Системы счисления

Для удобства последующего преобразования дискретный сигнал подвергается кодированию (о кодировании см. в разделе Кодирование сигнала). Большинство кодов основано на системах счисления, причем использующих позиционный принцип образования числа, при котором значение каждой цифры зависит от ее положения в числе.

Примером позиционной формы записи чисел является та, которой мы пользуемся (так называемая арабская форма чисел). Так, в числах 123 и 321 значения цифры 3, например, определяются ее положением в числе: в первом случае она обозначает три единицы (т.е. просто три), а во втором – три сотни (т.е. триста).

Тогда полное число получается по формуле:

где l – количество разрядов числа, уменьшенное на 1,

i – порядок разряда,

m – основание системы счисления,

a_i – множитель, принимающий любые целочисленные значения от 0 до m-1, и соответствующий цифре i-го порядка числа.

Например, для десятичного (m = 10) числа 345 его полное значение рассчитывается по формуле:

3*10² + 4*10¹ + 5*10⁰ = 345.

Римские числа являются примером полупозиционной системы образования числа: так, в числах IX и XI знак I обозначает в обоих случаях единицу (признак непозиционной системы), но, будучи расположенным слева от знака X (обозначающего десять), вычитается из десяти, а при расположении справа – прибавляется к десяти. В первом случае полное значение числа равно 9, во втором – 11.

В современной информатике используются в основном три системы счисления (все – позиционные): двоичная, шестнадцатеричная и десятичная.

Двоичная система счисления используется для кодирования дискретного сигнала, потребителем которого является  вычислительная техника. Такое положение дел сложилось исторически, поскольку двоичный сигнал проще представлять на аппаратном уровне. В этой системе счисления для представления числа применяются два знака – 0 и 1.

Шестнадцатеричная система счисления  используется для кодирования дискретного сигнала, потребителем которого является хорошо подготовленный пользователь – специалист в области информатики. В такой форме представляется содержимое любого файла, затребованное через интегрированные оболочки операционной системы, например, средствами Norton Commander в случае MS DOS. Используемые знаки для представления числа – десятичные цифры от 0 до 9 и буквы латинского алфавита – A, B, C, D, E, F.

Десятичная система счисления используется для кодирования дискретного сигнала, потребителем которого является так называемый конечный пользователь – неспециалист в области информатики (очевидно, что и любой человек может выступать в роли такого потребителя). Используемые знаки для представления числа – цифры от 0 до 9.

Соответствие между первыми несколькими натуральными числами всех трех систем счисления представлено в таблице перевода:

Для различения систем счисления, в которых представлены числа, в обозначение двоичных и шестнадцатеричных чисел вводят дополнительные реквизиты:

• для двоичных чисел – нижний индекс справа от числа в виде цифры 2 или букв В либо b (binary – двоичный), либо знак B или b справа от числа. Например, 101000₂ = 101000_b = 101000_B = 101000B = 101000b;

• для шестнадцатеричных чисел - нижний индекс справа от числа в виде числа 16 или букв H либо h (hexadecimal – шестнадцатеричный), либо знак  H или h справа от числа. Например, 3AB₁₆ = 3AB_H = 3AB_h = 3ABH = 3ABh.

Для перевода чисел из одной системы счисления в другую существуют определенные правила. Они различаются в зависимости от формата числа – целое или правильная дробь. Для вещественных чисел используется комбинация правил перевода для целого числа и правильной дроби.

Правила перевода целых чисел

Результатом перевода целого числа всегда является целое число.

Перевод из десятичной системы счисления в двоичную и шестнадцатеричную:

а) исходное целое число делится на основание системы счисления, в которую переводится (на 2 - при переводе в двоичную систему счисления или на 16 - при переводе в шестнадцатеричную); получается частное и остаток;

б) если полученное частное меньше основания системы счисления, в которую выполняется перевод, процесс деления прекращается, переходят к шагу в). Иначе над частным выполняют действия, описанные в шаге а);

в)  все полученные остатки и последнее частное преобразуются в соответствии с таблицей перевода в цифры той системы счисления, в которую выполняется перевод;

г) формируется результирующее число: его старший разряд – полученное последнее частное, каждый последующий младший разряд образуется из полученных остатков от деления, начиная с последнего и кончая первым. Таким образом, младший разряд полученного числа – первый остаток от деления, а старший – последнее частное.

Пример 1. Выполнить перевод числа 19 в двоичную систему счисления:

Таким образом, 19 = 100112.

Пример 2.  Выполнить перевод числа 19 в шестнадцатеричную систему счисления:

Таким образом, 19 = 1316.        

Пример 3. Выполнить перевод числа 123 в шестнадцатеричную систему счисления:

Здесь остаток 11 преобразован в шестнадцатеричную цифру В (см. таблицу) и после этого данная цифра вошла в число. Таким образом, 123 = 7В16.

Перевод из двоичной и шестнадцатеричной систем счисления в десятичную.

В этом случае рассчитывается полное значение числа по известной формуле.

Пример 4. Выполнить перевод числа 1316 в десятичную систему счисления. Имеем:

1316 =  1*16¹ + 3*16⁰ = 16 + 3 = 19.

Таким образом, 1316 = 19.

Пример 5. Выполнить перевод числа 100112 в десятичную систему счисления. Имеем:

100112 = 1*2⁴ + 0*2³ + 0*2² + 1*2¹ + 1*2⁰ = 16+0+0+2+1 = 19.

Таким образом, 100112 = 19.

Перевод из двоичной системы счисления в шестнадцатеричную:

а) исходное число разбивается на тетрады (т.е. 4 цифры), начиная с младших разрядов. Если количество цифр исходного двоичного числа не кратно 4, оно дополняется слева незначащими нулями до достижения кратности 4;

б) каждая тетрада заменятся соответствующей шестнадцатеричной цифрой в соответствии с таблицей.

Пример 6. Выполнить перевод числа 100112 в шестнадцатеричную систему счисления.

Поскольку в исходном двоичном числе количество цифр не кратно 4, дополняем его слева незначащими нулями до достижения кратности 4 числа цифр. Имеем:

В соответствии с таблицей 00112 = 112 = 316 и 00012 = 12 = 116.

Тогда 100112 = 1316.

Перевод из шестнадцатеричной системы счисления в двоичную:

а) каждая цифра исходного числа заменяется тетрадой двоичных цифр в соответствии с таблицей. Если в таблице двоичное число имеет менее 4 цифр, оно дополняется слева незначащими нулями до тетрады;

б) незначащие нули в результирующем числе отбрасываются.

Пример 7. Выполнить перевод числа 1316 в двоичную систему счисления.

По таблице имеем:

• 116 = 12 и после дополнения незначащими нулями двоичного числа 12 = 00012;

• 316 = 112 и после дополнения незначащими нулями двоичного числа 112 = 00112.

Тогда 1316 = 000100112. После удаления незначащих нулей имеем 1316 = 100112.

© Кантор И. e-mail: algolist@mail.ru web: algolist.da.ru

Примеры исходников - ниже. Сначала описывается метод для целых неотрицательных чисел.

Общий принцип 1: чтобы перевести число в некоторую систему счисления с основанием M ( цифрами 0, ..., M-1 ), иначе говоря, в M-ичную СС, нужно представить его в виде:

C = a_n * Mⁿ + a_n-1 * M^n-1 + ... + a₁ * M + a₀.

a_1..n - цифры числа, из соответствующего диапазона. a_n - первая цифра, a₀ - последняя. Сравните эту запись с представлением числа, например, в десятичной системе.

  Из системы с большим основанием - в систему с меньшим

     Очевидно, чтобы найти такое представление, можно       1. разделить число нацело на M, остаток - a₀.       2. взять частное и проделать с ним шаг 1, остаток будет a₁... И так, пока частное не равно 0.      Искомое число будет записано в новой системе счисления полученными цифрами.

Общий принцип 2: Если основание одной системы - степень другого, например, 2 и 16, то перевод можно делать на основании таблицы: 2 -> 16 : собираем с конца числа четверки ( 16 = 2 ⁴ ) чисел, каждая четверка - одна из цифр в 16-ричной с-ме. Пример ниже. 16 -> 2 - наоборот. Создаем четверки по таблице.

  Из меньшего основания - к большему:

Просто вычисляем C = a_n * Mⁿ + a_n-1 * M^n-1 + ... + a₁ * M + a₀, где М - старое основание. Вычисления, естественно, идут по в новой системе счисления.

Например: из 2 - в 10: 100101 = 1*2⁵ + 0*2⁴ + 0*2³ + 1*2² + 0*2¹+1=32+4+1=37.

Вообще говоря, можно сделать много хитрых трюков - в примерах реализаций они есть :)

Много вопросов задается относительно дробей и отрицательных чисел.

Отpицательные - модуль числа не меняется при переходе к другой СС, посему: запомнить знак, пpименить стандаpтный метод - поставить знак. Дальше буду говорить уже о положительных числах

• Десятичные дроби - пеpеношу запятую, запоминая, на какую степень основания умножил.

Например, перенос в троичном числе запятой с 4-го места от конца - то же, что и умножить его на 3⁴

121201,2112 * 3⁴ = 1212012112.

После стандаpтной пpоцедуpы с положительными числами поделить на этот множитель получившуюся дробь. Получится периобическая дробь - значит судьба Ваша такая. Помните: в 3-чной системе 1/3 = 0.1, а в десятичной - 0,(3). Неблагодарное это дело - с десятичными дробями оперировать.

• Обыкновенные - пpавильность дpоби сохpаняется относительно пpеобpазований, значит то же - стандаpт по числителю и знаменателю.

  Несколько примеров из Фидо.

Перевод десятичная -> двоичная:

Десятичное число D

1. Делим D на 2. Остаток - B0.

2. Частное снова делим на 2. Остаток - B1.

3. Повтоpяем, пока не полyчим 1/2=0 с остатком 1. Этот

последний остаток и есть стаpшая единица.

Пpимеp: D=154.

154/2=77, остаток=B0=0<

77/2=38, остаток=B1=1

38/2=19, остаток=B2=0

19/2=9, остаток=B3=1

9/2=4, остаток=B4=1

4/2=2, остаток=B5=0

2/2=1, остаток=B6=0

1/2=0, остаток=B7=1.

Итак, 154=10011010.

Перевод 2-ная -> 16-ная.

Пеpевод из двоичной системы исчисления в 16-тиричную осуществляется по таблице для каждых 4-х двоичных единиц:

0000=0 0001=1 0010=2 0011=3 0100=4 0101=5 0110=6 0111=7 1000=8 1001=9 1010=A 1011=B 1100=C 1101=D 1110=E 1111=F Например: число 111010110 = 0001'1101'0110 = 1D6

А вот алгоритм "хитрого" перевода со смещением. Работает ну очень быстро.

void DecToBin (long num,char *bin)

{

int i,j;

char tmp[33];

for (i=0; num; num>>=1, i++)tmp[i] = (num&1)?('1'):('0');

for (j=0; j<i; j++) bin[j] = tmp[i-j-1];

}

Перевод 16-ная -> 10-ная

Очень быстрая ассемблерная реализация.

;вход: AL == пеpвый символ (его код)

; AH == втоpой символ

;

;выход: AL == число (байт)

;

c2byte proc

sub ax,3030h

cmp al,9

jbe @cont1

sub al,7

@cont1:

cmp ah,9

jbe @cont2

sub ah,7

@cont2:

xchg ah,al

shl ah,4

add al,ah

ret

c2byte endp

Перевод 10-ная -> 16-ная.

function dec2hex(value: dword): string[8];

const

hexdigit = '0123456789ABCDEF';

begin

while value != 0 do

begin

dec2hex := hexdigit[succ(value and $F)];

value := value shr 4;

end;

if dec2hex = '' then dec2hex := '0';

end;