原码,反码,补码各有什么作用呀
正负数,在计算机中存放的格式,就是补码。
计算机中,并没有原码和反码,也就不必关心它们了。
下面,针对补码,给出解释。
比如,有一个小孩,很小的。
他只认识 100 个数(0~99),也不会做减法。
那么,就可以告诉他:“减一”,就用“加 99”算吧。
36 - 1 = 35
36 + 99 = (1) 35
忽略进位的 100,结果不是一样的吗?
那么,就是说:
99,就是-1 的补数。
98,就是-2 的补数。
。。。
利用“补数”,就可把“减法”转为“加法”。
利用这个特点,计算机中,仅需一个“加法器”,就够用了。
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在计算机中,是以二进制存放各种信息的,统称为:代码。
八位,作为一个计算单位。
范围是:0000 0000 ~ 1111 1111。
写成十进制,就是:0~255。
共有 256 个代码。--这个数字,称为:模。
那么:
1111 1111(255),就是-1 的补码。
1111 1110(254),就是-2 的补码。
。。。
1000 0000(128),就是-128 的补码。
求负数的补码,就是这么简单。
而零和正数,直接参加运算即可,用不着求补码。
因此,下面就是补码的定义式。
零和正数的补码: 就是该数字本身。
负数的补码: 就用“模”,加上该负数。
模,就是代码的总个数。
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原码和反码,则毫无意义。
所以,在计算机中,并没有它们的存在。
计算机中所使用的,是二进制数。
这些二进制数,可以代表:数字、英文字符、汉字、声音、图像等等。
8 位 2 进制的计数范围是:0000 0000~1111 1111。
对应的十进制是:0 ~ 255。
计数周期,则是:2^8 = 256。
这些二进制数字,都是正数。
实际上,正数,也可以代表负数的。
比如,
钟表的时针,正拨 9 小时,可以代表倒拨 3 小时。
算法是:+9 =-3 + 周期 12。
如果是分针,周期就应该是 60。
如果是 2 位 10 进制(0~99),计数周期就是 10^2 = 100。
此时,25 - 1 = 24,
25 + 99 = (一百) 24。
舍弃超出 2 位的进位,+99 就可以代表-1 进行运算。
算法是:正数=负数+周期 (10^2)。
这里的正数,可以称为:负数的补数。
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同理,计算机中的正数,也可以代表负数。
算法仍然是:正数=负数+周期(2^8)。
这里的正数,就被称为:负数的补码。
-1 的补码就是 255 = 1111 1111 (二进制)。
-2 的补码就是 254 = 1111 1110 (二进制)。
。。。
而正数,本身就是正数,就不需要转换了。
因此,也可以说,正数,并没有补码。
采用了补码之后,在计算机中,就没有负数了,
而且,也就没有了减法运算。
因此,采用了补码,就可以简化计算机的硬件。
原码和反码,都没有这种功能。
所以,在计算机系统中,负数,一律采用补码表示和存储。
原码和反码,都是不存在的。
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符号位原码反码和取反加一,这些,都是没有任何用处的。
老外整出这些垃圾,数学不好的特点,可见一斑。
有了数值的表示方法就可以对数进行算术运算,但是很快就发现用带符号位的原码进行乘除运算时结果正确,而在加减运算的时候就出现了问题,如下:假设字长为8bits
(1) 10 - (1)10 = (1)10 + (-1)10 = (0)10
(0 0000001)原 + (1 0000001)原 = (1 0000010)原 = ( -2 ) 显然不正确。
因为在两个整数的加法运算中是没有问题的,于是就发现问题出现在带符号位的负数身上。对除符号位外的其余各位逐位取反就产生了反码。反码的取值空间和原码相同且一一对应。下面是反码的减法运算:
(1)10 - (1)10 = (1)10 + (-1)10 = (0)10
(0 0000001)反 + (1 1111110)反 = (1 1111111)反 = ( -0 ) 有问题。
(1)10 - (2)10 = (1)10 + (-2)10 = (-1)10
(0 0000001)反 + (1 1111101)反 = (11111110)反 = (-1) 正确。
问题出现在(+0)和(-0)上,在人们的计算概念中零是没有正负之分的。(印度人首先将零作为标记并放入运算之中,包含有零号的印度数学和十进制计数对人类文明的贡献极大)。
于是就引入了补码概念。负数的补码就是对反码加一,而正数的补码不变,正数的原码反码补码是一样的。在补码中用(-128)代替了(-0),这个是人为规定的,所以补码的表示范围为:
(-128~0~127)共256个。
注意:(-128)没有相对应的原码和反码, (-128) = (1 0000000) 补码的加减运算如下:
(1)10 - (1)10 = (1)10 + (-1)10 = (0)10
(0 0000001)补 + (1 1111111)补 = (0 0000000)补 = ( 0 ) 正确。
(1)10 - (2)10 = (1)10 + (-2)10 = (-1)10
(00000001)补 + (11111110)补 = (11111111)补 = (-1) 正确。
所以补码的设计目的是:
⑴ 使符号位能与有效值部分一起参加运算,从而简化运算规则。补码机器数中的符号位,并不是强加上去的,是数据本身的自然组成部分,可以正常地参与运算。
⑵ 使减法运算转换为加法运算,进一步简化计算机中运算器的线路设计。
所有这些转换都是在计算机的最底层进行的,而在我们使用的汇编、c等其他高级语言中使用的都是原码。