- •Информация, свойства и особенности информации. Представление информации в вычислительных системах Информация в современном мире
- •Особенности информации
- •4. Представление числовой информации в компьютере
- •4.1. Компьютерная система счисления
- •Преобразование чисел позиционных систем из компактной в развернутую
- •Перевод чисел из одной системы счисления в другую
- •Арифметические операции в позиционных системах счисления
- •Выполнение сложения чисел позиционных систем
- •Выполнение вычитания чисел позиционных систем
- •Выполнение операции умножения
- •Выполнение арифметических действий в двоичной системе
- •Выполнение деления
- •4.2. Представление в компьютере целых чисел
- •4.3. Представление в компьютере вещественных чисел
- •4.6. Принципы кодирования графических, видео и звуковых данных
- •4.6.1. Модели цвета
- •4.6.1.1. Модель rgb
- •4.6.1.2. Модель cmyk
- •4.6.1.3. Недостатки моделей rgb и cmyk
- •4.6.1.4. Модель Lab
- •4.6.1.5. Модель hsb
- •4.6.1.6. Кодирование видео- и звуковых данных
- •Многомашинные и многопроцессорные вс
- •Микропроцессоры
- •Классификация микропроцессоров
- •Интерфейсная система пк
- •Видеотерминальные устройства
- •Внешние устройства пк
- •Выбор конфигурации компьютера
4. Представление числовой информации в компьютере
4.1. Компьютерная система счисления
Система счисления — это способ записи чисел с помощью заданного набора специальных знаков (цифр).
Существуют позиционные и непозиционные системы счисления.
В непозиционных системах вес цифры (т. е. тот вклад, который она вносит в значение числа) не зависит от ее позиции в записи числа. Так, в римской системе счисления в числе ХХХII (тридцать два) вес цифры Х в любой позиции равен просто десяти.
Алфавит системы: I,V,X,L,C,D,M. Изменение весовых значений цифр алфавита определяется циклической последовательностью: умножить на 5, а затем удвоить, тогда таблица весовых значений имеет вид:
I |
V |
X |
L |
C |
D |
M |
1 |
5 |
10 |
50 |
100 |
500 |
1000 |
Число 672 можно представить в римском изображении: 600+70+2=DCLXXII. Возможна запись любых положительных чисел в диапазоне от 1 до 3999. Для изображения чисел больших по весу используется над- или подстрочный индекс. Например,: 5325=VMCCCXXV=VMCCCXXV.
Достоинства непозиционных систем:
использование в качестве цифр букв основной для римлян разговорной системы;
возможность выделения некоторой информации в ряду другой нетрадиционной.
Недостатки:
громоздкость записи;
непонятность выполнения правил действий над числами, даже простейших арифметических.
Исходя из изложенного, римская, как и другие непозиционные системы, используется редко, в основном для обозначения веков, знаменательных дат.
В позиционных системах счисления вес каждой цифры изменяется в зависимости от ее положения (позиции) в последовательности цифр, изображающих число. Например, в числе 757,7 первая семерка означает 7 сотен, вторая – 7 единиц, а третья – 7 десятых долей единицы.
Сама же запись числа 757,7 означает сокращенную запись выражения:
700 + 50 + 7 + 0,7 = 7•102 + 5•101 + 7•100 + 7•10-1 = 757,7.
Любая позиционная система счисления характеризуется своим основанием.
Основание позиционной системы счисления — это количество различных знаков или символов, используемых для изображения цифр в данной системе.
В качестве основания системы счисления можно использовать любое значение Р в диапазоне:
.
Следовательно, возможно бесчисленное множество позиционных систем: двоичная, троичная, четверичная и т. д. Запись чисел в каждой из систем счисления с основанием q означает сокращенную запись выражения
an-1 qn-1 + an-2 qn-2+ ... + a1 q1 + a0 q0 + a-1 q-1 + ... + a-m q-m,
где ai – цифры системы счисления; n и m – число целых и дробных разрядов, соответственно.
Например:
Разряды 3 2 1 0 -1
Число 1 0 1 1, 12 = 1∙23+0∙22+1∙21+1∙20+1∙2-1 = 10,510
Разряды 2 1 0 -1 -2
Число 2 7 6, 5 48 = 2∙82+7∙81+6∙80+5∙8-1+ 4∙8-2 = 190,687510
В каждой системе счисления цифры упорядочены в соответствии с их значениями: 1 больше 0, 2 больше 1 и т. д.
Промежуточная – это система счисления, основание которой кратно 2 в целой положительной степени (n). Следовательно, основания любой промежуточной системы вычисляются зависимостью: Р=2n, т.е. Р=4, Р=8, Р=16, Р=32 и т.д. В настоящее время широко используются 2 промежуточные системы: восьмеричная (Р=8) и шестнадцатиричная (Р=16).
Продвижением цифры называют замену её следующей по величине. Продвинуть цифру 1, значит, заменить её на 2, продвинуть цифру 2, значит, заменить её на 3 и т. д. Продвижение старшей цифры (например, цифры 9 в десятичной системе) означает замену её на 0. В двоичной системе, использующей только две цифры – 0 и 1, продвижение 0 означает замену его на 1, а продвижение 1 – замену её на 0.
Для образования целого числа, следующего за любым данным целым числом, нужно продвинуть самую правую цифру числа; если какая-либо цифра после продвижения стала нулем, то нужно продвинуть цифру, стоящую слева от неё.
Применяя это правило, можно записать первые десять целых чисел
в двоичной системе: 0, 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000, 1001;
в троичной системе: 0, 1, 2, 10, 11, 12, 20, 21, 22, 100;
в пятеричной системе: 0, 1, 2, 3, 4, 10, 11, 12, 13, 14;
восьмеричной системе: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11.
в десятичной системе 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
В шестнадцатеричной системепервые 36 числел:0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 20, 21, 2216.
Люди предпочитают десятичную систему, вероятно, потому, что с древних времен считали по пальцам, а пальцев у людей по десять на руках и ногах. Не всегда и не везде люди пользуются десятичной системой счисления. В Китае, например, долгое время пользовались пятеричной системой счисления.
Из всех систем счисления особенно проста и поэтому интересна для технической реализации в компьютерах двоичная система счисления.
Компьютеры используют двоичную систему потому, что она имеет ряд преимуществ перед другими системами:
для ее реализации нужны технические устройства с двумя устойчивыми состояниями (есть ток — нет тока, намагничен — не намагничен и т. п.), а не, например, с десятью, — как в десятичной;
представление информации посредством только двух состояний надежно и помехоустойчиво;
возможно применение аппарата булевой алгебры для выполнения логических преобразований информации;
двоичная арифметика намного проще десятичной.
Недостаток двоичной системы - быстрый рост числа разрядов, необходимых для записи чисел.
Двоичная система, удобная для компьютеров, но для человека же наоборот неудобна из-за ее громоздкости и непривычной записи.
Полезно запомнить запись в различных системах счисления первых семнадцати целых чисел:
10ая |
2ая |
5ая |
8ая |
16ая |
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 |
0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 10000 |
0 1 2 3 4 10 11 12 13 14 20 21 22 23 24 30 31 |
0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 20 |
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 10 |