Информатика, программирование / Курсовая работа: Перетворення чисел з однієї системи числення в іншу

Курсовая работа: Перетворення чисел з однієї системи числення в іншу

Системою числення називається сукупність прийомів і правил для найменування і позначення чисел. Умовні знаки, вживані для позначення чисел, називаються цифрами.

Зазвичай всі системи числення розбивають на два класи: непозиційні і позиційні. Непозиційною називають систему числення, в якій значення кожної цифри в будь-якому місці послідовності цифр, що означає запис числа, не змінюється.

Історично першими системами числення були саме непозиційні системи. Одним з основних недоліків є трудність запису великих чисел. Запис великих чисел в таких системах або дуже громіздкий, або алфавіт системи надзвичайно великий. Прикладом непозиційної системи числення, що достатньо широко застосовується в даний час, може служити так звана римська нумерація.

Для визначення значення числа недостатньо знання типу і алфавіту системи числення. для цього необхідне ще завдання правила, що дозволяє по значенню цифр встановити значення числа. Наприклад, для визначення значення числа 945 в звичайній десятковій системі числення застосовується функція десяткового складання, тобто значення числа визначається по значенню цифр (9 в крайній лівій позиції, 5 в крайній правій позиції, 4 між ними) звичайним підсумовуванням: значення числа 945 є 900+40+5. У римській нумерації число IX визначається відніманням: значення числа IX є 10-1=9.

Позиційна система числення

Системи, в яких значення кожної цифри залежить і від місця в послідовності цифр при записі числа, носять назву позиційних. Позиційною системою числення є звичайна десяткова система числення.

Загальноприйнятою в сучасному світі є десяткова позиційна система числення, яка з Індії через арабські країни прийшла в Європу. Основою цієї системи є число десять. Основою системи числення називається число, яке означає, у скільки разів одиниця наступного розрядку більше за одиницю попереднього.

Загальновживана форма запису числа є насправді не що інше, як скорочена форма запису розкладу за степенями основи системи числення, наприклад:

130678=1*10⁵ +3*10⁴ +0*10³ +6*10² +7*10¹ +8

Тут 10 є основою системи числення, а показник степеня - це номер позиції цифри в записі числа (нумерація ведеться зліва на право, починаючи з нуля). Арифметичні операції у цій системі виконують за правилами, запропонованимище в середньовіччі. Наприклад, додаючи два багатозначних числа, застосовуємо правило додавання стовпчиком. При цьому все зводиться до додавання однозначних чисел, для яких необхідним є знання таблиці додавання.

Проблема вибору системи числення для подання чисел у пам'яті комп'ютера має велике практичне значення. В разі її вибору звичайно враховуються такі вимоги, як надійність подання чисел при використанні фізичних елементів, економічність (використання таких систем числення, в яких кількість елементів для подання чисел із деякого діапазону була б мінімальною). Для зображення цілих чисел від 1 до 999 у десятковій системі достатньо трьох розрядів, тобто трьох елементів. Оскільки кожен елемент може перебувати в десятьох станах, то загальна кількість станів - 30, у двійковій системі числення 999₁₀ =1111100, необхідна кількість станів - 20 (індекс знизу зображення числа - основа системи числення). У такому розумінні є ще більш економічна позиційна система числення - трійкова. Так, для запису цілих чисел від 1 до у десятковій системі числення потрібно 90 станів, у двійковій - 60, у трійковій - 57. Але трійкова система числення не дістала поширення внаслідок труднощів фізичної реалізації.

Тому найпоширенішою для подання чисел у пам'яті комп'ютера є двійкова система числення. Для зображення чисел у цій системі необхідно дві цифри: 0 і 1, тобто достатньо двох стійких станів фізичних елементів. Ця система є близькою до оптимальної за економічністю, і крім того, таблички додавання й множення в цій системі елементарні.

2. Двійкові системи числення

При виконанні різних операцій в сучасних цифрових системах числа зазвичай представляються в двійковій системі числення, підставою якої є число 2. При цьому ціле к-розрядне десяткове число записується у вигляді n-розрядного двійкового числа :

==,

де =0, 1, … , 9 – цифра в i -мурозряді десяткового числа

=0 або 1 – цифра в j -мурозряді двійкового числа.

Введенням негативних ступенів числа 2 представляються дробові числа.

Таким чином, в двійковому численні будь-який розрахунок можна представити двома числами: 0 і 1. Для представлення цих чисел в цифрових системах досить мати електронні схеми, які можуть приймати два стани, що чітко розрізняються значенням якої-небудь електричної величини, - потенціали або струм. Одному із значень цієї величини відповідає цифра 0, іншому 1. Відносна простота створення електронних схем з двома електричними станами і привела до того, що двійкове представлення чисел домінує в сучасній цифровій техніці. При цьому 0 зазвичай представляється низьким рівнем потенціалу, а 1 - високим рівнем. Такий спосіб уявлення називається позитивною логікою.

Переклад десяткового числа в двійковий код можна здійснювати шляхом послідовного ділення числа на 2. Залишки ( 0 або 1 ), що виходять на кожному кроці ділення, формують двійковий код перетворюваного числа, починаючи з його молодшого розряду. Як старший розряд двійкового коду записується 1, отримана в результаті останнього кроку ділення. Наприклад, перетворення числа 109 у двійковий код виконується таким чином:

: залишки 109 2