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计算机
题目

已知 x = (35)/(64), y = -(37)/(64), 机器的字长为 8 位, 用变形补码计算 [x-y]_8 并判断结果的溢出情况。

已知 $x = \frac{35}{64}$, $y = -\frac{37}{64}$, 机器的字长为 8 位, 用变形补码计算 $[x-y]_8$ 并判断结果的溢出情况。

题目解答

答案

我们来逐步解决这个题目:

题目信息:

  • $ x = \frac{35}{64} $
  • $ y = -\frac{37}{64} $
  • 字长为 8 位(即机器中用 8 位来表示数)
  • 要求:用变形补码计算 $[x - y]_8$,并判断是否溢出。

第一步:理解变形补码

变形补码(也叫双符号位补码)是一种在定点数运算中用于检测溢出的编码方式。它使用两个符号位:

  • 正数:符号位为 00
  • 负数:符号位为 11

在变形补码中,数值部分用补码表示,符号位用两个相同的位表示。

第二步:将 $x$ 和 $y$ 转换为 8 位变形补码表示

我们先将 $x = \frac{35}{64}$ 和 $y = -\frac{37}{64}$ 转换为二进制小数,再转换为 8 位变形补码。

1. 将 $x = \frac{35}{64}$ 转换为二进制

$\frac{35}{64} = 0.546875$

我们将其转换为二进制小数:

$0.546875 = 0.100011_2$

补足 8 位(包括符号位):

$x = 0.1000110_2$

变形补码表示为:

  • 符号位为 00
  • 数值部分为 1000110

所以:

$[x]_{变形补码} = 00\ 1000110$

2. 将 $y = -\frac{37}{64}$ 转换为二进制

$\frac{37}{64} = 0.578125 \Rightarrow -\frac{37}{64} = -0.578125$

转换为二进制小数:

$-0.578125 = -0.1001010_2$

补码表示为:

$[-0.1001010]_{补码} = 1.0110110_2$

变形补码表示为:

  • 符号位为 11
  • 数值部分为 0110110

所以:

$[y]_{变形补码} = 11\ 0110110$

第三步:计算 $[x - y]_8$

我们要求的是:

$[x - y]_8 = [x]_{变形补码} + [-y]_{变形补码}$

所以,我们需要先求出 $[-y]_{变形补码}$

1. 求 $[-y]_{变形补码}$

由于 $y = -0.1001010_2$,所以:

$-y = 0.1001010_2$

其变形补码为:

  • 符号位为 00
  • 数值部分为 1001010

所以:

$[-y]_{变形补码} = 00\ 1001010$

2. 计算 $[x] + [-y]$

$[x] = 00\ 1000110 \\ [-y] = 00\ 1001010$

进行二进制加法:

     00 1000110
   + 00 1001010
   -------------
     01 0010000

注意:这是 8 位变形补码,所以结果是:

$[x - y]_8 = 01\ 0010000$

第四步:判断溢出

在变形补码中,溢出的判断方法是看两个符号位是否一致:

  • 正确结果的符号位应为 00(正数)或 11(负数)
  • 如果结果是 01 或 10,说明溢出

我们得到的结果是:

$[x - y]_8 = 01\ 0010000$

符号位为 01,说明溢出。

第五步:解释溢出原因

我们计算的是:

$x - y = \frac{35}{64} - (-\frac{37}{64}) = \frac{35 + 37}{64} = \frac{72}{64} = 1.125$

而 8 位变形补码能表示的最大正数是:

$1 - 2^{-7} = 0.9921875$

所以 $1.125 > 0.9921875$,超出了表示范围,因此溢出。

最终答案:

$\boxed{[x - y]_8 = 01\ 0010000,\quad \text{溢出}}$

如有需要,我也可以提供数值的十进制还原结果。

解析

本题主要考察变形补码(双符号位补码)的计算及溢出判断,具体步骤如下:

1. 变形补码基础

变形补码用两位符号位表示:正数为00,负数为11,数值部分采用补码形式。8位变形补码中,前两位是符号位,后6位是数值位(因$x,y$是小数,需转换为二进制小数)。

2. 转换$x$和$y$为变形补码

  • $x=\frac{35}{64}$:
    $\frac{35}{64}=0.100011_2$,补足6位数值位为$0.1000110$,符号位为00,故:
    $[x]_{变形补码}=00\ 1000110$。

  • $y=-\frac{37}{64}$:
    $\frac{37}{64}=0.1001010_2$,$-0.1001010$的补码为$1.0110110$(末位加1),符号位为11,故:
    $[y]_{变形补码}=11\ 0110110$。

3. 计算$[x-y]_8=[x]_{变形补码}+[-y]_{变形补码}$

  • 求$[-y]_{变形补码}$:
    $y=-0.1001010$,则$-y=0.1001010$,符号位00,数值位$1001010$,故:
    $[-y]_{变形补码}=00\ 1001010$。

  • 二进制加法:
    $00\ 1000110 + 00\ 1001010 = 01\ 0010000$(符号位相加:$00+00=00$,数值位相加产生进位$1$,最终符号位为$01$)。

4. 溢出判断

变形补码中,符号位为01(正溢出)或10(负溢出)表示溢出。此处结果符号位为01,且$x-y=\frac{72}{64}=1.125>0.9921875$(8位变形补码最大正数),超出表示范围,故溢出。

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