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二进制算数运算

二进制算术运算
你好,在数字计算机和其它数字系统中,都会涉及到二进制算术运算。
这一节主要介绍二进制加法、二进制减法、二进制乘法、二进制除法以及二进制反码、补码等知识。

一 二进制加减乘除
前面二进制的加减乘除这部分比较基础,也很直接,我就直接复制粘贴老师的PPT了。

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二 原码、反码和补码
在数字系统中,表示二进制数的方法有三种,原码、反码和补码。
二进制数的补码是这样定义的,最高位为符号位,正数为0,负数为1.
正数的补码和它的原码相同;负数的补码对原码逐位取反,再在最低位上加1得到。
下图是两个例子,
+45的二进制数为101101,如图所示,在最高位前面加上符号位0,即形成+45的补码0101101.
为了得到十进制数-45的补码,只要对+45的补码0101101求反加1,即1010011.

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值得注意的是,n位补码表示的二进制数,其可以表示的最大十进制数正数为2的n-1次方再减一,可以表示的最小负数为-2的n-1次方。
例如,8位补码可以表示的最大二进制正数为0111 1111.即十进制数 2^7-1 = 127.
可以表示的最小二进制负数为1000 0000,即十进制数 -2^7 = -128.


这里强调一下,-128的补码是1000 0000,这是怎么来的呢,如果想按照前面的推导,我们是推导不出来的。其实-128、-8等是很特殊的数字,它的8位补码就是1000 0000,是人为规定的,我们记住就好了。实在想理解的话,可以参考这篇文章,此作者就此问题作了十分清晰的阐述,读来受益匪浅。
担心这篇文章以后变成了404,所以这里也部分截图放上来。

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继续讨论原来的内容。
用补码来表示有符号数,使得我们可以用加法来实现减法。下面分四种情况来讨论。
这四种情况还是直接复制老师的PPT,

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注意:当两个正数或者两个负数相加时,可能会产生溢出,例如用-9加-8,采用五位补码,相加结果位01111,即十进制数+15,结果发生错误,原因是5位补码能表示的十进制数范围,为-16到15,而(-9)+(-8) = -17,已经溢出了。下图的第二个例子,9+8=17,溢出的原因也是相同的。

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这一节就到这里。
本节复习中遇到了一个很绕人的问题,是关于-128的补码的问题。复习时请注意这一点。
二进制算术运算部分就到这里结束了。



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玄元一墨

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