组成原理 补码

原码反码和补码都是计算机中表示数字的一种编码，维基百科上说

编码是信息从一种形式或格式转换为另一种形式的过程。

其实，计算机内部使用二进制，n位的二进制一共可以表示2^n个不同的数字，至于具体哪个二进制序列对应哪个数字，原则上可以随意。

例如，我们可以编码 00代表数字2  01代表数字3 10代表7 11代表9 ……

但是实际应用时，必须考虑到这种编码可以给应用带来方便。相信没有人会设计上图中的编码 ==因为这种编码需要制定每一个数字的编码，而且面对编码根本不知道表示的是哪个数字，只有查表……

从这个扯淡的例子中，我们看到编码必须有一定的规律性，最好能够直接从编码计算得到表示的数字。

计算机采用二进制，而一个数字也可以写成二进制形式，这种一一对应关系恰好可以用于编码。

我们先看一下关于进制的知识：

我们平时使用的数字是十进制，它的全称是10进位计数制，它以10为基数，有0到9 十个符号，进位规律是“逢十进一”，它在表示一个数时，不同的位上的数字的含义是不同的。例如，个位上的3表示3  而十位上的3就表示3*10 。

与十进制类似，以2为基数（有两个符号0 1）的进位计数制称为二进制。

我们以二进制数字1011001.1011为例，二进制数字上的每一位的位权如下图所示

1011001.1011的十进制形式 为 64 + 16 + 8 + 1 + 1/2 + 1/8 + 1/16 = 89.6875

使用数字的二进制形式在计算机中表示数字，对于一个正数，例如6 ，（6=4+2+0）我们可以很快写出它的二进制形式110 。但是对于负数-6，二进制形式为-110，但是计算机并不认识负数（-）。一个很自然的想法是，用一位二进制0或1分别表示正数和负数（其实也可以用其他方式，只要区分就可以，但这种方式是最方便自然的）。我们把这一个标示符号的为叫做符号位，而数字6的表示部分叫做数值位。

加上符号位之后，6就可以在计算机内表示为0110 ，而 -6可以表示为1110 。(这是用4位表示的情况)

这就是原码，由符号位加上数字绝对值的二进制形式作为数值位表示。

原码对人来说阅读起来十分方便，但是对计算机来说，却有着不少缺点。

由于用原码计算的时候要单独考虑符号位，比较麻烦，于是人们开始探索将符号位一起进行运算的方法。

反码的定义：正数的反码就是他的原码，负数的反码是他的原码的数值位取反~符号位仍为1.

使用反码表示后，符号位可以一起参与运算，不过有着一些缺点

由于这些缺点，反码的应用大大不如补码。

使用原码的时候，正数加负数，实际却要进行减法，而负数减负数，实际却要进行加法，这是十分复杂的。引入补码的目的是方便的实现运算器对于有符号数的加减法运算。

补码是建立在“模”的概念的基础上的。模可以理解为一个量程，一个范围，当运算超出模的范围的时候会循环到最开始。

以钟表为例，要把时针从2点移动到4点，既可以顺时针转2小时，也可以逆时针转10小时。

为什么逆时针转10小时也能达到这种效果呢，这就是这种循环特性造成的。

由此我们可以说，对于模12来说

4 = 2 + 2 （mod 12）

4 = 2 +（-10） （mod 12）

也就是说模12的情况下对2进行+2 和 -10 效果是一样的。我们说2和-10对模12互补。

同理，在这个钟表上，-1和+11是一样的，-5和+7的结果是一样的。

所以计算的时候 -6 可以看做+6    -3可以看做+9

再想一下，在这个表上，一个数如果减去一个小余模12的数，相当于加上（12-这个数）

因此，可以把减法转换为加法。

以3位为例

3位的二进制可以表示8个数字，其中分为两部分，负数和非负数。0和正数的补码就是它们的原码，而负数的补码就要是它们的绝对值相对于2^4的补码。

-1的绝对值 1 它的补码 就是相对于1 000 来说的补码 1000 – 1 = 111

-2的绝对值 10 它的补码 1000 – 10 = 110

-3的绝对值 11 补码 1000 – 11 = 101

-4的绝对值 100 补码 1000-100=100

用多少个位表示补码，它的模就是1后面有多少个0 。例如用8位表示，它的模就是1 0000 0000 = 2^8

用这个表示的时候 如果计算3-2 ，可以计算3 + （-2）

用他们的补码计算  011 + 110 = 1001 由于只有3位 第4位舍去，结果正好是001 也就是1

补码只是一种相对合理的编码方案，对于人来说可以用补码的形式求出，但是对于计算机来说却不好操作。所以人们又研究出了许多种求补码的方法。

移码就是将x加上一个常数，相当于在数轴上向右平移了一段距离。

常用的移码距离是2^n 。

移码可以这样理解，本来-128 到 127 256个数字都是用-128和127表示，但是经过移码后，-128到127依次映射为0-255

对于补码，它的移码就是最高位翻转，这样0表示负数 1表示正数，利于判断大小，被用在浮点表示中。

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