二进制负数采用补码表示法的原因及加法运算规则如下:
一、补码表示法的核心优势
简化运算规则 补码将减法转化为加法,避免处理正负数差异。例如,计算-1+1时,补码运算为`0xFF + 0x01 = 0x00`,直接舍弃进位即可得到正确结果。
统一加法器设计
所有数值(无论正负)均可直接使用相同的加法器硬件实现,无需区分符号位,简化了计算机底层电路设计。
避免溢出歧义
补码系统通过进位处理溢出,例如8位补码可表示-128到127的整数,而原码系统无法区分+0和-0。
二、补码的生成规则
原码转反码
取绝对值的二进制位逐位取反(0变1,1变0)。例如,-6的原码为`1000 0110`,反码为`1111 1001`。
反码加1
在反码基础上加1得到补码。例如,-6的补码为`1111 1001 + 1 = 1111 1010`。
三、加法运算示例
正数与负数相加: 如`0x00 + 0xFF = 0x00`(补码加法直接按位相加)。
负数与负数相加:如`0xFF + 0x01 = 0x00`,舍弃进位后结果为0。
正数与负数相加:如`0x01 + 0xFF = 0xFF`,直接按位相加。
四、总结
补码通过硬件简化运算逻辑,同时扩展了可表示的负数范围,是计算机系统中广泛采用的负数表示方法。