位移指令实现乘法、除法计算
前言
大家都知道51单片机是有乘法、除法指令的,不管是用C语言还是汇编语言,都是可以直接计算乘法、除法的,我以为+,-,*,/ 这些算术运算是单片机的标配,而我公司使用的应广单片机居然没有乘法、除法指令,应广单片机使用的是mini-C语言,和C语言有点像,可以在C代码中穿插汇编指令。但mini-C不支持for循环,也不支持函数传参,所以一下代码都没有传参,也没有for循环。
乘法
思路0
我们都知道左移1位(<<1)相当于乘2,左移2位(<<2)相当于乘4,但想乘3、乘5、乘6、乘7怎么办?
在已知要乘多少时,我们可以考虑这种方法
int a=13;
b=a<<1;//b=a*2
b=(a<<1)+a;//b=a*3
b=a<<2;//b=a*4
b=(a<<2)+a;//b=a*5
b=(a<<2)+a+a;//b=a*6
b=(a<<3)-a;//b=a*7
b=a<<3;//b=a*8
//.....
思路1
前面的方法显然不是我想找的,也不是你想找的,我需要一个实现乘法的功能:a×b,a是变量,b也是变量。
再想想,例如做9×4时,我们是如何计算除法的?相信大家首先想到的是乘法口诀“四九三十六” 那是中国人太聪明了有乘法口诀,若是老外计算,可能就是“nine plus nine equals eighteen, eighteen plus nine equals twenty seven …”,乘法的本质就是把n个数相加,所以写程序的时候做循环相加即可以实现乘法计算。
byte ma;//第一个因式,这里byte等价于unsigned char
byte mb;//第二个因式
word mc;//计算结果,这里word等价于unsigned int
void mult(void)
{mc=0;while(mb){mc+=ma;mb--;}
}
很好理解,mb是几,mc就循环加几次ma,但这个方法在比较耗时,例如2×100时,2+2+2+2+…+2,这里有100次加法运算。
思路2
小学乘法的竖式计算也同样适用于二进制
因为二进制只有0或1,ma×1=ma,ma×0=0;程序中只需要:
①判断被乘数mb的最低位,若为1则mc累加ma,为0则不累加(或累加0)
②让ma左移1位,mb右移1位
③再次回到①,直到mb变为0,运算结束
word ma;//第一个因式,计算结果也存放在ma
byte mb;//第二个因式
void mult(void)
{word t=0;while(mb){if(mb.0)//if(mb&0x01){t+=ma;}ma<<=1;mb>>=1;}ma=t;
}
对于上面是程序,大大减少了计算时间,最坏情况ma*11111111B需要循环8次,一共8次累加、8次左移、8次右移。
这个程序也可以做一点优化,先比较ma、mb的大小,用大的数乘以小的数。
这样可以让0000 0001B×1111 1111B这样的乘法更快计算完成。
if(mb>ma)
{t=mb; mb=ma; ma=t;
}
t=0;
除法
思路0
通过右移指令实现÷2、÷4、÷8等,但对于除以其他数却不行了。
思路1
和乘法一样,除法也可以理解为减法。
例如:16个苹果分给5个孩子
- 每个孩子拿1个,还剩16-5=11个
- 每个孩子再拿1个,还剩11-5=6个
- 每个孩子再拿1个,还剩6-5=1个
这时不够每个孩子拿1个了,所以余数是1,每个人都有3个,所以商是3。
byte ma;//被除数、商
byte mb;//除数、余数
void div(void)
{byte n=0;while(ma>mb){ma-=mb;n++;}mb=ma;ma=n;
}
这个方法对于被除数大、除数小的情况会耗时比较久。
大家可以考虑一下除数为0会发生什么,该怎么解决。
思路2
同样使用除法竖式来帮助理解
被除数高位需要对齐除数低位,再比较被除数与除数的大小决定要不要商1,但程序似乎不好写。再来看另一张图片
先将除数左移字长-1bit,就可以低位对齐并且可以相减了。
对照图片中的思路应该很好理解下面的程序。
byte ma;//被除数、商
word mb;//除数、余数
void div(void)
{word t=0;byte i=8;mb<<=7;while(i--){t<<=1;if(ma>=mb){ma-=mb;t|=0x01;//之前写错了:temp|=0x01;}mb>>=1;}mb=ma;//余数ma=t;//商
}
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