二进制乘法的核心原理是通过位移和加法实现,其本质与十进制乘法类似,只是进制从10变为2。具体步骤如下:
位移与加法结合 将乘数按二进制位分解(如 $2^n, 2^m, 2^k, ldots$),然后将被乘数依次左移对应位数(相当于乘以2),并将结果相加。例如:
$$
a times (2^n + 2^m + 2^k + ldots) = a leftlangle n rightrangle + a leftlangle m rightrangle + a leftlangle k rightrangle + ldots
$$
其中 $leftlangle n rightrangle$ 表示左移n位。
以具体例子说明
以 $0101 times 0110$ 为例:
- 将乘数 $0110$ 分解为 $2^2 + 2^1$,被乘数 $0101$ 分别左移2位和1位:
$$
0101 times 0110 = 0101 times (2^2 + 2^1) = 10100 , (2^2) + 1010 , (2^1)
$$
- 最终结果为 $110110$(二进制)或 $66$(十进制)。
硬件优化
CPU通常使用硬件乘法器加速计算,软件实现时可通过左移指令(如 `<<`)和加法指令高效完成,避免逐位相乘的低效操作。
总结:
二进制乘法通过分解乘数、位移被乘数并累加结果实现,其效率与硬件支持密切相关。