移码
移码(又叫增码)是对真值补码的符号位取反,一般用作浮点数的阶码,引入的目的是便于浮点数运算时的对阶操作。
对于定点整数,计算机一般采用补码的来存储。正整数的符号位为 0,反码和补码等同于原码。负整数符号位为1,原码、反码和补码的表示都不相同,由原码变成反码和补码有如下规则:
(1)原码符号位为1不变,整数的每一位二进制数位求反得反码;
(2)反码符号位为1不变,反码数值位最低位加1得补码。
比如,以一个字节 8bits 来表示 -3,那么[ − 3 ] 原 = 10000011 [-3]_原=10000011[−3]原=10000011,[ − 3 ] 反 = 11111100 [-3]_反=11111100[−3]反=11111100,[ − 3 ] 补 = 11111101 [-3]_补=11111101[−3]补=11111101,那么 -3 的移码就是[ − 3 ] 移 = 01111101 [-3]_移=01111101[−3]移=01111101。
如何将移码转换为真值 -3 呢?先将移码转换为补码,再求值。
浮点数的规格化
若不对浮点数的表示作出明确的规定,同一个浮点数的表示就不是唯一的。例如( 1.75 ) 10 (1.75)_{10}(1.75)10可以表示成1.11 × 2 0 1.11\times 2^01.11×20,0.111 × 2 1 0.111\times2^10.111×21,0.0111 × 2 2 0.0111\times2^20.0111×22等多种形式。当尾数不为0时,尾数域的最高有效位为1,这称为浮点数的规格化。否则,以修改阶码同时左右移动小数点位置的办法,使其成为规格化数的形式。
单精度浮点数真值
IEEE754 标准中,一个规格化的 32 位浮点数 x 的真值表示为:
x = ( − 1 ) S × ( 1. M ) × 2 e x=(-1)S\times(1.M)\times2ex=(−1)S×(1.M)×2e
e = E − 127 e=E-127e=E−127
其中尾数域值是1.M。因为规格化的浮点数的尾数域最左位总是1,故这一位不予存储,而认为隐藏在小数点的左边。
在计算指数 e 时,对阶码E的计算采用原码的计算方式,因此 32 位浮点数的 8bits 的阶码 E 的取值范围是 0 到 255。其中当E为全 0 或者全 1 时,是 IEEE754 规定的特殊情况,下文会另外说明。
双精度浮点数真值
64 位的浮点数中符号为 1 位,阶码域为 11 位,尾数域为 52 位,指数偏移值是 1023。因此规格化的 64 位浮点数 x 的真值是:
x = ( − 1 ) S × ( 1. M ) × 2 e x=(-1)S\times(1.M)\times2ex=(−1)S×(1.M)×2e
e = E − 1023 e=E-1023e=E−1023
float单精度浮点数(4个字节,32位)在机器中表示:用1位表示数字的符号(正负号),8位表示指数,23位表示尾数(即小数部分)
double双精度浮点数(8个字节,64位):1位表示符号(正负号),11位表示指数,52位表示尾数
补码的一位乘法(Booth算法)
进行 n 轮加法、移位,最后再多来一次加法
每次加法可能 +0 、+[x]补、+[-x]补
每次移位是“补码的算数右移”
符号位参与运算
在第二个步骤中,需要根据MQ中的最低位、辅助位 来确定加什么:
辅助位 - MQ中最低位 = 1时,(ACC)+[x]补
辅助位 - MQ中最低位 = 0时,(ACC)+0
辅助位 - MQ中最低位 = -1时,(ACC)+[-x]补
手算模拟
例题
设机器字长为5位(含1位符号位,n=4),x = −0.1101,y = +0.1011,采用Booth算法求x·y
解:手动计算是这样
最后得 [x·y]补 = 11.01110001
即x·y = −0.10001111
做题总结
n轮加法、算数右移,加法规则如下:
辅助位 - MQ中最低位 = 1时,(ACC)+[x]补
辅助位 - MQ中最低位 = 0时,(ACC)+0
辅助位 - MQ中最低位 = -1时,(ACC)+[-x]补
补码的算数右移:
符号位不动,数值位右移,正数右移补0,
负数右移补1(符号位是啥就补啥)
一般来说,Booth算法的被乘数、部分积采用双符号位补码
原码,补码一位乘法的对比
原码一位乘法: 补码一位乘法:
进行 n 轮加法、移位 进行 n 轮加法、移位,最后再多来一次加法
每次加法可能 +0、+[|x|]原 每次加法可能 +0、+[x]补、+[-x]补
每次移位是“逻辑右移” 每次移位是“补码的算数右移”
符号位不参与运算 符号位参与运算