二进制负数的表示方法主要采用 补码形式,其核心规则如下:
一、符号位与数值位
- `0` 表示正数
- `1` 表示负数
例如:`00001101` 表示正数 `29`,`10000001` 表示负数 `-5`。
其余位表示数值
- 对于正数,直接按绝对值转换二进制;
- 对于负数,需通过补码计算。
二、负数的补码计算
负数的补码通过以下步骤获得:
求原码: 将负数的绝对值转换为二进制。例如,`-5` 的绝对值 `5` 的二进制为 `00000101`。
将原码除符号位外的所有位取反。例如,`00000101` 的反码为 `11111010`。
将反码末位加1。例如,`11111010 + 1 = 11111011`,即 `-5` 的补码为 `11111011`。
三、特殊情况说明
-1的表示
原码:`10000001`
反码:`11111110`
补码:`11111111`
特殊性:-1的补码与原码相同,这是补码系统的特性。
四、示例总结
| 数字 | 原码 | 反码 | 补码 |
|------|------------|--------------|--------------|
| 5| 00000101| 11111010 | 11111011 |
| -5 | 10000001| 11111110 | 11111011 |
| -1 | 10000001| 11111110 | 11111111 |
五、扩展说明
位数与字长
二进制数的位数通常以字节(8位)为单位,但实际应用中可能涉及更多位(如32位、64位等)。例如,32位整数中,前8位为符号位,后24位为数值位。
补码的优势
补码系统简化了加减法运算,避免了使用符号位进行逻辑运算带来的复杂性。
通过以上规则,二进制负数能够统一表示,并保证计算机硬件对有符号数的正确处理。