10進数の $-0.125$ をIEEE754単精度浮動小数点数形式(符号部1ビット、指数部8ビット、仮数部23ビットの合計32ビット)で表現する問題です。各部を2進数で表したり、全体を16進数で表現したり、また、0や無限大を表現する場合を問う問題です。

応用数学浮動小数点数IEEE754数値表現2進数16進数
2025/5/26

1. 問題の内容

10進数の 0.125-0.125 をIEEE754単精度浮動小数点数形式(符号部1ビット、指数部8ビット、仮数部23ビットの合計32ビット)で表現する問題です。各部を2進数で表したり、全体を16進数で表現したり、また、0や無限大を表現する場合を問う問題です。

2. 解き方の手順

(1) IEEE形式の基数は何か:
IEEE754では、基数は2です。
(2) IEEE倍精度浮動小数点形式は何ビットか:
IEEE倍精度浮動小数点形式は64ビットです。
(3) 10進数の 0.125-0.125 を2進数で表す:
まず、0.1250.125 を2進数に変換します。
0.125=1/8=230.125 = 1/8 = 2^{-3} なので、0.00120.001_2 となります。
したがって、0.125-0.125 の2進数表現は 0.0012-0.001_2 です。
(4) (3)で求めた2進数の数値を指数表記で表す(ただし整数部が1となるように正規化する):
0.0012=1.0×23-0.001_2 = -1.0 \times 2^{-3}
(5) 符号部(1ビット)を2進数表記する:
負の数なので、符号ビットは1です。
(6) 指数部(8ビット)を2進数表記する:
指数部は、E=biased exponent=true exponent+biasE = \text{biased exponent} = \text{true exponent} + \text{bias} で求められます。
単精度浮動小数点数では、バイアスは127です。
真の指数は 3-3 なので、E=3+127=124E = -3 + 127 = 124 となります。
124124 を2進数で表すと、01111000201111000_2 です。
(7) 仮数部(23ビット)を2進数表記する:
正規化された仮数部は、1.01.0 の小数点以下(つまり0)を23ビットで表します。
したがって、00000000000000000000000200000000000000000000000_2 となります。
(8) 符号部、指数部、仮数部を合わせて16進数表記する:
符号部: 1
指数部: 01111000201111000_2
仮数部: 00000000000000000000000200000000000000000000000_2
全体を結合すると、10111100000000000000000000000000210111100000000000000000000000000_2 となります。
これを4ビットずつ区切って16進数に変換します。
1011 1000 0000 0000 0000 0000 0000 00002=B8000000161011\ 1000\ 0000\ 0000\ 0000\ 0000\ 0000\ 0000_2 = B8000000_{16}
(9) IEEE単精度浮動小数点形式で、0を表すとき、16進数表記する:
0を表す場合は、すべてのビットが0になります。
したがって、000000001600000000_{16}
(10) IEEE単精度浮動小数点形式で、無限大を表すとき、16進数表記する:
無限大を表す場合は、指数部のすべてのビットが1で、仮数部のすべてのビットが0になります。
正の無限大の場合:符号ビットは0、指数部は11111111211111111_2、仮数部はすべて0。011111111000000000000000000000002=7F8000001601111111100000000000000000000000_2 = 7F800000_{16}
負の無限大の場合:符号ビットは1、指数部は11111111211111111_2、仮数部はすべて0。111111111000000000000000000000002=FF8000001611111111100000000000000000000000_2 = FF800000_{16}

3. 最終的な答え

(1) 2
(2) 64
(3) -0.001
(4) -1.0 x 2^(-3)
(5) 1
(6) 01111000
(7) 00000000000000000000000
(8) B8000000
(9) 00000000
(10) FF800000(負の無限大) / 7F800000 (正の無限大)

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