【二进制运算详解】

【二进制运算详解】

二进制是计算机中最基础的数制,只使用0和1两个数字。以下是二进制运算的详细讲解:

1. 二进制加法

二进制加法与十进制类似,但只有0和1两种状态,遵循以下规则:

0 + 0 = 00 + 1 = 11 + 0 = 11 + 1 = 10(即0,进位1)

示例:计算1011(11) + 1101(13)

1011

+ 1101

------

11000

步骤:

从右至左逐位相加。1 + 1 = 10,写0,进位1。1 + 0 + 1 = 10,写0,进位1。0 + 1 + 1 = 10,写0,进位1。1 + 1 = 10,写0,进位1。最终结果为11000(24)。

2. 二进制减法

二进制减法也类似十进制,但借位规则不同:

0 - 0 = 01 - 0 = 11 - 1 = 00 - 1 = 1(需借位)

示例:计算1101(13) - 1011(11)

1101

- 1011

------

0010

步骤:

从右至左逐位相减。1 - 1 = 0。0 - 1需借位,变为10 - 1 = 1。1 - 0 = 1。1 - 1 = 0。最终结果为0010(2)。

3. 二进制乘法

二进制乘法与十进制类似,规则如下:

0 × 0 = 00 × 1 = 01 × 0 = 01 × 1 = 1

示例:计算101(5) × 11(3)

101

× 11

------

101

+ 1010

------

1111

步骤:

逐位相乘,101 × 1 = 101。101 × 1 = 101,左移一位得1010。相加:101 + 1010 = 1111。最终结果为1111(15)。

4. 二进制除法

二进制除法与十进制类似,通过减法和移位实现。

示例:计算1101(13) ÷ 11(3)

100

-----

11|1101

-11

----

101

- 11

----

10

步骤:

11(3)除1101(13),11可除11,商1,余0。下一位0,余0。下一位1,11除1,商0,余1。最终结果为100(4),余1。

5. 二进制逻辑运算

二进制逻辑运算是计算机中最基本的操作之一,主要用于处理布尔代数(真或假、1或0)。常见的二进制逻辑运算包括 与(AND)、或(OR)、非(NOT) 和 异或(XOR)。

AND:两者为1时结果为1,否则为0。OR:任一为1时结果为1,否则为0。NOT:取反,1变0,0变1。XOR:两者不同时结果为1,否则为0。

示例:

1010 AND 1100 = 10001010 OR 1100 = 1110NOT 1010 = 01011010 XOR 1100 = 0110

二进制逻辑运算是计算机中最基本的操作之一,主要用于处理布尔代数(真或假、1或0)。常见的二进制逻辑运算包括 与(AND)、或(OR)、非(NOT) 和 异或(XOR)。

5.1 与(AND)运算

规则:只有当两个输入都为1时,结果才为1,否则为0。符号:通常用 · 或 ∧ 表示,编程中常用 &。真值表:

ABA AND B000010100111示例:

计算 1010 AND 1100: 1010

& 1100

------

1000

逐位运算:

1 AND 1 = 10 AND 1 = 01 AND 0 = 00 AND 0 = 0

结果为 1000。

5.2 或(OR)运算

规则:只要有一个输入为1,结果就为1,否则为0。符号:通常用 + 或 ∨ 表示,编程中常用 |。真值表:

ABA OR B000011101111示例:

计算 1010 OR 1100: 1010

| 1100

------

1110

逐位运算:

1 OR 1 = 10 OR 1 = 11 OR 0 = 10 OR 0 = 0

结果为 1110。

5.3 非(NOT)运算

规则:对输入取反,1变0,0变1。符号:通常用 ¬ 或 ~ 表示,编程中常用 ~。真值表:

ANOT A0110示例:

计算 NOT 1010:~1010 = 0101

逐位运算:

NOT 1 = 0NOT 0 = 1NOT 1 = 0NOT 0 = 1

结果为 0101。

5.4 异或(XOR)运算

规则:当两个输入不同时,结果为1,否则为0。符号:通常用 ⊕ 表示,编程中常用 ^。真值表:

ABA XOR B000011101110示例:

计算 1010 XOR 1100: 1010

^ 1100

------

0110

逐位运算:

1 XOR 1 = 00 XOR 1 = 11 XOR 0 = 10 XOR 0 = 0

结果为 0110。

5.5 组合逻辑运算

逻辑运算可以组合使用,形成更复杂的逻辑表达式。例如:

与非(NAND):先进行AND运算,再对结果取反。或非(NOR):先进行OR运算,再对结果取反。同或(XNOR):先进行XOR运算,再对结果取反。

5.6 逻辑运算的应用

位操作:在编程中,逻辑运算常用于位操作,如掩码、标志位处理等。电路设计:逻辑运算是数字电路设计的基础,用于构建逻辑门(如与门、或门、非门等)。加密与校验:XOR运算常用于加密算法和校验(如CRC校验)。条件判断:在编程中,逻辑运算用于条件判断(如 if (A && B))。

总结

二进制逻辑运算是计算机科学的核心基础,掌握这些运算规则对于理解计算机底层原理、编程和电路设计至关重要。通过组合这些基本运算,可以实现复杂的逻辑功能。

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