Позиционные системы счисления. Лабораторная работа №1

Лабораторная работа №1.

Кодирование информации. Представление информации в памяти ЭВМ

1. Цель задания:

1. Получение представления о различных системах счисления и использовании позиционных систем счисления для представления целых и вещественных чисел в памяти ЭВМ.
2. Получение представления о выполнение арифметических операций над целыми и вещественными числами с использованием прямого, обратного и дополнительного кодирования.

Теоретические сведения

Система счисления (СС)– это совокупность приемов наименования и записи чисел. В любой СС для представления чисел используются некоторые числа, которые называются базисными числами, а все остальные числа получают в результате каких-либо операций над базисными числами. В современном мире наиболее распространено представление чисел 0. . .9.

СС различаются выбором базисных чисел и правилами образования из них остальных чисел. Например, в римской СС базисными являются: I (1),V(5), X (10), L (50), C(100), D (500), M (1000), а другие получаются путем сложения и вычитания базисных чисел. В римской СС каждый числовой знак имеет одно и тоже значение, т. е. значение числового знака не зависит от его расположения в записи числа: 146 – CXLVI.

Такая СС является непозиционной. В ней удобно записывать небольшие числа. Но выполнять операции над большими числами неудобно.

Позиционные системы счисления

В настоящее время для представления чисел используются позиционные СС. СС называется позиционной, если значение каждой цифры (ее вес) изменяется в зависимости от ее положения (позиции) в последовательности цифр, изображающих число.

Количество цифр, используемых для изображения чисел в позиционной СС, называется ее основанием, т. е. если используется К цифр, то основание СС равно К. Число в позиционной СС можно представить следующим образом:

Позиции перенумерованные таким образом называют разрядами. Каждая из цифр принимает одно из значений . K используется для количественной оценки каждого разряда числа. Т. е. число в k-ичной СС можно представить в виде полинома:

Примеры позиционных систем счисления:

1) Десятичная СС. Используются цифры 0. . 9, тогда любое число может быть представлено как

Цифры 0. .9 называют базисными.

2) Двоичная СС. Используются цифры 0 и1. Число в двоичной СС может быть представлено как

3) Восьмеричная СС, в качестве базисных чисел используются цифры 0..7. Число представляется как

4) Шестнадцатеричная СС, в качестве базисных чисел используются цифры 0..9, А, B,C, D, E, F . Число представляется как

Арифметические действия в любой позиционной СС производятся по тем же правилам, что и в десятичной СС, т. к. все они основываются на правилах выполнения действий с соответствующими полиномами. При этом используются таблицы сложения и умножения, которые имеют место при данном основании СС.

Таблицы сложения и умножения в двоичной СС имеют вид:

Для физического представления чисел необходимы элементы, которые способны находиться в одном из нескольких устойчивых состояний. Число этих состояний должно быть равно основанию принятой СС, тогда каждое состояние будет представлять соответствующую цифру из алфавита данной СС. Для реализации десятичной системы СС потребуются элементы, имеющие 10 устойчивых состояний. Наиболее простыми с точки зрения технической реализации являются двухпозиционные элементы, способные находиться в одном из двух устойчивых состояний, например, электромагнитное реле (состояния «замкнуто»-«разомкнуто»), ферромагнитная поверхность (намагничена – размагничена), транзисторный ключ и т. д. Одно из этих состояний можно обозначить цифрой –0, а другое – 1.

С двоичной СС связаны и другие преимущества. Она обеспечивает максимальную помехоустойчивость в процессе передачи информации. В ней предельно просто выполняются арифметические и логические операции. Благодаря этому двоичная СС стала стандартом в современной вычислительной технике.

Недостатком двоичной СС является большое число разрядов двоичного кода.