您可以编写一个简单的程序来检查逻辑对 3 位加法/减法的作用。
#include <stdio.h>
int main ( void )
{
unsigned int ra;
unsigned int rb;
unsigned int rc;
unsigned int rd;
unsigned int re;
unsigned int cy;
unsigned int ov;
unsigned int ovx;
unsigned int ovy;
int sa;
int sb;
int sc;
int sd;
for(ra=0;ra<8;ra++)
{
for(rb=0;rb<8;rb++)
{
printf("%u%u%u",(ra>>2)&1,(ra>>1)&1,(ra>>0)&1);
printf(" + ");
printf("%u%u%u",(rb>>2)&1,(rb>>1)&1,(rb>>0)&1);
printf(" :");
if(ra&4) sa=(ra|((-1)<<3)); else sa=ra;
if(rb&4) sb=(rb|((-1)<<3)); else sb=rb;
sc = sa + sb;
//printf("%u(%2d) + %u(%2d)",ra,sa,rb,sb);
printf("%2d + %2d = %2d",sa,sb,sc);
printf(" :");
rc=rb;
printf("%u%u%u",(ra>>2)&1,(ra>>1)&1,(ra>>0)&1);
printf(" + ");
printf("%u%u%u",(rc>>2)&1,(rc>>1)&1,(rc>>0)&1);
printf(" + 0 = ");
rd=ra+rc+0;
if(rd&4) sd=(rd|((-1)<<3)); else sd=rd;
re=(ra&3)+(rc&3)+0;
ov=0;
if((ra&4)==(rc&4)) ov = ((rd>>3)&1) ^ ((rd>>2)&1);
ovy=0;
if((ra&4)==(rc&4)) if((rd&4) != (ra&4)) ovy=1;
ovx = ((rd>>3)&1) ^ ((re>>2)&1);
printf("%u%u%u",(rd>>2)&1,(rd>>1)&1,(rd>>0)&1);
printf(" C %u O %u %u %u ",(rd>>3)&1,ov,ovx,ovy);
if(sc>3) printf("X");
if(sc<(-4)) printf("X");
printf("\n");
}
}
for(ra=0;ra<8;ra++)
{
for(rb=0;rb<8;rb++)
{
printf("%u%u%u",(ra>>2)&1,(ra>>1)&1,(ra>>0)&1);
printf(" - ");
printf("%u%u%u",(rb>>2)&1,(rb>>1)&1,(rb>>0)&1);
printf(" :");
if(ra&4) sa=(ra|((-1)<<3)); else sa=ra;
if(rb&4) sb=(rb|((-1)<<3)); else sb=rb;
sc = sa - sb;
//printf("%u(%2d) - %u(%2d)",ra,sa,rb,sb);
printf("%2d - %2d = %2d",sa,sb,sc);
printf(" : ");
rc=(~rb)&7;
printf("%u%u%u",(ra>>2)&1,(ra>>1)&1,(ra>>0)&1);
printf(" + ");
printf("%u%u%u",(rc>>2)&1,(rc>>1)&1,(rc>>0)&1);
printf(" + 1 = ");
rd=ra+rc+1;
if(rd&4) sd=(rd|((-1)<<3)); else sd=rd;
re=(ra&3)+(rc&3)+1;
ov=0;
if((ra&4)==(rc&4)) ov = ((rd>>3)&1) ^ ((rd>>2)&1);
ovx = ((rd>>3)&1) ^ ((re>>2)&1);
ovy=0;
if((ra&4)==(rc&4)) if((rd&4) != (ra&4)) ovy=1;
printf("%u%u%u",(rd>>2)&1,(rd>>1)&1,(rd>>0)&1);
printf(" C %u O %u %u %u ",(rd>>3)&1,ov,ovx,ovy);
sc = sa - sb;
if(sc>3) printf("X");
if(sc<(-4)) printf("X");
printf("\n");
}
}
}
给予
000 + 000 : 0 + 0 = 0 :000 + 000 + 0 = 000 C 0 O 0 0 0
000 + 001 : 0 + 1 = 1 :000 + 001 + 0 = 001 C 0 O 0 0 0
000 + 010 : 0 + 2 = 2 :000 + 010 + 0 = 010 C 0 O 0 0 0
000 + 011 : 0 + 3 = 3 :000 + 011 + 0 = 011 C 0 O 0 0 0
000 + 100 : 0 + -4 = -4 :000 + 100 + 0 = 100 C 0 O 0 0 0
000 + 101 : 0 + -3 = -3 :000 + 101 + 0 = 101 C 0 O 0 0 0
000 + 110 : 0 + -2 = -2 :000 + 110 + 0 = 110 C 0 O 0 0 0
000 + 111 : 0 + -1 = -1 :000 + 111 + 0 = 111 C 0 O 0 0 0
001 + 000 : 1 + 0 = 1 :001 + 000 + 0 = 001 C 0 O 0 0 0
001 + 001 : 1 + 1 = 2 :001 + 001 + 0 = 010 C 0 O 0 0 0
001 + 010 : 1 + 2 = 3 :001 + 010 + 0 = 011 C 0 O 0 0 0
001 + 011 : 1 + 3 = 4 :001 + 011 + 0 = 100 C 0 O 1 1 1 X
001 + 100 : 1 + -4 = -3 :001 + 100 + 0 = 101 C 0 O 0 0 0
001 + 101 : 1 + -3 = -2 :001 + 101 + 0 = 110 C 0 O 0 0 0
001 + 110 : 1 + -2 = -1 :001 + 110 + 0 = 111 C 0 O 0 0 0
001 + 111 : 1 + -1 = 0 :001 + 111 + 0 = 000 C 1 O 0 0 0
010 + 000 : 2 + 0 = 2 :010 + 000 + 0 = 010 C 0 O 0 0 0
010 + 001 : 2 + 1 = 3 :010 + 001 + 0 = 011 C 0 O 0 0 0
010 + 010 : 2 + 2 = 4 :010 + 010 + 0 = 100 C 0 O 1 1 1 X
010 + 011 : 2 + 3 = 5 :010 + 011 + 0 = 101 C 0 O 1 1 1 X
010 + 100 : 2 + -4 = -2 :010 + 100 + 0 = 110 C 0 O 0 0 0
010 + 101 : 2 + -3 = -1 :010 + 101 + 0 = 111 C 0 O 0 0 0
010 + 110 : 2 + -2 = 0 :010 + 110 + 0 = 000 C 1 O 0 0 0
010 + 111 : 2 + -1 = 1 :010 + 111 + 0 = 001 C 1 O 0 0 0
011 + 000 : 3 + 0 = 3 :011 + 000 + 0 = 011 C 0 O 0 0 0
011 + 001 : 3 + 1 = 4 :011 + 001 + 0 = 100 C 0 O 1 1 1 X
011 + 010 : 3 + 2 = 5 :011 + 010 + 0 = 101 C 0 O 1 1 1 X
011 + 011 : 3 + 3 = 6 :011 + 011 + 0 = 110 C 0 O 1 1 1 X
011 + 100 : 3 + -4 = -1 :011 + 100 + 0 = 111 C 0 O 0 0 0
011 + 101 : 3 + -3 = 0 :011 + 101 + 0 = 000 C 1 O 0 0 0
011 + 110 : 3 + -2 = 1 :011 + 110 + 0 = 001 C 1 O 0 0 0
011 + 111 : 3 + -1 = 2 :011 + 111 + 0 = 010 C 1 O 0 0 0
100 + 000 :-4 + 0 = -4 :100 + 000 + 0 = 100 C 0 O 0 0 0
100 + 001 :-4 + 1 = -3 :100 + 001 + 0 = 101 C 0 O 0 0 0
100 + 010 :-4 + 2 = -2 :100 + 010 + 0 = 110 C 0 O 0 0 0
100 + 011 :-4 + 3 = -1 :100 + 011 + 0 = 111 C 0 O 0 0 0
100 + 100 :-4 + -4 = -8 :100 + 100 + 0 = 000 C 1 O 1 1 1 X
100 + 101 :-4 + -3 = -7 :100 + 101 + 0 = 001 C 1 O 1 1 1 X
100 + 110 :-4 + -2 = -6 :100 + 110 + 0 = 010 C 1 O 1 1 1 X
100 + 111 :-4 + -1 = -5 :100 + 111 + 0 = 011 C 1 O 1 1 1 X
101 + 000 :-3 + 0 = -3 :101 + 000 + 0 = 101 C 0 O 0 0 0
101 + 001 :-3 + 1 = -2 :101 + 001 + 0 = 110 C 0 O 0 0 0
101 + 010 :-3 + 2 = -1 :101 + 010 + 0 = 111 C 0 O 0 0 0
101 + 011 :-3 + 3 = 0 :101 + 011 + 0 = 000 C 1 O 0 0 0
101 + 100 :-3 + -4 = -7 :101 + 100 + 0 = 001 C 1 O 1 1 1 X
101 + 101 :-3 + -3 = -6 :101 + 101 + 0 = 010 C 1 O 1 1 1 X
101 + 110 :-3 + -2 = -5 :101 + 110 + 0 = 011 C 1 O 1 1 1 X
101 + 111 :-3 + -1 = -4 :101 + 111 + 0 = 100 C 1 O 0 0 0
110 + 000 :-2 + 0 = -2 :110 + 000 + 0 = 110 C 0 O 0 0 0
110 + 001 :-2 + 1 = -1 :110 + 001 + 0 = 111 C 0 O 0 0 0
110 + 010 :-2 + 2 = 0 :110 + 010 + 0 = 000 C 1 O 0 0 0
110 + 011 :-2 + 3 = 1 :110 + 011 + 0 = 001 C 1 O 0 0 0
110 + 100 :-2 + -4 = -6 :110 + 100 + 0 = 010 C 1 O 1 1 1 X
110 + 101 :-2 + -3 = -5 :110 + 101 + 0 = 011 C 1 O 1 1 1 X
110 + 110 :-2 + -2 = -4 :110 + 110 + 0 = 100 C 1 O 0 0 0
110 + 111 :-2 + -1 = -3 :110 + 111 + 0 = 101 C 1 O 0 0 0
111 + 000 :-1 + 0 = -1 :111 + 000 + 0 = 111 C 0 O 0 0 0
111 + 001 :-1 + 1 = 0 :111 + 001 + 0 = 000 C 1 O 0 0 0
111 + 010 :-1 + 2 = 1 :111 + 010 + 0 = 001 C 1 O 0 0 0
111 + 011 :-1 + 3 = 2 :111 + 011 + 0 = 010 C 1 O 0 0 0
111 + 100 :-1 + -4 = -5 :111 + 100 + 0 = 011 C 1 O 1 1 1 X
111 + 101 :-1 + -3 = -4 :111 + 101 + 0 = 100 C 1 O 0 0 0
111 + 110 :-1 + -2 = -3 :111 + 110 + 0 = 101 C 1 O 0 0 0
111 + 111 :-1 + -1 = -2 :111 + 111 + 0 = 110 C 1 O 0 0 0
000 - 000 : 0 - 0 = 0 : 000 + 111 + 1 = 000 C 1 O 0 0 0
000 - 001 : 0 - 1 = -1 : 000 + 110 + 1 = 111 C 0 O 0 0 0
000 - 010 : 0 - 2 = -2 : 000 + 101 + 1 = 110 C 0 O 0 0 0
000 - 011 : 0 - 3 = -3 : 000 + 100 + 1 = 101 C 0 O 0 0 0
000 - 100 : 0 - -4 = 4 : 000 + 011 + 1 = 100 C 0 O 1 1 1 X
000 - 101 : 0 - -3 = 3 : 000 + 010 + 1 = 011 C 0 O 0 0 0
000 - 110 : 0 - -2 = 2 : 000 + 001 + 1 = 010 C 0 O 0 0 0
000 - 111 : 0 - -1 = 1 : 000 + 000 + 1 = 001 C 0 O 0 0 0
001 - 000 : 1 - 0 = 1 : 001 + 111 + 1 = 001 C 1 O 0 0 0
001 - 001 : 1 - 1 = 0 : 001 + 110 + 1 = 000 C 1 O 0 0 0
001 - 010 : 1 - 2 = -1 : 001 + 101 + 1 = 111 C 0 O 0 0 0
001 - 011 : 1 - 3 = -2 : 001 + 100 + 1 = 110 C 0 O 0 0 0
001 - 100 : 1 - -4 = 5 : 001 + 011 + 1 = 101 C 0 O 1 1 1 X
001 - 101 : 1 - -3 = 4 : 001 + 010 + 1 = 100 C 0 O 1 1 1 X
001 - 110 : 1 - -2 = 3 : 001 + 001 + 1 = 011 C 0 O 0 0 0
001 - 111 : 1 - -1 = 2 : 001 + 000 + 1 = 010 C 0 O 0 0 0
010 - 000 : 2 - 0 = 2 : 010 + 111 + 1 = 010 C 1 O 0 0 0
010 - 001 : 2 - 1 = 1 : 010 + 110 + 1 = 001 C 1 O 0 0 0
010 - 010 : 2 - 2 = 0 : 010 + 101 + 1 = 000 C 1 O 0 0 0
010 - 011 : 2 - 3 = -1 : 010 + 100 + 1 = 111 C 0 O 0 0 0
010 - 100 : 2 - -4 = 6 : 010 + 011 + 1 = 110 C 0 O 1 1 1 X
010 - 101 : 2 - -3 = 5 : 010 + 010 + 1 = 101 C 0 O 1 1 1 X
010 - 110 : 2 - -2 = 4 : 010 + 001 + 1 = 100 C 0 O 1 1 1 X
010 - 111 : 2 - -1 = 3 : 010 + 000 + 1 = 011 C 0 O 0 0 0
011 - 000 : 3 - 0 = 3 : 011 + 111 + 1 = 011 C 1 O 0 0 0
011 - 001 : 3 - 1 = 2 : 011 + 110 + 1 = 010 C 1 O 0 0 0
011 - 010 : 3 - 2 = 1 : 011 + 101 + 1 = 001 C 1 O 0 0 0
011 - 011 : 3 - 3 = 0 : 011 + 100 + 1 = 000 C 1 O 0 0 0
011 - 100 : 3 - -4 = 7 : 011 + 011 + 1 = 111 C 0 O 1 1 1 X
011 - 101 : 3 - -3 = 6 : 011 + 010 + 1 = 110 C 0 O 1 1 1 X
011 - 110 : 3 - -2 = 5 : 011 + 001 + 1 = 101 C 0 O 1 1 1 X
011 - 111 : 3 - -1 = 4 : 011 + 000 + 1 = 100 C 0 O 1 1 1 X
100 - 000 :-4 - 0 = -4 : 100 + 111 + 1 = 100 C 1 O 0 0 0
100 - 001 :-4 - 1 = -5 : 100 + 110 + 1 = 011 C 1 O 1 1 1 X
100 - 010 :-4 - 2 = -6 : 100 + 101 + 1 = 010 C 1 O 1 1 1 X
100 - 011 :-4 - 3 = -7 : 100 + 100 + 1 = 001 C 1 O 1 1 1 X
100 - 100 :-4 - -4 = 0 : 100 + 011 + 1 = 000 C 1 O 0 0 0
100 - 101 :-4 - -3 = -1 : 100 + 010 + 1 = 111 C 0 O 0 0 0
100 - 110 :-4 - -2 = -2 : 100 + 001 + 1 = 110 C 0 O 0 0 0
100 - 111 :-4 - -1 = -3 : 100 + 000 + 1 = 101 C 0 O 0 0 0
101 - 000 :-3 - 0 = -3 : 101 + 111 + 1 = 101 C 1 O 0 0 0
101 - 001 :-3 - 1 = -4 : 101 + 110 + 1 = 100 C 1 O 0 0 0
101 - 010 :-3 - 2 = -5 : 101 + 101 + 1 = 011 C 1 O 1 1 1 X
101 - 011 :-3 - 3 = -6 : 101 + 100 + 1 = 010 C 1 O 1 1 1 X
101 - 100 :-3 - -4 = 1 : 101 + 011 + 1 = 001 C 1 O 0 0 0
101 - 101 :-3 - -3 = 0 : 101 + 010 + 1 = 000 C 1 O 0 0 0
101 - 110 :-3 - -2 = -1 : 101 + 001 + 1 = 111 C 0 O 0 0 0
101 - 111 :-3 - -1 = -2 : 101 + 000 + 1 = 110 C 0 O 0 0 0
110 - 000 :-2 - 0 = -2 : 110 + 111 + 1 = 110 C 1 O 0 0 0
110 - 001 :-2 - 1 = -3 : 110 + 110 + 1 = 101 C 1 O 0 0 0
110 - 010 :-2 - 2 = -4 : 110 + 101 + 1 = 100 C 1 O 0 0 0
110 - 011 :-2 - 3 = -5 : 110 + 100 + 1 = 011 C 1 O 1 1 1 X
110 - 100 :-2 - -4 = 2 : 110 + 011 + 1 = 010 C 1 O 0 0 0
110 - 101 :-2 - -3 = 1 : 110 + 010 + 1 = 001 C 1 O 0 0 0
110 - 110 :-2 - -2 = 0 : 110 + 001 + 1 = 000 C 1 O 0 0 0
110 - 111 :-2 - -1 = -1 : 110 + 000 + 1 = 111 C 0 O 0 0 0
111 - 000 :-1 - 0 = -1 : 111 + 111 + 1 = 111 C 1 O 0 0 0
111 - 001 :-1 - 1 = -2 : 111 + 110 + 1 = 110 C 1 O 0 0 0
111 - 010 :-1 - 2 = -3 : 111 + 101 + 1 = 101 C 1 O 0 0 0
111 - 011 :-1 - 3 = -4 : 111 + 100 + 1 = 100 C 1 O 0 0 0
111 - 100 :-1 - -4 = 3 : 111 + 011 + 1 = 011 C 1 O 0 0 0
111 - 101 :-1 - -3 = 2 : 111 + 010 + 1 = 010 C 1 O 0 0 0
111 - 110 :-1 - -2 = 1 : 111 + 001 + 1 = 001 C 1 O 0 0 0
111 - 111 :-1 - -1 = 0 : 111 + 000 + 1 = 000 C 1 O 0 0 0
所以对于添加,您将拥有一个这样的(根据定义,有符号溢出标志用于将位解释为有符号时)
011 + 001 : 3 + 1 = 4 :011 + 001 + 0 = 100 C 0 O 1 1 1 X
所以 1 + 3 (001 + 011) = 位模式 100,在三位二进制补码世界中的值为 -4 所以 1 + 3 = -4 这是错误的,所以有符号溢出,我们不能表示 + 4 三个位。在 x86 上,这相当于 127+1 (0x7F + 0x01) 的 8 位加法。基本上所有的正数组合都会导致 128(或更大)126+2、125+3 124+4 等等。都有这个问题。
010 + 010 : 2 + 2 = 4 :010 + 010 + 0 = 100 C 0 O 1 1 1 X
我做了加法和减法。减法逻辑上来自二进制补码概念反转和加 1。所以减法 c = a - b 使用 c = a + (-b),从二进制补码我们知道这意味着 c = a + ((~b)+1 ) 或 c = a + ~b + 1。加法是 c = a + b + 0。后面的 1 或 0 是 lsbit 的进位。
现在更进一步,加法 c = a + b + cin,减法 c = a + ~b + ~cin。您反转第二个操作数和进位。但是这是特定于处理器的,因为某些处理器会反转进位(我认为 x86 是一个),使其成为“借用”而不是“进位”进行减法。如果你有这些指令,那么这就会混淆进位的概念,如果你有这些指令(这些指令的逻辑不会在 sbb 上反转 cin)
我以三种不同(真的吗?)方式计算了溢出标志。
ov=0;
if((ra&4)==(rc&4)) ov = ((rd>>3)&1) ^ ((rd>>2)&1);
ovx = ((rd>>3)&1) ^ ((re>>2)&1);
ovy=0;
if((ra&4)==(rc&4)) if((rd&4) != (ra&4)) ovy=1;
ov 就像您正在阅读的文本一样,如果进入加法器的符号相同,则溢出将与结果的 msbit 进行异或运算。
ovx 是相对于 msbit 进位的溢出进位的定义
如果您想计算溢出但没有 N+1 位用于寄存器,您可以使用 ovy 快捷方式(在看不到执行结果的语言中,如何使用 32 位变量计算溢出?我在代码中展示了很多方法,但只需检查 msbits 也可以)。
然后最后的 X 也是溢出的定义,如果结果不适合可用的位数,那么你就溢出了。真为无符号(进位)和有符号(溢出)溢出。因为这是关于溢出,所以这是关于有符号数,所以对于我的三位系统,你只能从 -4 到 +3 任何高于 +3 或低于 -4 的东西都不适合,并且打印输出末尾的 X 表明,所以这是在这个简化示例中显示溢出的第四种方式。
同样,上面的输出是通用逻辑的执行方式,然后您会看到处理器系列的细微差别,带有进位标志,一些处理器反转进位以使其成为借位,而有些处理器在执行减法时不会。真正的逻辑会将一堆 3 个输入(两个操作数和进位)级联在一起,两个输出(结果和进位)加法器一起,尽管在 HDL 语言中你可以使用加号运算符并解决这个问题(在那些语言中也需要一个这些快捷方式中不检查进位与执行)
如果您使用布尔方程,您应该能够发现计算溢出的三种方法是等效的,不仅像这里那样在实验上,而且在数学上。