原碼

如果機器字長為n，那麼一個數的原碼就是用一個n位的二進位制數，其中最高位為符號位：正數為0，負數為1。剩下的n-1位表示概數的絕對值。

PS：正數的原、反、補碼都一樣：0的原碼跟反碼都有兩個，因為這裡0被分為+0和-0。

原碼就是符號位加上真值的絕對值, 即用第一位表示符號, 其餘位表示值.

比如如果是8位二進位制:
[+1]原 = 0000 0001
[-1]原 = 1000 0001

例如： X=+101011 , [X]原= 00101011 X=-101011 , [X]原= 10101011

反碼

反碼的表示方法是:
* 正數的反碼是其本身
* 負數的反碼是在其原碼的基礎上, 符號位不變，其餘各個位取反.

[+1] = [00000001]原 = [00000001]反

[-1] = [10000001]原 = [11111110]反

補碼

補碼的表示方法是:
* 正數的補碼就是其本身
* 負數的補碼是在其原碼的基礎上, 符號位不變, 其餘各位取反, 最後+1. (即在反碼的基礎上+1)
* 更簡單的方法是，符號位不變，從最低位開始，指導遇見第一個1，這個1後面的都不變，前面的所有位依次取反。

0的補碼是唯一的，如果機器字長為8那麼[0]補=00000000。

[+1] = [00000001]原 = [00000001]反 = [00000001]補

[-1] = [10000001]原 = [11111110]反 = [11111111]補

移碼

移碼（又叫增碼）是符號位取反的補碼，一般用做浮點數的階碼，引入的目的是為了保證浮點數的機器零為全0。

8位光從移碼本身來說，從00000000到11111111，由於其順序就表示了從小到大的順序，所以為0~255，但其真值表示範圍為-128~127

在短浮點數表示中，移碼為0~255，但是正常情況下，要表示無窮大以及其他的一些特殊值，0和255留作它用，所以E正常範圍為1~254,在-127，所以為-126~127

例如：X=-101011 , [X]原= 10101011 ，[X]反=11010100，[X]補=11010101，[X]移=01010101

為何要使用原碼, 反碼和補碼

所以補碼的設計目的是:
⑴使符號位能與有效值部分一起參加運算,從而簡化運算規則.
⑵使減法運算轉換為加法運算,進一步簡化計算機中運算器的線路設計 所有這些轉換都是在計算機的最底層進行的，而在我們使用的彙編、C等其他高階語言中使用的都是原碼。

現在我們知道了計算機可以有三種編碼方式表示一個數. 對於正數因為三種編碼方式的結果都相同:

[+1] = [00000001]原 = [00000001]反 = [00000001]補

所以不需要過多解釋. 但是對於負數:

[-1] = [10000001]原 = [11111110]反 = [11111111]補

可見原碼, 反碼和補碼是完全不同的. 既然原碼才是被人腦直接識別並用於計算表示方式, 為何還會有反碼和補碼呢?

首先, 因為人腦可以知道第一位是符號位, 在計算的時候我們會根據符號位, 選擇對真值區域的加減. (真值的概念在本文最開頭). 但是對於計算機, 加減乘數已經是最基礎的運算, 要設計的儘量簡單. 計算機辨別”符號位”顯然會讓計算機的基礎電路設計變得十分複雜! 於是人們想出了將符號位也參與運算的方法. 我們知道, 根據運演算法則減去一個正數等於加上一個負數, 即: 1-1 = 1 + (-1) = 0 , 所以機器可以只有加法而沒有減法, 這樣計算機運算的設計就更簡單了.

於是人們開始探索 將符號位參與運算, 並且只保留加法的方法. 首先來看原碼:

計算十進位制的表示式: 1-1=0

1 - 1 = 1 + (-1) = [00000001]原 + [10000001]原 = [10000010]原 = -2

如果用原碼錶示, 讓符號位也參與計算, 顯然對於減法來說, 結果是不正確的.這也就是為何計算機內部不使用原碼錶示一個數.

為了解決原碼做減法的問題, 出現了反碼:

計算十進位制的表示式: 1-1=0

1 - 1 = 1 + (-1) = [0000 0001]原 + [1000 0001]原= [0000 0001]反 + [1111 1110]反 = [1111 1111]反 = [1000 0000]原 = -0

發現用反碼計算減法, 結果的真值部分是正確的. 而唯一的問題其實就出現在”0”這個特殊的數值上. 雖然人們理解上+0和-0是一樣的, 但是0帶符號是沒有任何意義的. 而且會有[0000 0000]原和[1000 0000]原兩個編碼表示0.

於是補碼的出現, 解決了0的符號以及兩個編碼的問題:

1-1 = 1 + (-1) = [0000 0001]原 + [1000 0001]原 = [0000 0001]補 + [1111 1111]補 = [0000 0000]補=[0000 0000]原

這樣0用[0000 0000]表示, 而以前出現問題的-0則不存在了.而且可以用[1000 0000]表示-128:

(-1) + (-127) = [1000 0001]原 + [1111 1111]原 = [1111 1111]補 + [1000 0001]補 = [1000 0000]補

-1-127的結果應該是-128, 在用補碼運算的結果中, [1000 0000]補 就是-128. 但是注意因為實際上是使用以前的-0的補碼來表示-128, 所以-128並沒有原碼和反碼錶示.(對-128的補碼錶示[1000 0000]補算出來的原碼是[0000 0000]原, 這是不正確的)

使用補碼, 不僅僅修復了0的符號以及存在兩個編碼的問題, 而且還能夠多表示一個最低數. 這就是為什麼8位二進位制, 使用原碼或反碼錶示的範圍為[-127, +127], 而使用補碼錶示的範圍為[-128, 127].

因為機器使用補碼, 所以對於程式設計中常用到的32位int型別, 可以表示範圍是: [-231, 231-1] 因為第一位表示的是符號位.而使用補碼錶示時又可以多儲存一個最小值.