布斯乘法算法

✍ dations ◷ 2025-12-10 21:12:45 #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

  • 给皂机给皂机,为一种供给定量肥皂溶液或手部消毒剂的机器,可分成自动或手动。它们通常被设置于公共厕所内,功能在阻止传染病传播、并可以节约肥皂的使用。
  • 灞桥灞桥位于中国陕西省西安市东10公里的灞河上,是古代关中通向东方的重要交通设施。由于长安至关东三条要道在灞河至长安城之间并为一路,中间以灞桥连通,故地位十分重要。程大昌有
  • 软性错误软性错误是电子学及电脑运算中的错误,是因为一个信号或数据不正确造成的错误。软性错误可能是因为缺陷而造成,多半认为是因为设计或是架构上的错误,或者是因零件损坏而产生。软
  • 五五宪草五五宪草是在正式的《中华民国宪法》颁布前所拟定的宪法草案之一,草案由国民党组织的宪法起草委员会制定,基本上反映了孙中山五权宪法的思想,是五权宪法的正式草稿。此草案在随
  • 超级马力欧超级马里奥系列(日语:スーパーマリオ,英语:Super Mario,港台官方译为“超级玛利欧”,中国大陆官方译为“超级马力欧”)是任天堂开发,以旗下吉祥物——马里奥为主角的动作平台游戏系
  • 胶原螺旋结构 / ECOD在胶原蛋白中,胶原三螺旋(或称为2型螺旋)是其中的主要二级结构。它是由重复的氨基酸序列Gly-X-Y形成的三股螺旋(英语:triple helix),其中的X和Y常常是脯氨酸或羟脯氨酸
  • Public Health Agency of Canada加拿大公共卫生局 (英语:Public Health Agency of Canada, PHAC;法语:Agence de la santé publique du Canada, ASPC) 是一个加拿大政府负责公共卫生、应急准备和响应、以及传
  • 美鞭达唑甲苯咪唑(英语:Mebendazole,简称MBZ),又名安乐士、美鞭达唑,为治疗多种寄生虫感染的指定用药。治疗对象包含蛔虫、蛲虫、线虫、绦虫、钩虫、滴虫、包囊虫,以及鞭虫类的感染。该药属
  • 河北医科大学河北医科大学,是中华人民共和国河北省石家庄市的一所包括西医、中医、药学等学科专业的综合性医科大学,1995年5月由原河北医学院、河北中医学院、石家庄医学高等专科学校合并
  • 复合位移运动复合位移运动 (Migrating motor complex) 也称为移行性复合运动,是指两餐之间在消化道的一系列动作电位。 这些动作电位令消化道一次又一次地蠕动,把未能消化的物质(如纤维)从胃