我在上一门计算机系统课程,在某种程度上,我一直在为“二的补充”而挣扎。我想了解它,但我所读到的一切并没有让我明白它的含义。我读过维基百科的文章和其他各种文章,包括我的课本。
什么是2的补数,我们如何使用它,它如何在强制转换(从有符号到无符号,反之亦然)、逐位操作和位移位操作等操作中影响数字?
我在上一门计算机系统课程,在某种程度上,我一直在为“二的补充”而挣扎。我想了解它,但我所读到的一切并没有让我明白它的含义。我读过维基百科的文章和其他各种文章,包括我的课本。
什么是2的补数,我们如何使用它,它如何在强制转换(从有符号到无符号,反之亦然)、逐位操作和位移位操作等操作中影响数字?
当前回答
补一词来源于完备性。在十进制世界中,数字0到9提供了一个数字或数字符号的补集(完整集)来表示所有的十进制数。在二进制世界中,数字0和1提供了一个数字的补数来表示所有二进制数。事实上,符号0和1必须用来表示所有东西(文本、图像等)以及正(0)和负(1)。 在我们的世界里,数字左边的空白被认为是零:
35=035=000000035.
In a computer storage location there is no blank space. All bits (binary digits) must be either 0 or 1. To efficiently use memory numbers may be stored as 8 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit, 128 bit representations. When a number that is stored as an 8 bit number is transferred to a 16 bit location the sign and magnitude (absolute value) must remain the same. Both 1's complement and 2's complement representations facilitate this. As a noun: Both 1's complement and 2's complement are binary representations of signed quantities where the most significant bit (the one on the left) is the sign bit. 0 is for positive and 1 is for negative. 2s complement does not mean negative. It means a signed quantity. As in decimal the magnitude is represented as the positive quantity. The structure uses sign extension to preserve the quantity when promoting to a register [] with more bits:
[0101]=[00101]=[00000000000101]=5 (base 10)
[1011]=[11011]=[11111111111011]=-5(base 10)
用作动词: 2的补语表示否定。这并不意味着消极。意思是如果负数变成正数;如果是正的就是负的。大小是绝对值:
if a >= 0 then |a| = a
if a < 0 then |a| = -a = 2scomplement of a
此功能允许使用先求负后加的有效二进制减法。 A -b = A + (-b)
1的补数的官方方法是每一位数用1减去它的值。
1'scomp(0101) = 1010.
这与逐个翻转或反转每一位是一样的。结果是- 0,这是不受欢迎的,所以给te 1的补码加上1就解决了这个问题。 要求2s的补,先求1s的补,然后加1。
Example 1 Example 2
0101 --original number 1101
1's comp 1010 0010
add 1 0001 0001
2's comp 1011 --negated number 0011
在这些例子中,否定也适用于符号扩展数。
添加: 1110进位111110进位 0110与000110相同 1111年 111111年 Sum 0101 Sum 000101
减法:
1110 Carry 00000 Carry
0110 is the same as 00110
-0111 +11001
---------- ----------
sum 0101 sum 11111
请注意,当使用2的补码时,数字左侧的空白区域对于正数用0填充,而对于负数用1填充。进位总是被加上,必须是1或0。
干杯
其他回答
到目前为止,许多答案都很好地解释了为什么2的补数被用来表示负数,但没有告诉我们2的补数是什么,尤其是没有告诉我们为什么加了一个“1”,而且实际上经常以错误的方式加。
这种混淆来自于对补数定义的不理解。补语是指使某物完整的缺失部分。
根据定义,n位数x以b为基数的基数补是b^n-x。
在二进制中,4由100表示,它有3位数字(n=3)和基数2 (b=2)。所以它的基数补是b^n-x = 2^3-4=8-4=4(或二进制的100)。
然而,在二进制中,求一个基数的补并不像求它的消简基数补那么容易,消简基数补定义为(b^n-1)-y,只比基数补小1。要得到一个减少的基数补,只需翻转所有的数字。
100 -> 011(减基数补位)
为了得到基数(2的)补,我们只需按定义加1。
011 +1 ->100(2的补码)。
现在,有了这个新的理解,让我们看看Vincent Ramdhanie给出的例子(见上面的第二个回答):
将1111转换为十进制: 这个数从1开始,所以它是负的,所以我们找到1111的补数,也就是0000。 0000加上1,得到0001。 将0001转换为十进制,即1。 应用符号= -1。 大作。
应理解为:
数字从1开始,所以是负的。所以我们知道它是x的一个2的补。为了找到由它的2的补表示的x,我们首先需要找到它的1的补。
x的2的补数是1111 x的补数:1111-1 ->1110; X = 0001,(翻转所有数字)
应用符号-,结果=-x =-1。
按位补一个数就是将其中的所有位翻转。对2的补位,我们翻转所有的位,加1。
对有符号整数使用2的补码表示,我们应用2的补码操作将正数转换为负数,反之亦然。因此,以nibbles为例,0001(1)变成1111(-1),并再次应用该操作,返回0001。
零处操作的行为有利于给出零的单一表示,而无需特别处理正零和负零。0000与1111互补,当1111加1时。溢出到0000,得到一个0,而不是一个正1和一个负1。
这种表示的一个关键优点是,用于无符号整数的标准加法电路在应用于它们时产生正确的结果。例如,在nibbles中添加1和-1:0001 + 1111,比特溢出寄存器,留下0000。
作为一个温和的介绍,优秀的Computerphile制作了一个关于这个主题的视频。
我喜欢lavinio的回答,但变换部分增加了一些复杂性。通常情况下,可以选择在保留符号位的情况下移动位,或者不保留符号位。这是将数字处理为有符号数字(-8到7表示小块,-128到127表示字节)或全范围无符号数字(0到15表示小块,0到255表示字节)之间的选择。
2对给定数的补数是1与1的补数相加得到的数。
假设我们有一个二进制数:10111001101
它的1的补位是:01000110010
它的2的补数是:01000110011
最简单的答案:
1111 + 1 =(1)0000。所以1111一定是-1。那么-1 + 1 = 0。
理解这些对我来说是完美的。