Как положительные числа преобразуются в отрицательные?
Читаем про знаковые и безнаковые типы переменных. Внимательно читаем!
+/- нет в памяти. Есть только 0/1. Запись отрицательных чисел, как вы показали, называется дополнительный код. Он удобен при счете, так как практически не отличается от счета беззнаковых чисел.
Например (8 бит):-
  00000010 (2)
- 00000100 (4)
  --------
  11111110 (-2)

  11111111 (-1)
+ 00000011 (3)
  --------
 100000010 (2) - здесь старший бит отбрасывается, так как у нас не больше 8 бит
Вы правы, если рассматривать 11111111111111111111111111111110 как беззнаковое число, это 4294967294. Но это знаковое число! Старший (первый) бит показывает 1, значит, это отрицательное число.
1. Инвертируем биты: 00000000000000000000000000000001
2. Прибавляем 1: 00000000000000000000000000000010
3. Переводим в десятичную систему: 2.
4. Добавляем -: -2.