计算机底层知识——二进制之间的加减乘除运算

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本篇带你了解机器语言——二进制,位运算以及二进制之间到底是怎么进行加减乘除运算。

1、二进制

运算的本质就是查数

  • HEX: 16

  • DEC: 10

  • OCT: 8

  • BIN: 2

可以实现量子计算的机器

  • 传统计算机,集成电路,硅晶片 -> 计算速度有限,并发语法诞生

  • 光子

  • 磁场

  • 量子比特。量子叠加态,量子纠缠,量子并行原理

# 二进制 0   1111(16)

0  1  10  11  100  101  110  111  1000  1001  1010  1011  1100  1101  1110  1111  ...  
# 后面就是重复循环

# 简化 => 16进制(0x前缀  oxFF  =  255)

0  1   2   3    4    5    6    7     8     9     a     b     c     d     e     f

# 二进制标志位
2  10
4  100
8  1000

0000 0000 0000 0000

2、数据宽度

强类型语言: 数据类型,定义数据宽度

  • 位: 0 - 1

  • 字节: 0 - 0xFF(255)

  • 字: 0 - 0xFFFF

  • 双字: 0 - 0xFFFFFF

每一个数据都需要定义类型,定义宽度,内存中的宽度

3、有符号数、无符号数

3.1、无符号数规则

不存在正负之分,所有位都用来表示数的本身

3.2、有符号数规则

最高位是符号位,1(负数),0(正数),其它位表示数的本身

4、原码反码补码

  1. 原码:最高位是符号位,其它位取绝对值即可

  2. 反码:

    • 正数:反码和原码相同
    • 负数:符号位一定是1,其余位对原码取反。
  3. 补码:

    • 正数:补码和原码相同
    • 负数:符号位一定是1,反码 + 1。
# 8位

# 正数的原码、反码、补码都一样
正数: 1
原码: 0  0  0  0  0  0  0  1
反码: 0  0  0  0  0  0  0  1
补码: 0  0  0  0  0  0  0  1    # 计算机存储的是补码

# 负数
负数: -1
原码: 1  0  0  0  0  0  0  1
反码: 1  1  1  1  1  1  1  0
补码: 1  1  1  1  1  1  1  1   # 对原码的反码 + 1

负数: -7
原码: 1  0  0  0  0  1  1  1
反码: 1  1  1  1  1  0  0  0
补码: 1  1  1  1  1  0  0  1

5、位运算

5.1、与运算(and 、&)

# 两个都为1,结果位1
1011 0011
1010 1101
----------- 与运算
1010 0001

5.2、或运算(or、 |)

# 只要有一个为1,结果为1
1011 0011
1010 1101
----------- 或运算
1011 1111

5.3、异或运算(XOR 或 EOR、^)

非0即1,非1即0,(不一样就是1)

XOR它指的是逻辑运算中的“异或运算”。两个值相同时,返回false,否则返回 true,用来判断两个值是否不同。

JavaScript语言的二进制运算,有一个专门的 XOR 运算符,写作^。

1 ^ 1 // 0
0 ^ 0 // 0
1 ^ 0 // 1
0 ^ 1 // 1

# 非0即1,非1即0,(不一样就是1)
1011 0011
1010 1101
----------- 异或运算
0001 1110

XOR 运算有一个特性:如果对一个值连续做两次 XOR,会返回这个值本身。这也是其可以用于信息加密的根本。

👉 关于异或运算有下面几个规律

1^1=0;

1^0=1;

0^1=1;

0^0=0;

也就说0和1异或的时候:相同的异或结果为0,不同的异或结果为1,根据上面的规律我们得到👇

a^a=0 // 自己和自己异或等于0

a^0=a // 任何数字和0异或还等于他自己

a^b^c=a^c^b //异或运算具有交换律

双目运算: 与运算、或运算、异或运算

单目运算: 非运算

5.4、非运算(not、 ~)

# 取反,0就是1,1就是0
1011 0011
----------- 取反运算
0100 1100

5.5、左移、右移(移动位)

  • 左移 shl <<

    所有二进制位全部左移,高位丢弃,低位补0

  • 右移 shr >>

    所有二进制位全部右移,低位丢弃,高位补0,1(根据符号位决定)

0000 0001    1
0000 0010    2
0000 0100    4
0000 1000    8

# 对于10进制来说,左移就是*2,右移就是/2

6、位运算的加减乘除(重点 ❗ )

以下只介绍加法运算,计算机内部只有加法运算,像减法、乘法和除法都是转化成加法来运算的。

6.1、加法计算步骤

重复进行的操作:

异或 -> (判断进位) -> 左移(与运算的结果左移) ->

异或(上一次异或的结果和上一次左移的结果) -> -> ......

# 4 + 5 ?
0000 0100
0000 0101
---------- +
0000 1001

# 计算机是怎么操作的
# 第一步: 异或: 如果不考虑进位,异或就可以直接出结果
0000 0100
0000 0101
---------- 异或
0000 0001

# 第二步: 与运算: 判断进位(如果与运算结果为0,则没有进位,结果就是上一个异或运算的结果)
0000 0100
0000 0101
---------- 与运算
0000 0100

# 第三步: 将与运算的结果左移一位,得到进位的结果  0000 1000  
0000 0100 << 1 = 0000 1000 

# 第四步: 异或(第一步异或的结果、第三步与运算的进位结果)
0000 0001
0000 1000 
---------- 异或
0000 1001

# 到这里还没有结束
-------------------------------
# 第五步: 与运算: 判断进位(如果与运算结果为0,则没有进位,结果就是上一个异或运算的结果)
0000 0001
0000 1000 
---------- 与运算
0000 0000

# 发现与运算结果为0,没有产生进位,所以结果就是上一个异或运算的结果  0000 1001

最后

还有 汇编语言、寄存器、内存、汇编指令、内存复制、堆栈指令、汇编写函数、堆栈传参、堆栈平衡等等,本篇先介绍到这里,点赞超过20继续补充,20不多吧😊


🎈🎈🎈

🌹 本篇完,关注我,你会发现一个踏实努力的宝藏前端😊,让我们一起学习,共同成长吧。

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