為什么8位有符號(hào)定點(diǎn)數(shù)的表示范圍是-128~127?

本文寫(xiě)作時(shí)長(zhǎng)3小時(shí)

計(jì)算機(jī)中,定點(diǎn)數(shù)的表示法有三種:原碼,反碼,補(bǔ)碼。99%的計(jì)算機(jī)使用補(bǔ)碼表示。

由于無(wú)符號(hào)定點(diǎn)數(shù)的原碼,反碼,補(bǔ)碼都是一樣的,所以也所謂什么原反補(bǔ)了。

原碼

有符號(hào)數(shù)的原碼表示

最高位為符號(hào)位,其余位數(shù)表示數(shù)值
符號(hào)位占據(jù)位7(第8位),剩余7位表示值

正數(shù)部分

最大為0111 1111,十進(jìn)制為127
0000 00000111 1111+0+127,共128個(gè)數(shù)

負(fù)數(shù)部分

最小為1111 1111,十進(jìn)制為-127
1111 11111000 0000,-127-0,共128個(gè)數(shù)

0的表示法

1000 0000 ,十進(jìn)制為-0
0000 0000,十進(jìn)制為+0
0的表示法用原碼有兩種形式,這是不行的

關(guān)于運(yùn)算

試試用原碼進(jìn)行1+(-1)運(yùn)算

0000  0001
1000  0001
1000  0002

結(jié)果等于-2,wrong

假定+0-0是兩個(gè)數(shù)
8位有符號(hào)數(shù)的原碼可以表示256個(gè)數(shù)
然而+0-0是沒(méi)有意義的,認(rèn)為是一個(gè)數(shù)的話,就是255個(gè)數(shù)

無(wú)符號(hào)數(shù)的原碼表示

由于沒(méi)有符號(hào)位,所以8位都是數(shù)值位
最小0000 0000,十進(jìn)制為0
最大1111 1111,十進(jìn)制為255
范圍是0~255,共256個(gè)數(shù)

反碼

反碼規(guī)定:正數(shù)部分的反碼與原碼相同,負(fù)數(shù)部分的反碼除去符號(hào)位各位取反

有符號(hào)數(shù)的反碼表示
負(fù)數(shù)部分

原碼表示
1111 11111000 0000
所以反碼(去除符號(hào)位,各位取反)為
1000 00001111 1111

正數(shù)部分

原碼表示
0000 00000111 1111
反碼(和原碼相同)為
0000 00000111 1111

范圍是1000 0000~0111 1111-127~127
也是256個(gè)數(shù)

關(guān)于0的表示

反碼的0也有兩種
1111 11110000 0000
看來(lái)反碼也不行啊 (○′?д?)? <table>

關(guān)于運(yùn)算

看看1+(-1)的問(wèn)題解決了嗎

0000  0001
1111  1110
1111  1111

等于0,運(yùn)算問(wèn)題解決了,但是0的表示法的問(wèn)題依舊沒(méi)有解決

無(wú)符號(hào)數(shù)的反碼表示

與原碼相同

補(bǔ)碼

補(bǔ)碼規(guī)定:正數(shù)部分的補(bǔ)碼與原碼相同,負(fù)數(shù)部分的補(bǔ)碼為除去符號(hào)位反碼+1

有符號(hào)數(shù)的補(bǔ)碼表示
負(fù)數(shù)部分

原碼
1111 11111000 0000
反碼(去除符號(hào)位,各位取反)
1000 00001111 1111
補(bǔ)碼 (反碼+1)
1000 00011000 0000(溢出)

正數(shù)部分

原碼表示
0000 00000111 1111
反碼(和原碼相同)為
0000 00000111 1111
補(bǔ)碼(和原碼相同)
0000 00000111 1111

關(guān)于0的表示

按照這個(gè)規(guī)則其實(shí)0的表示還是兩種
1000 00000000 0000

只不過(guò),1000 0000規(guī)定為-128
所以0的表示就唯一了

負(fù)數(shù)部分:1000 0000、1000 00011111 1111
就是 -128,-127-1,所以就是-128-1
正數(shù)部分:0000 00000111 1111
就是0127

整體就是-128-127,嗯,可以

關(guān)于運(yùn)算

1+(-1)

0000  0001
1111  1111
0000  0000(溢出)

剛好是0000 0000

至此,運(yùn)算問(wèn)題解決,0的表示問(wèn)題解決。那就補(bǔ)碼了。

為什么要有原碼,反碼,補(bǔ)碼?

有很多原因,只單單從本文角度簡(jiǎn)單地來(lái)說(shuō)
原碼:解決數(shù)值的符號(hào)問(wèn)題
反碼:解決相同數(shù)值正負(fù)相加不等于0的問(wèn)題
補(bǔ)碼:解決0的表示不唯一的問(wèn)題

參考鏈接:
https://www.zhihu.com/question/20159860/answer/71256667

注意:
** 補(bǔ)碼的推導(dǎo)過(guò)程(本文,以及絕大多數(shù)教材)并不完全正確。如果單單從上述觀點(diǎn)去理解補(bǔ)碼,是理解不了補(bǔ)碼的,上述觀點(diǎn)只是從結(jié)果的某一方面來(lái)說(shuō),簡(jiǎn)單粗暴的進(jìn)行補(bǔ)碼推導(dǎo)。**

假如從原理來(lái)講,先看這個(gè),以后再做補(bǔ)充
https://www.zhihu.com/question/28685048/answer/41735701

理解有限,歡迎指正!

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