Системы счисления

Материал из ПИЭ.Wiki

Перейти к: навигация, поиск

Содержание


Позиционные и непозиционные системы счисления

Система счисления — совокупность приёмов и правил изображения чисел цифровыми знаками. Системы счисления делятся на непозиционные и позиционные

Непозиционная система счисления — система, в которой, значение символа не зависит от его положения в числе. Непозиционные системы счисления возникли раньше позиционных систем. Они использовались в древности римлянами, египтянами, славя-нами и другими народами. Примером непозиционной системы счисления, дошедшей до наших дней, служит римская система счисления.

Цифры в римской системе обозначаются различными знаками: 1—I; 3—III; 5—V; 10—X; 50—L; 100—C; 500—D; 1000—M. Для записи промежуточных значений существует правило: каждый меньший знак, поставленный справа от большего, прибавляется к его значению, а слева — вычитается из него. Так, IV обозначает 4, VI—6, LX— 60, XC—90 и т.д. Основной недостаток непозиционных систем — большое число различных знаков и сложность выполнения арифметических операций.

Позиционная система счисления — система, в которой значение символа зависит от его места в ряду цифр, изображающих число. Например, в числе 7382 первая цифра слева означает количество тысяч, вторая — количество сотен, третья — количество десятков и четвёртая количество единиц. Позиционные системы счисления (ПСС) более удобны для вычислительных операций, поэтому они получили более широкое распространение. Позиционная система счисления характеризуется основанием.

Основание (базис) ПСС - количество знаков или символов, используемых в разрядах для изображения числа в данной системе счисления. Для ПСС с общим основанием справедливо равенство

LateX

Значения первых 16 целых чисел в различных СС

102816102816
000081000108
111191001119
2102210101012А
3113311101113B
41004412110014C
51015513110115D
61106614111016E
71117715111117F

Двоичная система счисления. Правила двоичной арифметики

В двоичной системе счисления для записи чисел используется две цифры 0 и 1. Основание системы q=2 записывается как 102=[1*21+0*20]10


В данной СС любое число может быть представлено последовательностью двоичных цифр. Эта запись соответст-вует сумме степеней цифры 2, взятых с указанными в ней коэффициентами

X=am*2m+am-1*2m-1+…+a1*21+a0*20+… . Например, двоичное число (10101101)2=1*27+0*26+1*25+0*24+1*23+1*22+0*21+1*20=17310

Арифметические операции над двоичными числами отличаются простотой и лег-костью технического выполнения.

Правила двоичной арифметики:


Сложение:


0+0=0;

1+0=1;

0+1=1;

1+1=10 (происходит перенос единицы в старший разряд);


Вычитание:


0-0=0;

1-1=0;

1-0=1;

10-1=1 (происходит заем единицы в старшем разряде);


Умножение:


0х0=0;

1х0=0;

0х1=0;

1х1=1;


Двоичная система счисления является основной для использования в ЭВМ, удобной из-за простоты выполнения арифметических операций над двоичными числами. С точки зрения затрат оборудования на создание ЭВМ эта система уступает только троичной системе счисления.

В двоично-кодированных системах счисления, имеющих основания q, отличные от 2 (q>2), каждая цифра числа представляется в двоичной системе счисления. Наибольшее применение в ЭВМ получили шестнадцатеричная система счисления и десятичная двоично-кодированная система счисления.

Восьмеричная и шестнадцатеричная система счисления

Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления являются вспомогательными системами при подготовке задачи к решению. Удобство их использования состоит в том, что числа соответственно в 3 и 4 раза короче двоичной системы, а перевод в двоичную систему счисления и наоборот несложен и выполняется простым механическим способом.


Пример 1:

Число 137,458 перевести в двоичную систему счисления. Перевод осуществляется заменой каждой восьмеричной цифры трехзначным двоичным числом (триадой):

1 3 7, 4 5
001 011 111, 100 101


т,е 137,458 = 001011111,1001012.

И наоборот, заменой каждой триады слева и справа от запятой эквивалентным значением восьмеричной цифры образуется восьмеричное число.


Если в крайней слева или крайней справа триаде окажется меньше трех двоичных чисел, то эти тройки дополняют нулями.


Пример 2:

Число 5F,9416 перевести в двоичную систему счисления. Перевод осуществляется заменой каждой шестнадцатеричной цифры четырехзначным двоичным числом (тетрадой):


5 F, 9 4
0101 1111 1001, 0100

т.e. 5F,9416=01011111,100101002.Исходя из Число 5F,9416 в восьмеричной системе счисления имеет вид 137,458.

В десятичной двоично-кодированной системе счисления, часто называемой двоично-десятичной системой, используются десятичные числа. В ней каждую цифру деся-тичного числа (от 0 до 9) заменяют тетрадой.

Пример 3:

Число 273,5910 перевести в двоично-десятичную систему счисления. Перевод осуществим следующим образом:

2 7 3, 5 9
0010 0111 0011 0101 1001

т.е. 273,5910 = 001001110011,010110012-10

Двоично-десятичную запись числа используют непосредственно или как промежу-точную форму записи между обычной десятичной его записью и машинной двоичной. Вычислительная машина сама по специальной программе переводит двоично-десятичные числа в двоичные и обратно.


Правила перевода из одной позиционной системы счисления в другую

Перевод целых чисел

Допустим, число Х из системы счисления с основанием q требуется перевести в систему счисления с основанием р. Перевод осуществляется по следующему правилу. Целую часть числа делим на новое основание р. Полученный от деления первый остаток является младшей цифрой целой части числа с основанием р. Целую часть полученного числа снова делим на основание р. В результате определим второй остаток, равный следующей после младшей цифре числа с основанием р', деление будем производить до тех пор, пока не получим частное меньше делителя. Последнее частное дает старшую цифру числа с основанием р.

Пример 4

Число 2610 перевести в двоичную систему счисления. Перевод осуществим методом последовательного деления десятичного числа 26 на основание новой системы счисления - 2. Остатки от деления образуют искомое число в двоичной СС. Таким образом:

Файл:SS2.JPG‎

В результате получаем 2610 = 110102

Пример 5

Число 19110 перевести в восьмеричную систему счисления. Перевод осуществим методом последовательного деления десятичного числа 191 на основание новой системы счисления - 8. Остатки от деления образуют искомое число в восьмеричной СС.Остатки отделения образуют восьмеричное число

Файл:SS3.JPG‎

В результате получаем 19110 = 2772

Перевод из позиционной СС в десятичную:

Перевод из любой позиционной системы счисления в десятичную осуществляется следующим методом:

1) над каждым разрядом числа расставляют его номер по порядку справа налево, начиная с нуля; 2) цифры числа являются коэффициентами при основании системы счисления в степенях соответствующих номеру разряда; 3) суммируют полученные произведения оснований системы счисления в степенях равных соответствующему номеру разрядов на цифры числа.

Рассмотрим данный алгоритм на примере перевода 11010012 в десятичную СС: 11010012 = [1*26+1*25+0*24+1*23+0*22+0*21+1*20]10 = 10510


Перевод дробных чисел

Предположим, что правильную дробь X, представленную в системе счисления с основанием q, требуется перевести в систему счисления с основанием р. Перевод осуществляем по следующему правилу. Исходное число умножаем на новое основание р. Получающаяся при этом целая часть произведения является первой искомой цифрой. Дробную часть произведения снова умножаем на основание р, целая часть нового произведения будет второй искомой цифрой. Дробную часть снова умножаем на основание р и т. д.

Файл:SS4.JPG‎

в результате 0,3110 = 0,01001112

Из этого примера следует, что перевод дробей может представлять собой бесконечный процесс, а результат перевода — приближенный.

Число цифр в числе, представленном в системе счисления с основанием р, определяется из условия, что точность числа в этой системе должна соответствовать точности числа в системе счисления с основанием q.

Перевод двоичной части числа рассмотрим на примере перевода двоичной дроби в десятичную, его можно осуществить сложением всех цифр со степенями 2, соответствующими позициям разрядов исходной двоичной дроби, в которых цифры равны 1. Т.е. осуществляется аналогично переводу целых чисел, но цифры нумеруются слева на право со знаком минус.

Пример 6:

0,11101112 = [1*2-1+1*2-2+1*2-3+1*2-5+1*2-6+1*2-7]10 = 0,9296875


Перевод произвольных чисел.

Числа, имеющие целую и дробную часть, переводятся в два этапа: вначале целая часть числа, а затем дробная.

Выбор системы счисления

От того, какая система счисления будет использована в ЭВМ, зависят скорость вычислений, емкость памяти, сложность алгоритмов выполнения арифметических операций. При выборе системы счисления учитывается зависимость длины числа и количества устойчивых состояний функциональных элементов (для изображения цифр) от основания системы счисления. Например, при десятичной системе счисления функциональный элемент должен иметь десять устойчивых состояний, а при двоичной системе счисления — два. Кроме того, система счисления должна обладать простотой выполнения арифметических и логических операций.

Десятичная система счисления, привычная для нас в повседневной жизни, не является наилучшей для использования в ЭВМ. Это объясняется тем, что известные в настоящее время функциональные элементы с десятью устойчивыми состояниями (элементы на основе сегнетокерамики, декатроны и др.) имеют низкую скорость переключения и, таким образом, не могут удовлетворять требованиям, предъявляемым к ЭВМ по быстродействию. Поэтому в большинстве случаев в ЭВМ используют двоичные или двоично-кодированные системы счисления. Широкое распространение этих систем обусловлено тем, что элементы ЭВМ способны находиться лишь в одном из двух устойчивых состояний. Например, полупроводниковый транзистор в режиме переключения может быть в открытом или закрытом состоянии, а следовательно, иметь на выходе высокое или низкое напряжение. Ферритовый сердечник в устойчивом состоянии может иметь положительную или отрицательную остаточную магнитную индукцию. Такие элементы принято называть двухпозиционными. Если одно из устойчивых положений элемента принять за 0, а другое — за 1, то достаточно просто изображаются разряды двоичного числа.

Дополнительная литература

Википедия

Просмотры
Инструменты

Besucherzahler russian mail order brides
счетчик посещений
Rambler's Top100
Лингафонные кабинеты  Интерактивные доски  Интерактивная приставка Mimio Teach