二进制负数的表示采用 补码形式,其计算过程可分为以下步骤:
一、补码的定义与计算方法
原码:
直接将数值按位取反(符号位不变),例如5的原码为 `00000101`,-5的原码为 `10000101`。
反码:
对原码除符号位外的所有位取反,例如5的反码为 `11111010`,-5的反码为 `11111010`。
补码:
在反码的基础上加1,例如-5的补码为 `11111011`。
二、以-5为例的详细步骤
原码:
- 正数5:`00000101`
- 负数-5:`10000101`
反码:
- 5的反码:`11111010`
- -5的反码:`11111010`(符号位保持为1)
补码:
- 反码加1:`11111010 + 1 = 11111011`
- 结果:-5的补码为 `11111011`
三、补码的用途
简化运算:补码使得加法运算统一为加法,无需单独处理负数。例如:
$$-5 + 3 = 11111011 + 00000011 = 10000010 (text{即}-2)$$
扩展表示范围:8位二进制可表示-128到127的整数,通过补码形式统一管理符号。
四、注意事项
符号位:最高位为符号位,0表示正数,1表示负数。
溢出处理:当反码加1产生进位时,结果会回绕到全0,表示负无穷或正无穷(需特殊处理)。
通过补码表示,计算机能够统一处理正负数运算,简化了硬件设计。