Representación de números con signo


Representación de números con signo

Representación de números con signo

En matemáticas, los números negativos en cualquier base se representan del modo habitual, precediéndolos con un signo «−». Sin embargo, en una computadora, hay varias formas de representar el signo de un número. Este artículo trata cuatro métodos de extender el sistema binario para representar números con signo: signo y magnitud, complemento a uno, complemento a dos y exceso N.

Para la mayoría de usos, las computadoras modernas utilizan típicamente la representación en complemento a dos, aunque pueden usarse otras en algunas circunstancias.

Contenido

Signo y Magnitud

Un primer enfoque al problema de representar el signo de un número podría consistir en asignar un bit para representar el signo, poner ese bit (a menudo el bit más significativo) a 0 para un número positivo, y a 1 para un número negativo. Los bits restantes en el número indican la magnitud (o el valor absoluto). Por lo tanto en un byte con solamente 7 bits (aparte del bit de signo) la magnitud puede tomar valores desde 01111111(+127)a 0 (0), y de aquí a 11111111 (-127). Una consecuencia de esta representación es que hay dos maneras de representar 0, 00000000 (0) y 10000000 (-0). De este modo +43 decimal codificado en un [byte] de ocho bits es 00101011.

Este enfoque es directamente comparable a la forma habitual de demostrar el signo (colocando "+" o "-" al lado de la magnitud del número). Algunas de las primeras computadoras binarias ( la IBM 7090) utilizaron esta representación, quizás por su relación obvia con la práctica habitual

Complemento a uno

Artículo principal: Complemento a uno

Como alternativa para representar números negativos puede usarse un sistema conocido como complemento a uno. La forma del complemento a uno de un número binario es un NOT bit a bit aplicado al número. Recordemos que el complemento a uno de un número positivo no sufre ningún cambio ( C1(2)= 00000010 C1(-2)= 11111101). Como en la representación de signo-y-magnitud, el complemento a uno tendrá dos representaciones del 0: 00000000 (+0) y 11111111 (-0). Como ejemplo, el complemento a uno de 0101011 (43) se convierten en 1010100 (-43). El rango para la representación en complemento a uno con 8 bits es -127 a +127 (en base 10).

Para sumar dos números representados en este sistema, uno hace una suma binaria convencional, pero es necesario sumar el último acarreo obtenido al resultado de la suma. Para ver porqué esto es necesario, consideramos el caso de la suma de -1 (11111110) a +2 (00000010). ¡La adición binaria solamente da a 00000000, que no es la respuesta correcta! Solamente cuando se suma el acarreo al resultado obtenemos el resultado correcto (00000001).

Este sistema numérico de representación era común en computadoras más antiguas; el PDP-1 y la serie de UNIVAC 1100/2200, entre muchas otras, utilizaron la aritmética en complemento a uno. (Una observación de terminología: El sistema es conocido como “complemento a uno” porque la negación de x se forma restando x a una cadena larga de unos. La aritmética del complemento a dos, por otra parte, forma la negación de x restando la potencia de dos que utiliza un bit más en la representación (Siguiendo con el ejemplo de 8 bits el número a restar sería 100000000).

Complemento a dos

Artículo principal: Complemento a dos
Valores con números de 8 bits Valor del complemento a dos Valor sin signo
00000000 0 0
00000001 1 1
... ... ...
01111110 126 126
01111111 127 127
10000000 −128 128
10000001 −127 129
10000010 −126 130
... ... ...
11111110 −2 254
11111111 −1 255

Los problemas de las múltiples representaciones del 0 y la necesidad del acarreo de salida, se evitan con un sistema llamado Complemento a dos. En el complemento a dos, los números negativos se representan mediante el patrón de bits que es un bit mayor (sin signo) que el complemento a uno del valor positivo.

En el complemento a dos, hay un solo cero (00000000). Para negar un número (negativo o positivo) invertimos todos los bits y añadimos un 1 al resultado. La suma de un par de números enteros en complemento a dos es la misma que la suma de un par de números sin signo (excepto para la detección de desbordamiento si se usa).

Por ejemplo, la suma en complemento a dos de 127 y –128 da el mismo patrón de bits que la suma sin signo del 127 y 128, tal y como se puede ver en la tabla de abajo. El valor -8, representado en binario con cuatro bits (1000) es un caso especial, ya que su complemento a dos es el mismo, es necesario cinco bits para su representación (01000).

Una forma fácil de implementar el complemento a dos es la siguiente:

Ejemplo 1 Ejemplo 2
1. Empezando desde la derecha encontramos el primer '1' 0101001 0101100
2. Hacemos un NOT a todos los bits que quedan por la izquierda 1010111 1010100

Tabla de comparación

La tabla siguiente compara la representación de los enteros entre 8 y -8 (incluídos) usando 4 bits.

Representación de enteros de 4 bits
Decimal Entero positivo Signo y magnitud Complemento a 1 Complemento a 2 BCD- exceso 8
+8 1000 n/a n/a n/a 1111
+7 0111 0111 0111 0111 1110
+6 0110 0110 0110 0110 1101
+5 0101 0101 0101 0101 1100
+4 0100 0100 0100 0100 1011
+3 0011 0011 0011 0011 0011
+2 0010 0010 0010 0010 1001
+1 0001 0001 0001 0001 1000
(+)0 0000 0000 0000 0000 0111
(−)0 n/a 1000 1111 n/a n/a
−1 n/a 1001 1110 1111 0110
−2 n/a 1010 1101 1110 0101
−3 n/a 1011 1100 1101 0100
−4 n/a 1100 1011 1100 0011
−5 n/a 1101 1010 1011 0010
−6 n/a 1110 1001 1010 0001
−7 n/a 1111 1000 1001 0000
−8 n/a n/a n/a 1000 n/a
Obtenido de "Representaci%C3%B3n de n%C3%BAmeros con signo"

Wikimedia foundation. 2010.

Mira otros diccionarios:

  • Función signo — En matemática, la función signo es una función matemática especial, una función definida a trozos, que obtiene el signo de cualquier número real que se tome por entrada. Se representa generalmente mediante sgn(x), y no debe confundirse con la… …   Wikipedia Español

  • Contar con los dedos — Evolución del 2 y el 3 desde la …   Wikipedia Español

  • Complemento a dos — Decimal 0111 7 0110 6 0101 5 0100 4 0011 3 0010 2 0001 1 0000 0 1111 −1 1110 −2 1 …   Wikipedia Español

  • Complemento a uno — El complemento a uno de un número binario es una operación matemática muy importante en el campo de la computación, ya que nos permite la representación binaria de números negativos. Se obtiene al cambiar cada uno de los dígitos del número… …   Wikipedia Español

  • Funciones de parte entera — En matemática, las funciones de parte entera son aquellas funciones: que toman un número real y devuelven un número entero mayor o menor a ese número. Las funciones más conocidas son la función piso[1] y la función techo.[2] …   Wikipedia Español

  • Número negativo — Si la temperatura a la que el agua se congela es 0 °C, las temperaturas más bajas se representan con números negativos y las más altas con positivos. Un número negativo es cualquier número cuyo valor es menor que cero y, por tanto, que los demás… …   Wikipedia Español

  • Número entero — Resta con negativos. La resta de dos números naturales no es un número natural cuando el sustraendo es mayor que el minuendo, sino que su valor es negativo: en la imagen, sólo pueden sustraerse 3 plátanos, por lo que se apunta un plátano «debido» …   Wikipedia Español

  • Game Maker Language — Game Maker Languaje (GML) es un lenguaje de programación interpretado, desarrollado para usarse como complemento de la aplicación de desarrollo de juegos Game Maker. El lenguaje es utilizado en el programa para dar mayor potenciación al… …   Wikipedia Español

  • Coma flotante — Se ha sugerido que Tipo de dato real sea fusionado en este artículo o sección (discusión). Una vez que hayas realizado la fusión de artículos, pide la fusión de historiales aquí. La representación de coma flotante, es una forma de notación… …   Wikipedia Español

  • IEEE punto flotante — Saltar a navegación, búsqueda El estándar de la IEEE para aritmética en coma flotante (IEEE 754) es el estándar más extendido para las computaciones en punto flotante, y es seguido por muchas de las mejoras de CPU y FPU. El estándar define… …   Wikipedia Español