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浮点数表示 和 补码表示

2011-05-10 23:15阅读:
一个浮点数a由两个数m和e来表示:a = m × b^e。在任意一个这样的系统中,我们选择一个基数b(记数系统的基)和精度p(即使用多少位来存储)。m(即尾数)是形如±d.ddd...ddd的p位数(每一位是一个介于0到b-1之间的整数,包括0和b-1)。如果m的第一位是非0整数,m称作规格化的。有一些描述使用一个单独的符号位(s 代表+或者-)来表示正负,这样m必须是正的。
当尾数用二进制数表示时,浮点规格化数定义尾数S应满足下面关系:
(I)对于正数,S应大于等于1/2,小于1,用二进制数表示为:
S=0.1******…(其中*为0或1)
(II)对于负数,如果尾数用原码表示,S应小于等于-1/2,大于-1,表示为:
S=1.1******…(其中*为0或1)
m称作尾数,用原码表示
e称作阶数,用补码表示
现在一般使用的浮点表示方法是美国电气电子工程师学会标准IEEE 754-1985
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有符号数有三种表示:原码(最高位0表示正数,1表示负数)、反码、补码。
8位有符号数表示范围是:
原码:-127~+127
反码:-127~+127
补码:-128~+127
所以8位表示时,-128没有原码表示,只有补码表示,为10000000 (此数并非表示算出来的-0的补码,而是人为规定为-128的8位补码,并规定0只有一个补码00000000,原码时10000000表示-0)
8位无符号数就可以表示0~255。
计算机采用补码是为了有符号数中0的表示的唯一性(正负0原码不同),并且可以把减法转换成加法来运算:a补+(-b)补=[a-b]补,再对[a-b]补求一个补就得到a-b的值.
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原码就是这个数本身的二进制形式。
例如
0000001 就是+1
1000001 就是-1
正数的反码和补码都是和原码相同。
负数的反码是将其原码除符号位之外的各位求反
[-3]反=[10000011]反=11111100
负数的补码是将其原码除符号位之外的各位求反之后在末位再加1。
[-3]补=[10000011]补=11111101
一个数和它的补码是可逆的(再对补码求补得到原码)。
为什么要设立补码呢?
第一是为了能让计算机执行减法:
[a-b]补=a补+(-b)补
第二个原因是为了统一正0和负0
正零:00000000
负零:10000000
这两个数其实都是0,但他们的原码却有不同的表示。
但是他们的补码是一样的,都是00000000
特别注意,如果+1之后有进位的,要一直往前进位,包括符号位!(这和反码是不同的!)
[10000000]补
=[10000000]反+1
=11111111+1
=(1)00000000
=00000000(最高位溢出了,符号位变成了0)
有人会问
10000000这个补码表示的哪个数的补码呢?
其实这是一个规定,这个数表示的是-128(注意,对补码10000000(-128)再求补并不能得到-128的原码(8位原码只能表示到-127))

所以n位补码能表示的范围是
-2^(n-1)到2^(n-1)-1
比n位原码能表示的数多一个
又例:
1011
原码:01011
反码:01011 //正数时,反码=原码
补码:01011 //正数时,补码=原码
-1011
原码:11011
反码:10100 //负数时,反码为原码取反
补码:10101 //负数时,补码为原码取反+1
0.1101
原码:0.1101
反码:0.1101 //正数时,反码=原码
补码:0.1101 //正数时,补码=原码

-0.1101
原码:1.1101
反码:1.0010 //负数时,反码为原码取反
补码:1.0011 //负数时,补码为原码取反+1

总结:
在计算机内,定点数有3种表示法:原码、反码和补码
所谓原码就是前面所介绍的二进制定点表示法,即最高位为符号位,“0”表示正,“1”表示负,其余位表示数值的大小。
反码表示法规定:正数的反码与其原码相同;负数的反码是对其原码逐位取反,但符号位除外。
补码表示法规定:正数的补码与其原码相同;负数的补码是在其反码的末位加1(如果+1之后有进位的,要一直往前进位,包括符号位)。

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