布斯乘法算法

✍ dations ◷ 2025-11-29 12:11:53 #电脑架构,计算机科学,算法,二进制算术

布斯乘法算法(英语:Booth's multiplication algorithm)是计算机中一种利用数的2的补码形式来计算乘法的算法。该算法由安德鲁·唐纳德·布思于1950年发明,当时他在伦敦大学柏贝克学院做晶体学研究。布斯曾使用过一种台式计算器,由于用这种计算器来做移位计算比加法快,他发明了该算法来加快计算速度。布斯算法在计算机体系结构学科中备受关注。

对于位乘数,布斯算法检查其2的补码形式的最后一位和一个隐含的低位,命名为-1,初始值为0。对于, = 0, 1, ..., - 1,考察 - 1。当这两位相同时,存放积的累加器的值保持不变。当 = 0且 - 1 = 1时,被乘数乘以2加到中。当 = 1且 - 1 = 0时,从中减去被乘数乘以2的值。算法结束后,中的数即为乘法结果。

该算法对被乘数和积这两个数的表达方式并没有作规定。一般地,和乘数一样,可以采用2的补码方式表达。也可以采用其他计数形式,只要支持加减法就行。这个算法从乘数的最低位执行到最高位,从 = 0开始,接下来和2的乘法被累加器的算术右移所取代。较低位可以被移出,加减法可以只在的前位上进行。

布斯算法的实现,可以通过重复地在上加两个预设值和 S其中的一个,然后对实施算术右移。设和分别为被乘数和乘数,再令和分别为和中的数字位数。

换另一种说法:把前x位用一个单独的数R0表示,中间y位用另一个数表示R1表示,辅助位用Z表示在这里,要通过重复的把R0加上或者减去m来得到结果。具体如下:初始值R0=0,R1=r.Z=0,此时来考查yi和yi-1这两位,在这里就是m的最后一位和Z的值。这里要说下为什么每次看的都是这两位了。在下边每次运算后都会把R0,R1,Z中的值右移一次,RO的最后一位移入R1的高位,R1的最后一位移入Z。这里要注意的是在右移R0时,如果他的最高位是1,则移位后最高位用1填充,如果最高位是0,移位后最高位用0填充。接下来要按m的最后一位和Z的值来判断怎么加减了:

最后是结果,结果就是R0并上R1的值。比如R0=3,R1=25,结果就是325.

考虑一个由若干个0包围着若干个1的正的二进制乘数,比如00111110,积可以表达为:

其中,M代表被乘数。变形为下式可以使运算次数可以减为两次:

事实上,任何二进制数中连续的1可以被分解为两个二进制数之差:

因此,我们可以用更简单的运算来替换原数中连续为1的数字的乘法,通过加上乘数,对部分积进行移位运算,最后再将之从乘数中减去。它利用了我们在针对为零的位做乘法时,不需要做其他运算,只需移位这一特点,这很像我们在做和99的乘法时利用99 = 100 − 1这一性质。这种模式可以扩展应用于任何一串数字中连续为1的部分(包括只有一个1的情况)。那么,

布斯算法遵从这种模式,它在遇到一串数字中的第一组从0到1的变化时(即遇到01时)执行加法,在遇到这一串连续1的尾部时(即遇到10时)执行减法。这在乘数为负时同样有效。当乘数中的连续1比较多时(形成比较长的1串时),布斯算法较一般的乘法算法执行的加减法运算少。

相关

  • 安达曼语系安达曼语系是由印度洋上安达曼群岛居民的语言所构成的语系,共分两大语区。多数语言被归入大安达曼语族和南部的语区,而南部 Ongan, Sentinelese 等语言,所知不多,暂难分类。自18
  • 雅马邑白兰地雅文邑(法语:Armagnac),又译雅马邑,是一种出产于法国西南部加斯科涅阿马尼亚克(英语:Armagnac (region))的白兰地。白兰地是蒸馏酒,是由巴高(英语:Baco 22A)、鸽笼白(英语:Colombard)、白福
  • 休伯尔大卫·休伯尔(英语:David Hunter Hubel,1926年2月27日-2013年9月22日),加拿大-美籍神经科学家,生前任哈佛大学神经生物学教授,与合作者托斯坦·威泽尔(Torsten N. Wiesel)由于对视觉系
  • 斯瓦尔巴坐标:78°13′N 15°33′E / 78.217°N 15.550°E / 78.217; 15.550– 欧洲(绿色及深灰色)– 挪威(绿色)斯瓦尔巴(挪威语:Svalbard)是位于北极地区的群岛,亦是挪威最北界的国土范围
  • 郑兰荪郑兰荪(1954年10月22日-),福建厦门人,中国无机化学家,厦门大学化学系教授、博士生导师、中科院院士、全国政协常委,福建省政协副主席、民盟中央副主席。福建省科学技术协会主席。郑
  • 一等士官长军士长(英语:Sergeant Major),又称士官长,是军衔之一。在一般国家的军队体制里,军人分为军官、士官及士兵三大系统,各有其任务执掌,士官又可区分为军士长及士官。在中华民国的相关军
  • 塞尔玛塞尔玛(英文:Selma),是美国阿拉巴马州下属的一座城市。面积约为13.81平方英里(约合 35.76平方公里)。根据2010年美国人口普查,该市有人口20,756人,人口密度为1,503.08/平方英里(约合5
  • PUMA PUMA,是一间德国体育用品制造商,为开云集团旗下品牌。主要对手有耐克、阿迪达斯、新百伦及安德阿莫等。PUMA的鞋与服饰在嘻哈涂鸦文化中,无论是美国内外,都受到极度欢迎。PU
  • 港湾式停靠站港湾式停靠站(英语:bus turnout / bus pullout / bus bay / bus lay-by / off-line bus stop)是道路一侧公交车或有轨电车可以离开车流上下客的地点。它通常会缩进人行道或其他
  • NHK松江放送局NHK松江放送局,是日本放送协会位于岛根县松江市的地方放送局,也是负责主管当地事务的放送局。