布斯乘法算法

✍ dations ◷ 2025-11-19 03:15:58 #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

  • 身体身体是每个生物的实体。身体是生物的外表,可表示该生物的健康程度,以致表示该生物是否死亡。人体主要组成部分有头、颈、躯干、双臂及双腿,另外包括呼吸、心血管、神经系统和其
  • 汤姆孙汤姆森或汤姆孙是英语Thomson的译名,可以指:
  • 卫星互联网接入卫星上网是指由通讯卫星提供的网络存取服务。卫星上网通常需要三大部件。一颗通常位于地球静止轨道的卫星。一个地面站,通常作为网关。还有是天线。卫星上网通信可以分为双通
  • 晶格常数晶格常数(英语:lattice constant),或称晶格参数(英语:lattice parameter),是指晶格中晶胞的物理尺寸。三维空间中的晶格一般有 3 个晶格常数,分别用 a, b 和 c 来表示。但在立方晶体
  • 小清明上巳节,俗称三月三、三月节、三日节,是源于中国的传统节日,也见于汉字文化圈其他地区,包括朝鲜、日本、台湾、越南、琉球亦有此节日。该节日在汉代以前定为三月上旬的巳日,后来固
  • 湘西湘西苗语自称Xong,是苗语的分支之一,主要分布在湖南省西部以及贵州省松桃县等地。说这种方言的人口约100万。分为东西两个次方言,以西部次方言花垣县吉卫镇腊乙坪村的语音为标
  • 康特拉康特拉(西班牙语:contra,来自西班牙语:la contrarrevolución,意为“反革命”),是尼加拉瓜20世纪70年代末至90年代初各种亲美反共反政府的右翼反叛团体,受美国支持和资助,反对桑地诺
  • 加图研究所加图研究所(英语:Cato Institute,又译卡托研究所)是一个位于美国华盛顿哥伦比亚特区的自由意志主义智库。是美国五大保守派智库之一。研究所自许的任务是要“扩展公共政策辩论的
  • 马约拉纳费米子马约拉纳费米子(英语:Majorana fermion)是一种费米子,它的反粒子就是它本身,1937年,埃托雷·马约拉纳发表论文假想这种粒子存在,因此而命名。与之相异,狄拉克费米子,指的是反粒子与自
  • 全氟辛烷全氟辛烷(英语:Perfluorooctane)也称为十八氟辛烷(octadecafluorooctane)是分子式为C8F18一种氟碳化合物(英语:fluorocarbon),是辛烷的全氟衍生物,常温下为液态。它可以很好地替代高压