,不许变换。

所以,正数,就不必讨论补码的问题。

在 256 组二进制中,用 128 组来代替负数:-1~-128。

-1 的补码是:-1 + 2^8 = 255 = 1111 1111。

 。。。 

-128 的补码是:-128 + 2^8 = 128 = 1000 0000。 

以上,就是【补码的来源,以及存在的意义】。

不详之处,大家自己再补充吧。

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由求补码的公式:补码 = 负数 + 2^n。

就可以推出“绝对值取反加一”的简便方法。

注意:

只能推出“绝对值取反加一”,

而不是“原码取反加一,符号位不变”。

那么,“原码取反加一,符号位不变”是怎么来的? 不知道!

原码反码符号位,都没有理论基础,凭空说白话而已,完全属于无稽之谈。

一个零,在原码反码中,都指定了两个代码。

这样的代码,就是不合理的,所以,计算机根本就不使用这两种代码。

而且,-128 有八位的补码,却没有原码和反码。

那么,用“原码取反加一 ... ”,是不可能求出补码的!

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