原碼、反碼、補碼及移碼的作用與區別

weixin_34037977發表於2016-03-24
概念介紹:
計算機中的資訊都是以二進位制形式表示的,數值有正負之分,計算機就用一個數的最高位存放符號(0為正,1為負)。這就是機器數的原碼了。設機器能處理的位數為8。即字長為1byte,原碼能表示數值的範圍為(-127~-0 + 0~127)共256個。
 
有了數值的表示方法就可以對數進行算術運算。但是很快就發現用帶符號位的原碼進行乘除運算時結果正確,而在加減運算的時候就出現了問題,如下(假設字長為8bits): 
(1)10- (1)10 = (1)10 + (-1)10 = (0)10
(00000001)原 + (10000001)原 = (10000010)原 = (-2) 顯然不正確。
 
因為在兩個整數的加法運算中是沒有問題的,於是就發現問題出現在帶符號位的負數身上,對除符號位外的其餘各位逐位取反就產生了反碼。反碼的取值空間和原碼相同且一一對應。 
下面是反碼的減法運算:
(1)10 - (1) 10= (1) 10+ (-1) 10= (0)10
(00000001) 反+ (11111110)反 = (11111111)反 = (-0) 有點小問題。
(1)10 - (2)10 = (1)10 + (-2)10 = (-1)10
(00000001) 反+ (11111101)反 = (11111110)反 = (-1) 正確
 
問題出現在+0和-0上,在人們的計算概念中零是沒有正負之分的。於是就引入了補碼概念。 負數的補碼就是對反碼加一,而正數不變,正數的原碼反碼補碼是一樣的。在補碼中用(-128)代替了(-0),所以補碼的表示範圍為:(-128~0~127)共256個。
 
下面是補碼的加減運算:
(1) 10- (1) 10= (1)10 + (-1)10 = (0)10
(00000001)補 + (11111111)補 = (00000000)補 = (0) 正確
(1) 10- (2) 10= (1)10 + (-2)10 = (-1)10
(00000001) 補+ (11111110) 補= (11111111)補 = (-1) 正確
 
原碼、反碼、補碼都是有符號定點數的表示方法(日常生活中通常都使用有符號數,定點數對應的就是浮點數,即小數),反碼、補碼是為了簡化二進位制數的減法運算;
移碼常用來比較大小,一般會把浮點數的階碼用移碼錶示,說的再通俗一點,你把數值用移碼錶示出來可以一眼看出他們的大小。這樣很容易判斷階碼的大小,移碼可用於簡化浮點數的乘除法運算。
 
功能與目的:
 
反碼:解決負數加法運算問題,將減法運算轉換為加法運算,從而簡化運算規則;
補碼:解決負數加法運算正負零問題,彌補了反碼的不足。
總之,反碼與補碼都是為了解決負數運算問題,跟正數沒關係,因此,不管是正整數還是正小數,原碼,反碼,補碼都全部相同。
 
總結:
1、正數的原碼、補碼、反碼均為其本身;
2、負數(二進位制)的原碼、補碼、反碼公式:
    反碼 = 原碼(除符號位外)每位取反
    補碼 = 反碼 + 1
    反碼 = 補碼  - 1
    移碼 = 補碼符號位取反

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