Арифметические и логические основы работы компьютера

Для автоматизации работы с данными, которые относятся к разным типам, унифицируют их форму представления. Это можно сделать с помощью кодирования данных на единой основе. В быту используют такие системы кодировки, как азбука Морзе, Брайля, коды морских сигналов. Основное понятие арифметики это число.Число– абстрактное выражение количества. Компьютер обрабатывает информацию, представленную только в числовой форме. Он оперирует с кодами и числами, представленными в некоторойсистеме счисления.

Система счисления– способ представления чисел(правило записи и получения чисел), с помощью фиксированного набора символов, обозначающих цифры. По способу представления чисел системы счисления разделяются на позиционные и непозиционные.

Непозиционныесистемы для записи числа используют множество символов. Значение символа не зависит от местоположения его в числе(римская СС).

Позиционная система счисления– когда от позиции цифры в числе зависит ее вес(555 –единицы, десятки, сотни). Всякая позиционная СС характеризуетсяоснованием,т.е. количеством цифр, используемых для записи числа. За основание СС можно принять любое натуральное число.

10ая– использует 10 цифр → 0, 1… 9

2ая– 2 цифры → 0, 1

Люди предпочитают 10ую(это удобно, видимо потому, что с древних времен считали по пальцам).

В вычислительной технике система кодирования основана на представлении данных в двоичной системе счисления. Компьютеры используют 2уюсистему, т.к. имеется ряд преимуществ:

Для ее реализации нужны устройства всего с двумя устойчивыми состояниями (есть ток, нет тока). Это надежнее, чем, например, 10ая;

возможно применение аппарата булевой алгебры;

двоичная арифметика проще десятичной;

представление информации с помощью 2-х состояний более надежно.

Недостаток: - быстрый рост разрядов.

В компьютере используются также 8аяи 16аясистемы.

Перевод чисел из 10ойв 2уюи наоборот выполняет машина.

При вводе информация кодируется, при выводе декодируется.

Обозначение цифр в 2ой системе:0, 1, 10, 11(3), 100(4), 101(5), 110(6), 111(7), 1000(8), 1001(9), 1010(10)и т.д.

Обозначение цифр в 8-ой системе: 0, 1, 2 … 7, 10(8), 11(9), 12(10)……17(15), 20(16), 21(17)и т.д.

Обозначение цифр в 16ой системе: 0, 1, 2 … 9, A(10), B(11),C(12)... F(15), 10(16), 11(17) и т. д.

Целое число в позиционной СС может быть представлено в виде:

Aq=an-1qn-1+an-2qn-2+…+a0q0, где

A– само число;

q– основание системы счисления;

ai– цифры, принадлежащие алфавиту данной системы счисления;

n– число целых разрядов числа.

Пусть в десятичной системе задано число37510.

Каждая позиция, занимаемая цифрами, называется разрядом числа.Разряды имеют названия иномера:разряд единиц (0), разряд десятков (1), разряд сотен (2). Названия определяютвес (012). Число в позиционной системе счисления представляет собой сумму степеней основания, умноженную на соответствующий коэффициент, который должен быть одной из цифр данной системы счисления. Достаточно просуммировать веса единичных разрядов.

А10=375

37510=5*100+7*101+3*102 = 5+70+300=375

Это называется разложением числа по степеням основания.

Номера разрядов совпадают с показателем степени.

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

101102=0*20+1*21+1*22+0*23+1*24=0+2+4+0+16=2210

1000012=1*20+0*21+0*22+0*23+0*24+1*25=1+32=3310

178=1*81+7*80= 8+1=1510

77648= 7*83+7*82+6*81+4*80 = 3584+448+48+4 =408410

1716= 1*161+7*160= 16+7 = 2310

3AF16=3*162+10*161+15*160=768+160+15=94310

1A16= 1*161+10*160= 16+10 = 2610

От того, какая система счисления будет использована в компьютере, зависят: скорость вычислений, емкость памяти, сложность алгоритмов выполнения арифметических и логических операций

3310 =?2

Алгоритм перевода чисел делением на основание системы счисления: исходное число делим на основание новой СС. Затем получившееся частное опять делим на основание и т. д., до тех пор, пока частное не станет меньше основания СС. Последнее частное и остатки записываем в порядке, обратном получению