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。