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negaH

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#9

Re: SetBit-Funktion verbessern?

  Alt 11. Jul 2004, 12:52
Zitat:
Ich kann euch hier zwar leider nicht weiterhelfen, hätte da aber mal ne Frage zu diesem Thema.
Die Erklärung von Hagen bezieht sich doch auf duale Zahlen im Einer-Komplement, oder?
Und Rechner nutzten doch aber auch das Zweierkomlement...?
Meine Frage wäre ob das für die Rechenschritte keinen Unterschied macht oder ob man sich für negative Zahlen dann
extra Funktionen bauen muss bzw halt mit einbeziehen?
Du verwechselst da was. Die SetBit() Funktion ist in die Gruppe der Boolschen Operationen zuzuordnen, sprich Rechenoperationen die der Boolschen Algebra angehören. Dort gibt es nur JA/NEIN Zustände und somit stellt ein Integer/Cardinal/Int64 ein Array aus Bits dar. Primär sind es also KEINE Zahlen im herkömmlichen Sinne sondern eher Sets aus Bits.

In der Boolschen Algebra arbeitet man mit den Operatoren AND/OR/XOR/NOT/SHL/SHR usw.

Die Zahlendarstellung wie du sie nachfragst bezieht sich auf die normale Zahlentheorie. Es ist somit klar das wenn man mit Integer arbeitet und das 31. Bit modifiziert sich das Vorzeichen des Wertes ändert, und zwar im Grunde mathematisch inkorrekt.

Nun, wie du aber siehst verwendet meine obige Funktion Cardinals. Diese sind vorzeichenlos und somit kann auch mathematisch gesehen nichts schiefgehen. Es gibt eben dan nur 32Bit positive Ganzzahlen.

Wie Neolithos es schon sagte wird auf Intel PC im Zweier-Komplement gearbeitet. Zweier/Einer-Komplement besagt aus wie man die Zahlen negiert, wie Negative Zahlen dargestellt werden, wo und wie das Vorzeichen gespeichert wird und als Kontequenz all dessen wie in der CPU die Befehle verdrahtet werden müssen.

Das wichtigste am Zweierkomplement ist es das es nur eine NULL gibt, und somit der Rechenschritt von +1 nach -1 eben 2 beträgt. Im Einerkomplement würde man +1 -3 = -1 rechnen müssen, dafür wäre die Negation einer Zahl identisch mit dem Boolschen Operator NOT = NICHT.
Im Zweierkomplement ist eine Negation eienr Zahl, also x = -x ein bischen komplizierter, nämlich X = not X +1.
D.h. 0000b - 0001b = 1111b -> 0 - 1 = -1 ist ein ganz normaler Rechen-Unterlauf um 1 Bit. not 1111b +1 = 0000b +1 = 1 wäre dann die Negation einer Zahl. not 0001b + 1 = 1110b + 1 = 1111b = -1 die Negation von +1 nach -1.

Das Zweierkomplement ist also 0-symmetrisch, hat aber KEINEN symmetrischen Wertebereich, denn er geht bei Integer von -2^31 < x < 2^31 -1, sprich binär eben von $80000000 <= x $7FFFFFFF. Der Binäre Wert $80000000, also Vorzeichenbit = 1 Rest der Bits alle 0 wäre der größte negative Wert.

Man muß sich einfach mal vorstellen wie eine binäre Addition zweier Zweierkomplementärzahlen aussieht.

Code:

Zahlen im Wertebereich -2^(4-1) <= x < +2^(4-1)
Binäre Addition 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0 +1 Bit Übertrag.

wie rechnen nun:

  1110b   = -2
+ 0011b   = +3
  -----

von Rechts nach Links addieren wir die Bits

1.)
  xxx0b
+ xxx1b
------
  xxx1b kein Übertrag

2.)
  xx10b
+ xx11b
-------
= xx01b
  x100b Übertrag  
 
3.)
  x110b
  x011b
+ x100b obiger Übertrag
-------
= x001b
  1000b neuer Übertrag

4.)

  1110b
  0011b
+ 1100b
-------
= 0001b == +1 
 10000b neuer Übertrag, aber ausserhalb des Wertebereiches
 
Resultat von -2 + +3 = +1 == 0001b
Wie man sieht kann diese Addition direkt ohne zusätzliche Bewertungen oder Ausgleichsrechnung in Hardware umgesetzt werden. Nur auf Grund der Logik des Zweierkomplements kann man ohne Problem Zahlen Addieren/Subtrahieren ohne auf das Vorzeichen aufpassen zu müssen. Die "Vorzeichenbits" werden beim Zweierkomplement in der Addition/Subtraktion AUTOMAISCH durch die Einzelbit-Operationen und deren Über/Unterläufe eliminiert oder eben gesetzt. Tritt ein Überlauf/Unterlauf in der Addition/Subtraktion zweier Zahlen auf so muß es einen Finalen Übertrag geben, man kann also damit den Vorzeichen-Wechsel in der Operation erkennen.

Im Grunde muß man es historisch gesehen sogar umgekehrt betrachten. Zuerst war die CPU Hardware da die Addieren und Subtrahieren konnte (wie oben) und erst DANACH entstand der Begriff "Zweierkomplement".

Gruß Hagen
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