- •Арифметические основы компьютеров. Системы счисления (позиционная, непозиционная). Преимущества в использовании компьютером двоичной системы счисления.
- •Правила перевода чисел из десятичной системы счисления в любую другую и наоборот.
- •Правило перевода чисел из двоичной системы счисления в системы счисления 4, 8, 16.
- •Арифметические операции в позиционных системах счисления.
- •Арифметические действия, выполняемые компьютером над целыми числами. Сложение и вычитание
- •Умножение и деление
- •Арифметические действия, выполняемые компьютером над вещественными числами.
- •Сложение и вычитание
- •Умножение
- •Деление
Правило перевода чисел из двоичной системы счисления в системы счисления 4, 8, 16.
Кроме двоичной в ЭВМ используются так же системы счисления с основанием, являющейся целой степенью числа 2.
Если необходимо перевести число из двоичной системы счисления в систему счисления, основанием которой является степень двойки, достаточно объединить цифры двоичного числа в группы по столько цифр, каков показатель степени, и использовать приведенный ниже алгоритм. Например, если перевод осуществляется в восьмеричную систему, то группы будут содержать три цифры (8 = 23). Итак, в целой части будем производить группировку справа налево, в дробной - слева направо. Если в последней группе недостает цифр, дописываем нули: в целой части - слева, в дробной - справа. Затем каждая группа заменяется соответствующей цифрой новой системы. Соответствия приведены в таблицах.
P |
2 |
00 |
01 |
10 |
11 |
4 |
0 |
1 |
2 |
3 |
P |
2 |
000 |
001 |
010 |
011 |
100 |
101 |
110 |
111 |
8 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
P |
2 |
0000 |
0001 |
0010 |
0011 |
0100 |
0101 |
0110 |
0111 |
1000 |
1001 |
1010 |
1011 |
1100 |
1101 |
1110 |
1111 |
16 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
A |
B |
C |
D |
E |
F |
Пример 3
Перевести из двоичной системы в шестнадцатеричную число 1111010101,11(2).
0011 1101 0101,1100(2) = 3D5,C(16).
Арифметические операции в позиционных системах счисления.
Для выполнения арифметических операций в системе счисления с основанием P необходимо иметь соответствующие таблицы сложения и умножения. Для P = 2, 8 таблицы представлены ниже.
P=2
+ |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
10 |
-
0
1
0
0
0
1
0
1
P=8
+ |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
0 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
10 |
2 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
10 |
11 |
3 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
10 |
11 |
12 |
4 |
4 |
5 |
6 |
7 |
10 |
11 |
12 |
13 |
5 |
5 |
6 |
7 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
6 |
6 |
7 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
7 |
7 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
2 |
0 |
2 |
4 |
6 |
10 |
12 |
14 |
16 |
3 |
0 |
3 |
6 |
11 |
14 |
17 |
22 |
25 |
4 |
0 |
4 |
10 |
14 |
20 |
24 |
30 |
34 |
5 |
0 |
5 |
12 |
17 |
24 |
31 |
36 |
43 |
6 |
0 |
6 |
14 |
22 |
30 |
36 |
44 |
52 |
7 |
0 |
7 |
16 |
25 |
34 |
43 |
52 |
61 |
Пример 3
Сложить числа: а) 10000000100(2) + 111000010(2) = 10111000110(2). б) 223,2(8) + 427,54(8) = 652,74(8). 10000000100 223,2
+111000010 + 427,54
------------------- ---------
10111000110 652,74
Пример 4
Выполнить умножение: а)100111(2)1000111(2)=101011010001(2). б)1170,64(8) 46,3(8)=57334,134(8).
100111 1170,64
*1000111 * 46,3
------------- --------------
100111 355 234
+ 100111 + 7324 70
100111 47432 0
100111 -------------
------------- 57334,134
101011010001
Представление в компьютере целых и вещественных чисел.
Целые числа могут представляться в компьютере со знаком или без знака.
Целые числа без знака обычно занимают в памяти один или два байта и принимают в однобайтовом формате значения от 000000002 до 111111112 , а в двубайтовом формате - от 00000000 000000002 до 11111111 111111112.
Целые числа со знаком обычно занимают в памяти компьютера один, два или четыре байта, при этом самый левый (старший) разряд содержит информацию о знаке числа. Знак “плюс” кодируется нулем, а “минус” - единицей.
В компьютерной технике применяются три формы записи (кодирования) целых чисел со знаком: прямой код, обратный код, дополнительный код.
Последние две формы применяются особенно широко, так как позволяют упростить конструкцию арифметико-логического устройства компьютера путем замены разнообразных арифметических операций операцией сложения.
Положительные числа в прямом, обратном и дополнительном кодах изображаются одинаково - двоичными кодами с цифрой 0 в знаковом разряде.
Отрицательные числа в прямом, обратном и дополнительном кодах имеют разное изображение.
1. Прямой код. В знаковый разряд помещается цифра 1, а в разряды цифровой части числа - двоичный код его абсолютной величины.
2. Обратный код. Получается инвертированием всех цифр двоичного кода абсолютной величины числа, включая разряд знака: нули заменяются единицами, а единицы - нулями.
3. Дополнительный код. Получается образованием обратного кода с последующим прибавлением единицы к его младшему разряду.
Обычно отрицательные десятичные числа при вводе в машину автоматически преобразуются в обратный или дополнительный двоичный код и в таком виде хранятся, перемещаются и участвуют в операциях. При выводе таких чисел из машины происходит обратное преобразование в отрицательные десятичные числа.
Вещественными числами (в отличие от целых) в компьютерной технике называются числа, имеющие дробную часть.
При их написании вместо запятой принято писать точку. Так, например, число 5 - целое, а числа 5.1 и 5.0 - вещественные.
Для удобства отображения чисел, принимающих значения из достаточно широкого диапазона (то есть, как очень маленьких, так и очень больших), используется форма записи чисел с порядком основания системы счисления. Например, десятичное число 1.25 можно в этой форме представить так:
1.25*100 = 0.125*101 = 0.0125*102 = ... ,
или так:
12.5*10–1 = 125.0*10–2 = 1250.0*10–3 = ... .
Любое число N в системе счисления с основанием q можно записать в виде:
N = M * qp, где M называется мантиссой числа, а p - порядком. Такой способ записи чисел называется представлением с плавающей точкой.
Мантисса должна быть правильной дробью, первая цифра которой отлична от нуля: M из [0.1, 1).
Такое, наиболее выгодное для компьютера, представление вещественных чисел называется нормализованным.
Мантиссу и порядок q-ичного числа принято записывать в системе с основанием q, а само основание - в десятичной системе.
Примеры нормализованного представления:
Десятичная система Двоичная система
753.15 = 0.75315*103; -101.01 = -0.10101*211 (порядок 112 = 310)
-0.000034 = -0.34*10-4; -0.000011 = 0.11*2-100 (порядок -1002 = -410)
При хранении числа с плавающей точкой отводятся разряды для мантиссы, порядка, знака числа и знака порядка:
· Чем больше разрядов отводится под запись мантиссы, тем выше точность представления числа.
· Чем больше разрядов занимает порядок, тем шире диапазон от наименьшего отличного от нуля числа до наибольшего числа, представимого в машине при заданном формате.