机器数的原码与补码
在计算机系统中,正负数的表示通常有两种不同的编码方式:原码 (True Form) 和补码 (Two’s Complement),这两种编码方式都是基于二进制数字系统,但是它们处理正负数的方式有所不同。
原码 (True Form)
原码是一种直观的表示方法,其中最高位用作符号位(0代表正,1代表负),其余位表示数值的绝对值,8位二进制的原码表示如下:
数值 | 原码表示 |
+0 | 00000000 |
0 | 10000000 |
+7 | 00000111 |
7 | 10000111 |
原码的优点是非常直观,缺点是在进行加减运算时需要对符号位进行特殊处理,并且存在+0和0两种表示,这对于某些计算场景可能是不希望的。
补码 (Two’s Complement)
补码是计算机中最常用的表示方法,它设计的初衷是为了简化二进制的加法和减法运算,在补码表示中,正数的表示与原码相同,但负数是通过取其正值的二进制反码(每一位取反)然后加1得到的,8位二进制的补码表示如下:
数值 | 补码表示 |
+0 | 00000000 |
0 | 00000000 |
+7 | 00000111 |
7 | 11111001 |
对于7,我们首先得到+7的原码00000111,然后取反得到11111000,最后加1得到11111001。
补码的优点包括:
1、符号位可以像其他位一样参与运算,不需要特殊处理。
2、消除了+0和0的问题,只有一个0的表示。
3、简化了算术运算电路的设计,因为加减运算可以用同一套电路处理。
上文归纳
现代计算机普遍使用补码来表示和存储整数,因为它简化了计算机的运算逻辑和电路设计,尽管原码更直观,但它在计算机硬件中的实际应用较少,主要是因为它在进行算术操作时不如补码高效。
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