计算机中数的表示方法及运算
数字逻辑与计算机组成原理：第二章 数据的表示与运算
第二章 数据的表示与运算
第一节 数的表示
一、无符号数和有符号数
1、无符号数:
没有符号的数，寄存器中的每一位都可用 来存放数据
机器字长为n位，无符号数的表示范围 为0～2n-1
反映无符号数的表示范围
8位 16 位
0 ~ 255 0 ~ 65535
有两种常用的无符号表示法： ◆ 非负数码：表示0或一个正数
(1) 定义
整数
0，x
2n ＞ x ≥ 0
[x]反 = ( 2n+1 – 1) + x 0 ≥ x ＞ 2n（mod 2n+1 1）
x 为真值
n 为整数的位数
如 x = +1101
x = 1101
[x]反 = 0,1101
[x]反 = (24+1 1) 1101 = 11111 1101
用 逗号 将符号位
= 1,0010
和数值部分隔开
小数 x
[x]反 = ( 2 – 2-n) + x
1＞x≥ 0 0 ≥ x ＞ 1（mod 2 2-n）
x 为真值 n 为小数的位数
如 x = + 0.1101
x = 0.1010
[x]反 = 0.1101
[x]反 = (2 2-4) 0.1010
= 1.1111 0.1010
有符号小数： +0.1011,在机器中表示为
-0.1011,在机器中表示为
第一节 数的表示
一、无符号数和有符号数 2、有符号数
有符号整数： +1101，机器中表示为
-1101， 机器中表示为
第一节 数的表示
一、无符号数和有符号数
计算机中信息的表示及其运算
计算机中信息的表示及其运算随着科技的不断发展，计算机已经成为了现代社会不可或缺的一部分。
计算机的核心是信息的处理，而信息的表示和运算是计算机能够执行各种任务的关键。
本文将探讨计算机中信息的表示以及相关的运算方法。
一、信息的表示计算机中的信息通常以二进制的形式表示。
二进制是一种只包含0和1两个数字的系统，被广泛应用于计算机领域。
在二进制系统中，每一个位被称为一个比特（bit），8个比特被称为一个字节（byte）。
在计算机中，各种数据（如数字、文字、图像等）都被转化为二进制的形式进行存储和处理。
例如，十进制数23在计算机中表示为00010111，字母"A"被表示为01000001。
不同的信息需要不同的编码方式，常用的编码方式包括ASCII码和Unicode码。
ASCII码是一种用于表示字符的标准编码系统，它使用7位或8位的二进制数来表示128个字符。
每个字符都对应一个唯一的ASCII码值，如大写字母"A"对应的ASCII码值是65。
Unicode码是一种广泛使用的字符编码标准，它包含了世界上几乎所有的字符，包括不同语言的字符、符号和表情等。
Unicode码使用16位或32位的二进制数来编码字符，使得不同国家和地区的计算机能够互相识别和显示不同字符。
除了文字信息，计算机中的图像、音频和视频等多媒体信息也需要特定的表示方式。
图像通常使用像素来表示，每个像素都包含了颜色值和位置信息。
音频和视频则使用采样和编码等技术进行表示，将连续的声音和图像转化为数字信号进行存储和处理。
二、信息的运算信息的运算是计算机中最基本的操作之一。
计算机能够对存储在内存中的信息进行各种逻辑和算术运算，以实现不同的功能。
1. 逻辑运算逻辑运算是计算机中最基础的运算方式，它通常用于对布尔值（true或false）进行操作。
常见的逻辑运算符包括与（AND）、或（OR）和非（NOT）。
例如，两个布尔值A和B进行与运算，结果为真（true）仅当A和B都为真；进行或运算，结果为真（true）仅当A和B中至少有一个为真；进行非运算，结果为真（true）仅当A为假（false）。
计算机中数的表示及运算
计算机中数的表示及运算张晓军编写引言人类在文字出现以前,就已经会用道具(如绳子打结)计数了.在日常生活中,我们每天都在与数字打交道,而数字与数制是密不可分的.比如:60秒为1分,60分为1小时,其特点是"逢60进1",可取的数字是0,1,2,...,59,共有60个,这就是"六十进制".再比如:24小时为1天,这是24进制;7天为1星期,这是7进制;12个为1打,这是12进制;10mm为1cm,10cm为1dm,10dm为1m,这是我们最为熟悉的10进制.不管是什么进制,其基数(如60进制的基数就是60,10进制的基数就是10)正好等于该数制中不同"数字符号"的个数(如60进制中采用0,1,2,...,59共60个不同的数字符号,10进制中采用0,1,2,...,9共10个不同的数字符号).一、常用数制及其相互转换在数制系统中,各位数字所表示的值不仅与该数字有关,而且与它所在的位置有关.例如,在10进制数123中,百位上的1表示1个100,十位上的2表示2个10,个位上的3表示3个1,因此,有:123=1*100+2*10+3*1,其中100,10,1被称为百位、十位、个位的权。
十进制中,个、十、百、千、万……等各数位的权分别是1，10，100，1000，10000，……，一般地，写成10的幂，就是100,101,102,103,104,……;10则被称为十进制的基数1.1 十进制数特点:采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9共10个不同的数字符号,并且是"逢十进一,借一当十".对于任意一个十进制数，都可以表示成按权展开的多项式。
例如：1999=1*103+9*102+9*101+9*1002003=2*103+0*102+0*101+3*10048.25=4*101+8*100+2*10-1+5*10-21.2 二进制数在电子计算机中采用的是二进制.二进制数只需2个不同的数字符号:0和1,并且是"逢二进一,借一当二",它的基数是2.对于二进制数,其整数部分各数位的权,从最低位开始依次是1,2,4,8,……写成2的幂，就是20,21,22,23,……；其小数部分各数位的权,从最高位开始依次是0.5,0.25,0.125,……，写成2的幂，就是2-1,2-2,2-3,…….对于任意一个二进制数，也都可以表示成按权展开的多项式。
计算机中数的表示和存储（总结）
计算机中数的表⽰和存储（总结）⼀、⽆符号数和有符号数1.⽆符号数计算机中的数均存放在寄存器中，通常称寄存器的位数为机器字长。
所谓的⽆符号数即没有符号的数，在寄存器中的每⼀位均可⽤来存放数值。
⽽当存放有符号位时，则留出位置存放“符号”。
因此，在机器字长相同时，⽆符号数与有符号数所对应的数值范围是不同的。
以机器字长16位为例⼦，⽆符号数的范围为0~（216-1=65535），⽽有符号数的表⽰范围为（-32768=215）~（+32767=215-1）（此数值对应原码表⽰）。
机器中的有符号数是⽤补码表⽰的。
2.有符号数对于有符号数⽽⾔，符号的正负机器是⽆法识别的，⽽在机器中是⽤0,1分别表⽰正，负的，并规定将它放在有效数字的前⾯，这样就组成了有符号数。
把符号“数字化”的数叫做机器数，⽽把带“+”或“-”符号的数叫做真值。
⼀旦符号数字化后，符号和真值就形成了⼀种新的编码。
有符号数有原码、补码、反码和移码等四种表⽰形式。
2.1 有符号数的编码⽅法-原码表⽰法原码是机器数中最简单的⼀种表⽰形式，其符号位为0表⽰正数，为1表⽰负数，数值位即真值的绝对值，故原码⼜称作带符号位的绝对值表⽰。
整数原码的定义为式中x为真值，n为整数的位数。
例如，当x=-1110时，[x]原=24-(-1110)=11110⼩数的原码定义为例如，当x=-0.1101时，[x]原=1-(-0.1101)=1.1101当x=0时[+0.0000]原=0.0000[-0.0000]原=1-(0.0000)=1.0000可见[+0]原不等于[-0]原，即原码中的零有两种表⽰形式。
原码编码的优缺点其表⽰简单明了，易于和真值转换，但⽤原码进⾏加减运算时，确带来了许多⿇烦。
2.2 有符号数的编码⽅法-补码表⽰法补码利⽤了⽣活中的“补数”的概念，即以某个数为基准，称为模数，该数对模数的取模运算的结果就是补数。
例如，-3=+9（mod12），4=4（mod12）=16（mod12）。
1.1计算机中数的表示及运算
考点1.1 计算机中数据的表示及运算一. 机器数和码制原码、反码、补码具体概念我就不重复了，只重申下相关结论：a.正数的原码、反码、补码都相同。
b.负数的反码为原码的按位取反（保持符号位不变），补码为反码加1。
二．存储单元中的数据（存储单元包括存储器中的存储单元和寄存器）在计算机的存储器的存储单元中的数据均以补码形式存放的，于是在计算机中的数据表示有下面结论：a不使用原码与反码。
但原码与反码可以作为计算真值的中间媒介。
b存储单元中的数据以补码形式存在。
c 数据的存取与运算都以补码形式进行。
d补码就是机器数，机器数就是补码三．定点数与浮点数1. 数的定点表示方法定点数是小数点固定的数。
在计算机中没有专门表示小数点的位，小数点的位置是约定默认的。
一般固定在机器数的最低位之后，或是固定在符号位之后。
前者称为定点纯整数，后者称为定点纯小数。
(1). 定点整数——小数点位置固定在数的最低位之后如：Dn-1 Dn-2 • • • • • • D1 D0.范围：2n-1 -1~ -2n-1 (采用字长n=16位补码时其值为32767 ~ -32768)(2). 定点小数——小数点位置固定在数的符号位之后、数值最高位之前。
如：D0. D-1 • • • • • • D-(n-2) D-(n-1)范围：1 - 2-(n-1) ~ -1(采用字长n=16位时其值为32767/32768 ~ -1)其中n表示字长多少位例1：2. 数的浮点表示方法浮点数：浮点数是指小数点位置不固定的数，它既有整数部分又有小数部分，如123.55、33.789等。
(1). 浮点数的表示：是把字长分成阶码和尾数两部分。
其根据就是:与科学计数法相似，任意一个J进制数N，总可以写成N = J E× M式中M称为数N的尾数(mantissa)，是一个纯小数；E为数N的阶码(e x ponent)，是一个整数，J称为比例因子J E的底数。
数在计算机中的表示方法及编码
数在计算机中的表示方法及编码计算机中的信息不仅有数据，还有字符、命令，其中数据还有大与小、正数与负数之分。
计算机是如何用“0”或“1”，来表示这些信息的呢？1．计算机中数的表示形式在计算机中，只有数码1和0两种不同的状态，对于一个数的正、负号，两种不同状态，约定正数的符号用0表示，负数的符号用1表示，将符号位放在数的最左边。
例如：N1＝＋1011，N2＝－1011。
由于MCS—51为8位单片机，即信息是以8位为单位进行处理的，且每个存贮单元只能存贮—个8位的二进制数，称为一个字节，如果用一个字节（即8位二进制数）来表示上述两个符号数，它们在单片机中可分别表示为：00001011和10001011，其中最高位为符号值，其余位为数值位。
最高位为0表示是正数，最高位为1表示是负数。
这种计算机用来表示数的形式叫机器数。
而把对应于该机器数的算术值叫真值。
值得注意的是：机器数和真值的面向对象不同，机器数面向计算机，真值面向用户，机器数不同于真值。
但真值可以用机器数来表示。
机器数是计算机中表示数的基本方法，机器数通常有原码、反码和补码三种形式。
（1）原码表示方法用8位二进制数表示数的原码时，最高位为数的符号位，其余7位为数值位。
例如：真值为＋120和－120的原码形式[＋120]原＝01111000[－120]原＝11111000对于零，可以认为它是正零，也可以认为它是负零，所以零的原码有两种表示形式：[+0]原＝00000000[-0]原＝100000008位二进制数原码表示范围为：11111111～01111111，即－127～＋127。
（2）反码表示方法在反码表示方法中，正数的反码与原码相同，负数的反码由它对应原码除符号位之外，其余各位按位取反得到。
例如：[＋120]反＝[+120]原＝01111000[－120]反＝10000111零的反码有两种表示方式，即：[＋0]反＝00000000[－0]反＝111111118位二进制数反码表示范围为：11111111～01111111，即－127～＋127。
计算机数的表示方法及运算
计算机数的表示方法及运算计算机数的表示方法及运算一直是计算机科学和数学领域的重要研究方向。
在计算机科学中，我们需要理解不同的数值表示方法和进行相应的运算，以便正确地处理和处理数据。
本文将介绍一些常见的计算机数的表示方法和运算规则。
一、二进制表示法计算机中最常用的数值表示方法是二进制表示法。
二进制表示法使用两个数字0和1来表示所有数值。
在二进制数中，每个位上的数字称为比特（bit），8个比特组成一个字节（byte）。
例如，二进制数1010表示十进制数10，其中最高位（最左侧）的1表示2^3（8），次高位（右侧第二位）的0表示2^2（4），次低位（右侧第三位）的1表示2^1（2），最低位（最右侧）的0表示2^0（1）。
因此，将这些位相加得到十进制数10。
二、十进制转二进制将十进制数转换为二进制数是十分常见的操作。
我们可以使用除2取余法进行转换。
具体步骤如下：1. 将十进制数不断除以2，直到商为0为止。
2. 将每次得到的余数从下往上排列，得到的二进制数即为所求。
例如，将十进制数73转换为二进制数。
按照上述步骤，我们可以得到以下计算过程：73 ÷ 2 = 36 余 136 ÷ 2 = 18 余 018 ÷ 2 = 9 余 09 ÷ 2 = 4 余 14 ÷ 2 = 2 余 02 ÷ 2 = 1 余 01 ÷2 = 0 余 1将得到的余数从下往上排列，我们可以得到二进制数1001001，即73的二进制表示为1001001。
三、二进制运算在计算机中，我们经常需要对二进制数进行运算，如加法、减法、乘法和除法。
下面将介绍这些运算的基本规则。
1. 二进制加法二进制加法运算规则与十进制加法类似，从低位（最右侧）开始逐位相加，遇到进位则向高位进位。
具体规则如下：0 + 0 = 00 + 1 = 11 + 0 = 11 + 1 = 0（进位1）例如，进行二进制加法运算时：1011+ 1101-------10100在这个例子中，进位1在最高位产生，因此结果为10100。
13计算机中数的表示方法及运算
21
15H
0001 0101B
⒈ 二进制数与十六进制数相互转换 ⑴ 二进制数转换成十六进制数 1)整数局部： 自右向左，四位一组，缺乏四位，向左填零，各局部用相应的十六进制数替代； 2) 小数局部： 自左向右，四位一组，缺乏四位，向右填零，各局部用相应的十六进制数替代；
二、数制转换
二进制
十六进制
二进制
十六进制
0000
0
1000
8
0001
1
1001
9
0010
2
1010
10
0011
3
1011
11
0100
4
1100
12
0101
5
1101
13
0110
6
1110
14
0111
7
1111
15
⑵ 十六进制数转换成二进制数 每位十六进制数分别用相应4位二进制数替代。
⒊ 十进制数转换成二进制数、十六进制数
⒉ 二进制数 主要特点： ① 基数是2。只有两个数码：0 和 1。 ② 进位规那么是“逢二进一〞。 每左移一位,数值增大一倍；右移一位,数值减小一半。 二进制数用尾缀B作为标识符。 【例】 111.11B = 1×22 +1×21 +1×20 +1×2-1+1×2-2 = 7.75 其中，22、21、20、2-1、2-2 称为二进制数各数位的“ 权 〞
在计算机中，机器数有三种表示方法： 即原码、反码和补码。 ① 对于正数：[X]原 =[X]反 =[X]补 ② 对于负数： [X]反 =[X]原数值位取反，符号位不变。 [X]补 =[X]反 + 1 采取补码运算，可以将减法转换成加法运算。
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四、原码、反码和补码
数的正负表示形式： D7=1 表示负数，D7=0 表示正数。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
符号位
数值位
在计算机中，机器数有三种表示方法： 即原码、反码和补码。
① 对于正数：[X]原 =[X]反 =[X]补
② 对于负数： [X]反 =[X]原数值位取反，符号位不变。 [X]补 =[X]反 + 1
二进制数 1011B 1100B 1101B 1110B 1111B
0001 0000B 0001 0001B 0001 0010B 0001 0011B 0001 0100B 0001 0101B
二、数制转换
⒈ 二进制数与十六进制数相互转换
⑴ 二进制数转换成十六进制数 1)整数部分： 自右向左，四位一组，不足四位，向左填零，各部
补码 0 +1 +2 …
+125 +126 +127 -128 -127 -126
分用相应的十六进制数替代； 2) 小数部分： 自左向右，四位一组，不足四位，向右填零，各部
分用相应的十六进制数替代；
⑵ 十六进制数转换成二进制数
每位十六进制数分别用相应4位二进制数替代。
二进制
十六进制
二进制
十六进制
0000
0
1000
8
0001
1
1001
9
0010
2
1010
10
0011
3
1011
11
【例】
1001
1101√1110110
－ 1101 1110
－ 1101 1
⒌ 二进制数“与”运算
规则：0 ∧ 0 = 0，1 ∧ 0 = 0，
1 ∧ 0 = 0，1 ∧ 1 = 1。
【例】
10110101B
∧ 10011100B
10010100B
⒍ 二进制数“或”运算 规则： 0 ∨ 0 = 0，1 ∨ 0 = 0，
无符号十进制数 0 1 2 …
125 126 127 128 129 130 … 253 254 255
原码 +0 +1 +2 … +125 + -126 -127
反码 +0 +1 +2 … +125 +126 +127 -127 -126 -125 … -2 -1 -0
1 ∨ 1 = 0，0 ∨ 1 = 1。
【例】
∨
10110101B 10011100B 10111101B
⒎ 二进制数“异或”运算 规则：0⊕0 = 0，0⊕1 = 1，
1⊕0 = 1，1⊕1 = 0。
【例】 10110101B ⊕ 10011100B 00101001B
8. 十六进制数运算
先将十六进制数转换成二进制数， 然后根据二进制运算法则进行运算， 再转换成十六进制数。
其中，22、21、20、2-1、2-2 称为二进制数各数位的“ 权 ”
⒊ 十六进制数
主要特点：
① 基数是16。共有16个数符构成： 0、1、…、9、A、B、C、D、E、F。其中， A、B、C、D、E、F 代表的数值分别为 10、11、12、13、14、15。
② 进位规则是“逢十六进一”。
十六进制数用尾缀H表示。 【例】A3.4H
② 十进制小数转换成十六进制小数的方法： 乘16取整法
三、二进制数和十六进制数运算
⒈ 二进制数加法运算
规则：0 + 0 = 0，0 + 1 = 1 + 0 = 1，
1 + 1 = 0（向高位进1）。
【例】
00110101B
+ 10011100B
11010001B
⒉ 二进制数减法运算 规则：0 – 0 = 0，1 – 0 = 0，1 – 1 = 0，
= 10×161+3×160+4×16-1 = 160+3+0.25 = 163.25 其中，163、162、161、160、16-1、16-2 称为十六进制数各数位的“权”。
十六进制数、二进制数和十进制数对应关系表
十进制数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
十六进制数 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 08H 09H 0AH
上述，103、102、101、100、10-1、10-2 称为十进制数各数位的 “ 权 ” 。
⒉ 二进制数
主要特点：
① 基数是2。只有两个数码：0 和 1。
② 进位规则是“逢二进一”。 每左移一位,数值增大一倍；右移一位,数值减小一半。 二进制数用尾缀B作为标识符。
【例】 111.11B
= 1×22 +1×21 +1×20 +1×2-1+1×2-2 = 7.75
采取补码运算，可以将减法转换成加法运算。
原码、反码和补码对应关系表
无符号二进制数 00000000 00000001 00000010 … 01111101 01111110 01111111 10000000 10000001 10000010 … 11111101 11111110 11111111
0100
4
1100
12
0101
5
1101
13
0110
6
1110
14
0111
7
1111
15
⒊ 十进制数转换成二进制数、十六进制数
⑴ 整数部分的转换
① 十进制整数转换成二进制整数的方法： 除2取余法
② 十进制数整数转换成十六进制数的方法： 除16取余法
⑵ 小数部分的转换
① 十进制小数转换成二进制小数的方法： 乘2取整法
0 – 1 = 1（向高位借1）。
【例】
10110101B
- 10011100B
00011001B
⒊ 二进制数乘法运算
规则：0×0=0，1×0=0×1=0，1×1=1。
【例】
1101B
× 1001B
1101
+ 1101
1110101B
⒋ 二进制数除法运算
规则：0÷0=0，0÷1=0，1÷1=1。
一、二进制、十进制和十六进制数
⒈ 十进制数 主要特点： 1)基数是10。有10个数码（数符）构成：
0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。
2) 进位规则是“逢十进一”。
【例】 1234.56
= 1×103+2×102+3×101+4×100+5×10-1+6×10-2 = 1000+200+30+4+0.5+0.06
二进制数 0000B 0001B 0010B 0011B 0100B 0101B 0110B 0111B 1000B 1001B 1010B
十进制数 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
十六进制数 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH 10H 11H 12H 13H 14H 15H