Позиционные системы счисления – десятичная, двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная. Правила записи чисел и расчета их значений. Причины применения в ЭВМ двоичной системы счисления.

Значение цифры в позиционной системе счисления зависит от её позиции в записываемом числе. В позиционной системе счисления появляются два очень важных понятия - основание системы счисления и вес цифры. В позиционной системе счисления число представляется в виде формулы разложения:

A_p=a_npⁿ+a_n-1p^n-1+...+a₂p² +a₁p¹+a₀p⁰+a_-1p^-1+a_-2p ^-2+...+a_-kp^-k

где p - основание системы счисления

p_i - вес единицы данного разряда

a_i - цифры, разрешённые в данной системе счисления.

При этом количество цифр в системе счисления зависит от основания. Количество цифр равно основанию системы счисления. В двоичной системе счисления две цифры, в десятичной – десять, а в шестнадцатеричной – шестнадцать. Число в любой позиционной системе счисления записываются в виде последовательности цифр:

A=a_na_n-1...a₂a₁a₀,a_-1a_-2...a_-k,

где ai – цифры данной системы счисления, а цифра, соответствующая единицам определяется по положению десятичной запятой. Каждая цифра, использованная в записи числа, называется разрядом.

Десятичная система счисления

Основание этой системы счисления p равно десяти. В этой системе счисления используется десять цифр. В настоящее время для обозначения этих цифр используются символы 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Число в десятичной системе счисления записывается как сумма единиц, десятков, сотен, тысяч и так далее. То есть веса соседних разрядов различаются в десять раз. Точно также записываются и числа, меньшие единицы. В этом случае разряды числа будут называться как десятые, сотые или тысячные доли единицы.

Рассмотрим пример записи десятичного числа

A₁₀=247,56₁₀=2*10²+4*10¹+7*10⁰+5*10^-1 +6*10^-2=200₁₀+40₁₀+7₁₀+0,5₁₀+0,06₁₀

Двоичная система счисления

Основание этой системы счисления p равно двум. В этой системе счисления используется две цифры. В двоичной системе счисления были использованы символы десятичных цифр 0 и 1. Для того чтобы не спутать систему счисления в записи числа используется индекс 2. Число в этой системе счисления записывается как сумма единиц, двоек, четвёрок, восьмёрок и так далее. То есть веса соседних разрядов различаются в два раза. Точно также записываются и числа, меньшие единицы. В этом случае разряды числа будут называться как половины, четверти или восьмые доли единицы.

Рассмотрим пример записи двоичного числа:

A₂=101110,101₂=1*2⁵+0*2⁴+1*2³+1*2²+1*2¹+0*2⁰+1*2^-1+0*2^-2+1*2^-3=32₁₀+8 ₁₀+4₁₀+2₁₀+0,5₁₀+0,125₁₀=46,625₁₀

Недостатком двоичной системы счисления можно считать большое количество разрядов, требующихся для записи чисел. В качестве преимущества этой системы счисления можно назвать простоту выполнения арифметических действий.

Восьмеричная система счисления.

Основание этой системы счисления p равно восьми. Восьмеричную систему счисления можно рассматривать как более короткий вариант записи двоичных чисел, так как число восемь является степенью числа два. В этой системе счисления используется восемь цифр. Чтобы не выдумывать новых символов для обозначения цифр, в восьмеричной системе счисления были использованы символы десятичных цифр 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7. Для того чтобы не спутать систему счисления в записи числа используется индекс 8. Число в этой системе счисления записывается как сумма единиц, восьмёрок, шестьдесят четвёрок и так далее. То есть веса соседних разрядов различаются в восемь раз. Точно также записываются и числа, меньшие единицы. В этом случае разряды числа будут называться как восьмые, шестьдесят четвёртые и так далее доли единицы.

Рассмотрим пример записи восьмеричного числа:

A₈=125,46₈=1*8²+2*8¹+5*8⁰+4*8^-1+6*8^-2=64₁₀+16₁₀+5₁₀+4₁₀/8₁₀+6₁₀/64₁₀= 85,59375₁₀

Так как в формуле используются простые дроби, то возможен вариант, что точный перевод из одной формы представления в другую становится невозможным. В этом случае ограничиваются заданным количеством дробных разрядов.

Шестнадцатеричная система счисления

Основание этой системы счисления p равно шестнадцати. Эту систему счисления можно считать ещё одним вариантом записи двоичного числа. В этой системе счисления используется шестнадцать цифр.

В качестве цифр в шестнадцатеричной системе используются символы 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F.

Число в этой системе счисления записывается как сумма единиц, чисел шестнадцать, двести пятьдесят шесть и так далее. То есть веса соседних разрядов различаются в шестнадцать раз. Точно также записываются и числа, меньшие единицы. В этом случае разряды числа будут называться как шестнадцатые, двести пятьдесят шестые и так далее доли единицы.

 

В позиционной системе счисления каждая цифра имеет свой весовой коэффициент , где b – основание системы счисления, i – номер позиции цифры в числе. Общая форма записи чисел в таких системах: .

А значение рассчитывается по формуле

.

Причины применения в ЭВМ двоичной системы счисления:

1)Простота создания бистабильных устройств для хранения двоичных цифр

2)Логические переменные могут также принимать только два значения

3)Просто реализовывать арифметические операции в двоичной системе