Ganze positive Dualzahlen subtrahieren

Dualzahlen werden nach folgenden Regeln subtrahiert:

  • Stellenweise von rechts, von der kleinsten Stelle, nach links zum größten Stellenwert
  • Ermitteln der Differenz zwischen dem Subtrahenten und dem Minuenden. Ist der Minuend kleiner als der Subtrahend, so beträgt die Differenz 1 und der Übertrag 1 (für den nächsthöheren Stellenwert).

Daraus ergeben sich folgende Subtraktionsregeln:

  • 0 - 0 = 0
  • 1 - 0 = 1
  • 1 - 1 = 0
  • 0 - 1 = 1 (mit Übertrag 1)
  • 10 - 1 = 1

Das Ergebnis bei 0 - 1 führt zu einem Übertrag der bei der nächsthöheren Stelle zu beachten ist.

Beispiel:

 

11112

(Minuend)

-

10012

(Subtrahend)

=

01102

(Differenz)

Man subtrahiert zuerst die Stellen ganz rechts, 1 - 1 = 0. An der ersten Stelle ganz rechts im Ergebnis steht also eine 0. Nun die zweiten Stellen, 1 - 0 = 1. An der zweiten Stelle im Ergebnis steht also eine 1. Nun die dritten Stellen, 1 - 0 = 1. An der dritten Stelle im Ergebnis steht also auch eine 1. Nun die vierte Stelle, 1 - 1 = 0. An der vierten Stelle im Ergebnis steht eine 0. (Übungen)

11112 - 10012 = 01102

Die erste Null bei diesem Ergebnis kann auch weggelassen werden. -> 1102

Zur Überprüfung der Subtraktion werden die Dualzahlen in Dezimalzahlen gewandelt.

11112 = 1510, 10012 = 910

15 - 9 = 6.

610 = 01102

Subtraktion durch Borgen

Hat man einen dualen Subtrahenden der größer ist als der duale Minuend, dann ist das Ergebnis eine negative Differenz. In diesem Fall 'borgt' man sich eine Einheit von der nächsthöheren Stelle aus. Diese geborgte Einheit hat die Wertigkeit der Basis des Dualsystems, also 102.

Beispiel:

 

 

01112

 

-

11112

=

 

1010002

Hier liegt der Fall vor das das Ergebnis negativ ist. Das bedeuted das die Ziffer die am weitesten links steht, das höchstwertigste Bit (MSB - Most Significant Bit) ein Vorzeichenbit ist. Eine 0 bedeuted das die Dualzahl positiv ist, eine 1 bedeuted das die Dualzahl negativ ist. Diese Subtraktion in Dezimalzahlen notiert sähe so aus:

710 - 1510 = -810

Die Dualzahl 1010002 als vorzeichenbehaftete Zahl ergibt nach der Umwandlung in das Dezimalsystem -810.

Subtraktion von positiven Dualzahlen mittels Addition des Zweierkomplements

Das Einer-Komplement einer Dualzahl wird gebildet durch die Negation der Dualzahl, die 0 wird durch eine 1 ersetzt und die 1 durch eine 0.

Beispiel:

01102 (Dualzahl)
10012 (Einer-Komplement der Dualzahl 01102)

Das Zweier-Komplement einer Dualzahl wird gebildet durch die Negation der Dualzahl (Einer-Komplement-Bildung) und Addition von 1. Beispiel: Die Dualzahl 10012 soll von der Dualzahl 11112 subtrahiert werden (positives Ergebnis, der Minuend ist größer als der Subtrahend).

Gleichung (der Subtrahend ist kleiner als der Minuend):

 11112 (Minuend)
-10012 (Subtrahend)
=xxxx2 (Ergebnis)

bilden des Zweier-Komplements des Subtrahenden:

  10012 (Subtrahend, gegebenfalls den Subtrahenden mit Nullen erweitern )
  01102 (Einer-Komplement der Dualzahl 10012)
     +12 (addieren von 12 zur Zweier-Komplementbildung)
=01112 (Zweier-Komplement der Dualzahl 10012)

Somit lautet die Gleichung dann:

    11112;
  +01112
=10110 2

Ergebnis: 1102

Die Komplementaddition ergibt das Ergebnis der Subtraktion. Die 1 ganz links, der Übertrag, wird in diesem Fall gestrichen. Die führenden Nullen kann man weglassen und man erhält das Ergebnis der Subtraktion -> 1102.

Subtrahiert man zwei positive n-stellige Dualzahlen bei denen der Subtrahend kleiner ist als der Minuend, ergibt sich ein Übertrag von n+1. Nach der Streichung dieses Übertrages erhält man das Ergebnis als positive Dualzahl.

Gleichung (der Subtrahend ist größer als der Minuend)

 1010112 (Minuend, entspricht der Dezimalzahl 4310 )
-1110002 (Subtrahend, entspricht der Dezimalzahl 5610 )
=xxxxxx2 (Ergebnis)

bilden des Zweierkomplements des Subtrahenden:

  1110002 (Subtrahend, 5610 )
  0001112 (Einer-Komplement der Dualzahl 1110002)
         + 12 (addieren von 12 zur Zweier-Komplementbildung)
=0010002 (Zweier-Komplement der Dualzahl 0001112)

Somit lautet die Gleichung dann:

  01010112 (vorzeichenbehafteter Minuend)
+00010002 (Komplementaddition der Dualzahl 1110002, vorzeichenbehaftet)
=  1100112 (vorzeichenbehaftetes Zwischenergebnis)

Ergebnis: 1100112 (vorzeichenbehaftete Dualzahl, MSB = 1, negative Dualzahl)

Für das richtige Ergebnis muß die negative Dualzahl rekomplementiert werden.

  1100112 (Zwischenergebnis)
  0011002 (Einer-Komplement von 1100112)
+          12 (addieren von 12 zur Rekomplementierung)
=    11012 (Ergebnis = -1310)

Die Subtraktion in Dezimalzahlen umgewandelt lautet 4310 - 5610 = -1310

Das Komplement einer Zahl kann als negativer Wert dieser Zahl angesehen werden. Mittels der Komplementbildung können positive Dualzahlen in negative Dualzahlen umgewandelt werden. 

Ist eine Dualzahl als vorzeichenbehaftet definiert, dann gilt das positive Dualzahlen durch eine Null gekennzeichnet sind und negative Dualzahlen durch eine Eins.

+1110 entspricht 010112
dazu das Einer-Komplement: 101002
+ 12 zur Bildung des Zweier-Komplements: 101012
101012 ist die vorzeichenbehaftete duale Darstellung für die negative Dezimalzahl -1110

Natürlich kann die negative Dualzahl 101012 durch Komplementbildung wieder in die positive Dualzahl 010112 umgewandelt werden.