二进制数的表示范围和能力取决于其位数(即N的值)。以下是关键说明:
一、无符号数表示范围
对于N位的无符号二进制数,其表示范围为:
$$0 leq text{数值} < 2^N$$
例如:
4位无符号数:0000到1111,共16个值(0-15)
8位无符号数:00000000到11111111,共256个值(0-255)
16位无符号数:0000000000000000到1111111111111111,共65536个值(0-65535)
二、有符号数表示范围(补码表示)
采用补码表示法,N位二进制数可表示:
$$-2^{N-1} leq text{数值} leq 2^{N-1}-1$$
例如:
8位有符号数:-128到127(补码表示-2的7次方到2的7次方减1)
16位有符号数:-32768到32767(补码表示-2的15次方到2的15次方减1)
三、其他关键点
零的表示
在原码中,正零和负零各占一个编码(如00000000和10000000),实际可用编码数减少1个。
进制转换
- 二进制转八进制:每3位二进制对应1位八进制(不足补零)
- 二进制转十进制:按权展开求和(如10110011B=1×2^6+0×2^5+1×2^4+0×2^3+0×2^2+1×2^1+1×2^0=86A0D)
四、计算机中的实际应用
计算机内部统一采用二进制表示,但为了便于人类阅读和计算,常用十六进制(每4位二进制对应1位十六进制)。例如:
二进制11000011010100000B=303240H(十六进制)
综上,二进制的表示能力与位数密切相关,位数增加可表示的数值范围呈指数增长。