负数在内存中存储为2的补码，CPU如何知道它是负数还是正数？

Question

-1可以用4位二进制表示为（2的补码）1111

15也表示为1111。

那么，当CPU从内存中获取值时，CPU如何区分15和-1？

Answer 1

当CPU从一个地方移动到另一个地方时，CPU不关心字节是保持-1还是15。没有“签名移动”这样的东西（到相同大小的位置 - 有更大或更小目的地的签名移动）。

当CPU对字节进行算术运算时，它只关心表示。 CPU根据您（或代表您的编译器）选择的操作码知道是否进行有符号或无符号算术。

Answer 2

以前的大多数答案都提到了单独的操作码。对于像乘法和除法这样的更复杂的操作，这可能是正确的，但对于简单的加法和减法而言，这可能不是CPU的工作方式。

CPU在其标志寄存器中保存有关指令结果的数据。在x86（我最熟悉的地方）这里最重要的两个标志是＆＃34;溢出＆＃34;并且＆＃34;携带＆＃34;标志。

基本上，如果数字是有符号或无符号的，CPU并不关心它们是否相同。当数字超过它可以包含的最高无符号值时，将设置进位标志。溢出标志在超过或低于无符号数的范围时设置。如果使用无符号数字，则检查进位标志并忽略溢出标志。如果您正在使用带符号的数字，请检查溢出标志并忽略进位标志。

以下是一些例子：

无符号：

1111（15）+ 1111（15）= 1110（14）

你现在做的是检查进位标志，在这种情况下包含一个给出最终结果的标志

1 1110（30）

签名：

1111（-1）+ 1111（-1）= 1110（-2）

在这种情况下，您忽略进位标志，溢出标志应设置为零。

无符号：

0111（7）+ 0111（7）= 1110（14）

检查进位标志时，它应为零。

签名：

0111（7）+ 0111（7）= 1110（-2）

在这种情况下，将设置溢出标志，表示添加中存在错误。

总而言之，根据您对数字的解释，数字只有签名或无符号，CPU为您提供了区分它们的工具，但并不能区分它们。

Answer 3

CPU不知道号码是签名还是未签名。当编译器创建机器语言文件时，它会选择要执行的正确操作以使用该编号进行数学运算。例如，如果您将变量声明为有符号类型，那么以机器语言执行的操作将是将该内存位置视为有符号值的操作。

在任何类型的软件中，总是在您解释您赋予其意义的数据时。内存中的字节可以是有符号或无符号数字，或字符，音乐文件的一部分，或图片中的像素等。赋予它意义的是你如何使用该字节。

Answer 4

在编译器级别，区分基于数据类型。如果数据类型为int，则为该变量分配4个字节（在C中）。所以15 in 2的补码是00000000 00000000 00000000 00000000 00001111而-1是11111111 11111111 11111111 11111111。然后，编译器将其转换为CPU的相应操作码。 CPU执行此操作码，在此级别，所有内容都是1和0的形式。

Answer 5

最小的可访问单位是1个字节。那是8位。在8位表示中，15被存储为00001111.编译器从符号位区分正数和负数。 MSB是一个标志位。如果是0则表示正数。如果是1表示负数。 15的二进制表示的MSB是0.它表示正数，00001111对应于+15。 8位二进制-1为11111111，因为其MSB为1，所以取负数。编译器首先使用其2的补码，然后用负号显示数字。请记住，如果存储数字为8位，则可以存储的最大值为（2 ^ 7）-1，其表示为7位。这意味着MSB对于正数始终为零。在您的问题中，如果我们假设需要4位来存储数字，则可以使用3位来存储该值，因为最后一位是保留符号的保留。对于3位，可以存储的最大值是（2 ^ 3）-1 = 7。这意味着15不能以4比特存储。因此编译器始终将1111视为-1。

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Answer 6

在代表15的2的补码中，我们需要5位，2'的范围是2 -16到15，所以这里的值变为01111，MSB位为0，所以-1的正值为11111