Раздел 3. Технические средства информационных технологий Лекция № 6. Информационные основы построения эвм

1. Общие сведения о системах счисления. Позиционные системы счисления.

2. Методы перевода чисел.

3. Представление информации в цифровых автоматах.

Литература: 1. Острейковский В.А. Информатика: Учеб. для вузов. –

М.: Высш. шк., 1999.

2. Основы вычислительной техники и программирование:

Учебник / Под ред. Ю.А.Бузунова.- М.: Воениздат, 1981.

1. Общие сведения о системах счисления.

Позиционные системы счисления

1. Общие сведения о системах счисления

Системой счисления называют совокупность приемов построе­ния, обозначения и наименования чисел. Каждая система счис­ления включает:

1) определенный набор символов (цифр) для изображения чисел; эти символы называются базисными числами и составляют конечный алфавит

{x₁, x₂, …, x_n},

2) определенный способ чтения (наименования) чисел.

Например:

в десятичной системе счисления алфавит состоит из десяти цифр:

0, 1, 2, 3, 4, …, 9;

в двоичной – из двух цифр: 0, 1;

в римской системе счисления – из семи цифр:

1, 5, 10, 50, 100, 500, 1000, которые обозначаются, соответственно, знаками: I, V, X, L, C, D, M;

Каждой цифре в записи числа однозначно сопоставляется ко­личество, выражаемое этой цифрой. Это количество будем назы­вать количественным эквивалентом цифры. Если x_i – цифра, за­писанная в конкретном месте в записи числа, то (x_i) – ее количест­венный эквивалент.

По способу определения количественного эквивалента цифры в записи числа все системы счисления можно разбить на два класса: непозиционные и позиционные.

Система счисления называется непозиционной, если значение числового знака (каждой цифры) не зависит от его расположения в записи числа.

Классическим примером непозиционной системы счисления является римская система счисления. Исторически вначале появились непозиционные системы счис­ления. Общим недостатком этих систем счисления является трудность записи в них больших чисел: либо эти записи слишком громоздки, либо алфавит цифр весьма велик. Именно поэтому непозиционные системы счисления в вычислительной технике не нашли применения.

1.2 Позиционные системы счисления

Система счисления называется позиционной, если количественный эквивалент каждой цифры определяется не только видом символа, ее изображающего, но и ее положением в записи числа. При этом место цифры в записи числа называется разрядом.

Классическим примером позиционной системы счисления является десятичная система счисления.

В таблице 1 приведены примеры некоторых, наиболее часто употребляемых, позиционных систем счисления.

Таблица 1

Основание	Система счисления	Знаки
2 8 10 16	Двоичная Восьмеричная Десятичная Шестнадцатеричная	0, 1 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, А, В, С, D, E, F

Одним из основных понятий в позиционных системах счисле­ния является вес разряда. Весом j-го разряда для позиционной системы счисления называется отношение количественного эквивалента цифры x_i, стоящей в j-м разряде, к количественному эквиваленту той же цифры, стоящей в нулевом разряде:

Число, указывающее сколько единиц младшего разряда содержится в единице старшего разряда, называется основанием позиционной системы счисления.

Существует связь между основанием системы счисления и числом цифр, используемых в системе счисления (это видно из таблицы 1): для представ­ления любого числа конечным числом разрядов в системе счис­ления с основанием K достаточно иметь K цифр. Обычно эти K цифр составляют отрезок натурального ряда целых положитель­ных чисел, включая 0. Таким образом, алфавит K-ичной системы счис­ления имеет вид {0, 1, 2, ..., K-1}.

Любое число Х в К-ичной позиционной системе счисления можно представить в виде полинома от основания К:

Х_(К) = x_n-1K^n-1 + x_n-2K^n-2 + … + x₁K + x₀K⁰ + x_-1K^-1 + x_-2K^-2 + … + x_-mK^-m =

= (1)

где x_i – значение цифры в i – ом разряде;

K_i – основание системы счисления;

n, m – число разрядов в целой и дробной части числа, соответственно;

i – порядковый номер разряда.

Основание системы счисления обычно указывают (при необходимости) в виде десятичного индекса справа в нижней части числа.

Приме­ры:

23,43 ₍₁₀₎ = 210¹ + 310⁰ + 410^-1 + 310^-2

(в данном примере знак «3» в одном случае означает число единиц, а в другом - число сотых долей единицы);

451,2 ₍₈₎ = 48² + 58¹ + 18⁰ + 28^-1.

Краткая запись числа представляется последовательностью цифр, каждой из которых можно поставить в соот­ветствие определенную позицию. Обычно позиции, предназначенные для представления целой части числа, отделяют от позиций, предназначенных для представления дробной части числа – запятой:

Х_(К) = x_n-1 x_n-2 … x₁ x₀, x_-1 x_-2 … x_-m.

Запятая сама позиции не занимает, а является началом отсчета номера позиции: все позиции влево от запятой, предна­значенные для хранения целой части числа, нумеруются в поряд­ке возрастания натурального ряда чисел 0, 1, 2, ..., п-1, а все позиции вправо от запятой, предназначенные для хранения дробной части числа, нумеруются целыми отрицательными числами - 1, - 2, ...., - т. Таким образом, позиция цифры с присвоенным ей номером называется разрядом числа.

На рисунке 1 показана нумерация разрядов в разрядной сетке ЭВМ, включающей п разрядов для представления целой и т раз­рядов – для представления дробной части числа. Под разрядной сеткой ЭВМ понимают общее число разрядов, отводимое для представления как целой, так и дробной части числа в цифровой вычислительной ма­шине.

n - 1

n - 2

…

1

0

-1

-2

…

-m

Рисунок 1 - Нумерация разрядов в разрядной сетке ЭВМ