补码的加减运算和溢出判断

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补码的加减运算和溢出判断

2023-06-25 08:57| 来源: 网络整理| 查看: 265

补码的加减运算

定义:两个操作数用补码表示,连同符号位一起表示,结果也用补码表示

补码的加减运算公式:(X+Y)补 = X补 + Y补                 (X-Y)补 = X补 + (-Y)补

可以看到,无论是加法还是减法,最后都会转换成加法操作,那是因为在电路中通常使用加法器

下面我们来看看具体的例子

1.加法

这是最简单的一种情况,就是直接用补码相加,最高位有进位直接舍弃

9+3 = 01001 + 00011                                      (-9) + (-3)  = 10111 + 11101

                                

 2.减法

首先介绍变补的概念

变补是指减法运算中把求(-Y)的方法,变补的操作:补码连同符号位取反加1

直接看例子吧

第一题3的补码是00011,变补是11101        (答案是00110,上面印刷错误)

第二题-3的补码是11101,变补是 00011

第三题9的补码是01001,变补是10111

这里注意,正数的补码就是它的原码,不要把正数的补码算错了

溢出判断

由于机器数表示的范围是有限的,所以会存在溢出的情况。比如四位的机器数(含符号位),表示的范围是 -8~7,如果 4+4 就会超过这个范围 0100+0100 = 1000 ,得到的结果就是-8,此时发生了溢出。

溢出分为上溢和下溢,我们可以发现,只有正数加正数才可能发生上溢,负数加负数才会出现下溢。为了判断溢出我们可以用下面几种方法

1.符号位判断

         上面的式子是一个逻辑表达式,A,B,S分别表示两个加数和结果的符号,比如 01001 + 00011 = 01100(9+3=12),A=0,B=0, C=0。这是一个逻辑表达式,学过数电和离散的应该比较熟悉,当然高中数学也可以理解这个。这里的乘法相当于与,加法相当于或,当结果为0,表示无溢出,结果为1,表示溢出。比如上面那个式子,0*0*1 + 1*1*0 = 0 + 0 =0,无溢出。

        这种做法在我们看来也许有一点麻烦,但在电路设计中,与或非恰好是最基础的三种门电路,所以这种方法在电路中更容易实现

2.最高位和符号位的进位判断

当数值的最高位的进位和符号位的进位不同时,则发生了溢出;相同则没有发生溢出

当用异或来表示的时候,结果为1表示发生了溢出,结果为0表示无溢出

 

 3.双符号位判断

双符号位:用00表示正,11表示负

如果计算结果的符号位是01或10,则表示发生了溢出,其中01表示发生了正溢,10表示发生了负溢。

 同样也可以用异或判断,将双符号位的两个数做异或运算,结果0为溢出,1为未溢出。



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