2. Двоичная система счисления

Двоичная (бинарная) система счисления имеет основание 2. Ее алфавит – цифры 0 и 1. Для перевода числа из двоичной системы счисления в десятичную также справедливо правило . Представим в десятичном виде число 1101₍₂₎, или, что то же самое, &1101 (& - амперсант, - этим символом принято указывать то, что следующая за ним запись двоичная).

1101₍₂₎=1*2³+1*2²+0*2¹+1*2⁰=1*8+1*4+0*2+1*1=13₍₁₀₎

Н о двоичная система имеет некоторые приятные особенности, т.к. коэффициентами при степенях двойки в ней могут быть только либо нули (и тогда можно просто игнорировать разряд числа, имеющий значение “0”), либо единицы (умножение на “1” также можно опустить).

Т.е. достаточно просуммировать “два в соответствующей степени” только в тех позициях двоичного числа, в которых находятся единицы. Степень же, в которую нужно возводить число 2, равна номеру позиции.

Арифметические операции в любой позиционной системе счисления также имеют общую логику.

Таблица 2

1		“Круглые” числа в двоичной СС
&101	= 5(10)	&1	= 2^0	= 1
+ 1		&10	= 2^1	= 2
&110	= 6(10)	&100	= 2^2	= 4
+ 1		&1000	= 2^3	= 8
&111	= 7(10)	&10000	= 2^4	= 16

Каждый разряд двоичного числа имеет информационную емкость 1 бит. На основании одного двоичного разряда можно закодировать только два десятичных числа - &0=0₍₁₀₎, &1=1₍₁₀₎, на основании двух двоичных разрядов можно закодировать уже четыре десятичных числа – &00=0₍₁₀₎, &01=1₍₁₀₎ , &10=2₍₁₀₎, &11=3₍₁₀₎ , тремя двоичными разрядами можно представить восемь десятичных чисел и т.д. в соответствии с формулой Хартли.

Таблица 3

	2^0	десятичное		2^2	2^1	2^0	десятичное
	1	1		1	1	1	7
	0	0		1	1	0	6
				1	0	1	5
2^1	2^0	десятичное		1	0	0	4
1	1	3		0	1	1	3
1	0	2		0	1	0	2
0	1	1		0	0	1	1
0	0	0		0	0	0	0

Мы видим, что добавление каждого следующего разряда вдвое увеличивает количество двоичных комбинаций. Графически это может быть представлено так:

Рисунок 2. Каждый следующий разряд двоичного числа удваивает количество возможных комбинаций из нулей и единиц

Таблицу степеней числа 2 от 2⁰ до 2¹⁰ следует знать наизусть.

Таблица 4

N	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
2^N	1	2	4	8	16	32	64	128	256	512	1024

Открытие двоичного способа представления чисел приписывают китайскому императору Фо Ги, жизнь которого относится к 4-му тысячелетию до новой эры. Известный немецкий математик Лейбниц (1646-1716) в 1697 г. разработал правила двоичной арифметики. Он подчеркивал, что "вычисление с помощью двоек, то есть 0 и 1, в вознаграждение его длиннот, является для науки основным и порождает новые открытия, которые оказываются полезными впоследствии, даже в практике чисел, а особенно в геометрии: причиной чего служит то обстоятельство, что при сведении чисел к простейшим началам, каковы 0 и 1, всюду выявляется чудесный порядок".

Блестящие предсказания Лейбница сбылись только через 2,5 столетия, когда именно двоичная система счисления нашла применение в качестве универсального способа кодирования информации в компьютерах.

Перевод целых чисел из десятичной системы счисления в систему счисления с другим основанием

Для осуществления такого перевода необходимо делить число с остатком на основание системы счисления до тех пор, пока частное больше основания системы счисления.

Рисунок 3. Перевод числа из десятичной СС в двоичную

Пример перевода десятичного числа 25₍₁₀₎ в двоичный вид показан на рисунке 16.

Результат перевода записывается в обратном порядке, т.е. начиная с последнего результата деления.

Алгоритм

1. Последовательно выполнить деление исходного целого десятичного числа и получаемых целых частных на основание системы (на 2) до тех пор, пока не получится частное, меньшее делителя (т.е. меньшее 2).

2. Записать полученные остатки в обратной последовательности.

Пример. Решение.

32510 = 1010001012			325	2
			-324	162	2
			1	-162	81	2
				0	-80	40	2
					1	-40	20	2
						0	-20	10	2
							0	-10	5	2
								0	-4	2	2
									1	-2	1
										0

Перевод целого числа из двоичной системы счисления в десятичную.

Пример.

101₂ = 1*2² + 0*2¹ + 1*2⁰ = 1*4 + 0 +1 = 5₁₀

Задание 1.

Переведите число 101101₂ в десятичную систему счисления.

Решение.

101101₂=1*2⁵+0*2⁴+1*2³+1*2²+0*2¹+1*2⁰=32+8+4+1=45₁₀

Ответ: 101101₂=45₁₀

Задание 2.

Как представляется число 25₁₀ в двоичной системе счисления?

1) 10012

2) 110012

3) 100112

4) 110102

Решение.

			25	2
			24	12	2
			1	-12	6	2
				0	-6	3	2
					0	-2	1
						1

25₁₀=10011₂, что соответствует ответу №2.

Ответ: 2.