| 1 | 1 | 1 | ||
| 1 | 0 | 1 | ||
| = | = | = | = | = |
| 1 | 1 | 1 | ||
| 0 | 0 | 0 | ||
| 1 | 1 | 1 | ||
| = | = | = | = | = |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
Пример №2
. Найти двоичное произведение 11011*1100 . Перевести ответ в десятичную систему.
Решение
. Умножение начинаем с младших разрядов: если текущий разряд второго числа равен 0, то везде записываем нули, если 1 - то переписываем первое число.
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | |||
| 1 | 1 | 0 | 0 | ||||
| = | = | = | = | = | = | = | = |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | |||
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | |||
| = | = | = | = | = | = | = | = |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
Пример №3
. 1101.11*101
Будем умножать числа без учета плавающей точки: 110111 x 101
Умножение начинаем с младших разрядов: если текущий разряд второго числа равен 0, то везде записываем нули, если 1 - то переписываем первое число.
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | ||
| 1 | 0 | 1 | |||||
| = | = | = | = | = | = | = | = |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | ||
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | ||
| = | = | = | = | = | = | = | = |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 8 классы | Планирование уроков на учебный год | Двоичная система счисления
Изучаемые вопросы:
- Десятичная и двоичная системы счисления.
- Перевод двоичных чисел в десятичную систему счисления.
- Перевод десятичных чисел в двоичную систему.
- Двоичная арифметика.
- Непозиционные системы древности.
- Позиционные системы.
История чисел и систем счисления. Позиционные системы
Впервые идея позиционной системы счисления возникла в Древнем Вавилоне.
В позиционных системах счисления количественное значение, обозначаемое цифрой в записи числа, зависит от позиции цифры в числе.
Основание позиционной системы счисления равно количеству используемых в системе цифр.
Система счисления, применяемая в современной математике, является позиционной десятичной системой . Ее основание равно десяти, так как запись любых чисел производится с помощью десяти цифр:
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
Хотя десятичную систему принято называть арабской, но зародилась она в Индии в V веке. В Европе об этой системе узнали в XII веке из арабских научных трактатов, которые были переведены на латынь. Этим и объясняется название «арабские цифры». Широкое распространение в науке и в обиходе десятичная позиционная система получила только в XVI веке. Эта система позволяет легко выполнять любые арифметические вычисления, записывать сколь угодно большие числа. Распространение арабской системы дало мощный толчок развитию математики.
С позиционной десятичной системой счисления вы знакомы с раннего детства, только, возможно, не знали, что она так называется.
Что означает свойство позиционности системы счисления, легко понять на примере любого многозначного десятичного числа. Например, в числе 333 первая тройка означает три сотни, вторая - три десятка, третья - три единицы. Одна и та же цифра в зависимости от позиции в записи числа обозначает разные значения.
333 = 3 100 + 3 10 + 3.
Еще пример:
32 478 = 3 10 ООО + 2 1000 + 4 100 + 7 10 + 8 =
= 3 10 4 + 2 10 3 + 4 10 2 + 7 10 1 + 8 10 0 .
Отсюда видно, что всякое десятичное число можно представить, как сумму произведений составляющих его цифр на соответствующие степени десятки. То же самое относится и к десятичным дробям.
26,387 = 2 10 1 + 6 10 0 + 3 10 -1 + 8 10 -2 + 7 10 -3 .
Очевидно, что число «десять» - не единственно возможное основание позиционной системы. Известный русский математик Н. Н. Лузин так выразился по этому поводу: «Преимущества десятичной системы не математические, а зоологические. Если бы у нас на руках было не десять пальцев, а восемь, то человечество пользовалось бы восьмеричной системой».
За основание позиционной системы счисления можно принять любое натуральное число, большее 1. Упомянутая выше вавилонская система имела основание 60. Следы этой системы сохранились до наших дней в порядке счета единиц времени (1 час = 60 минут, 1 минута = 60 секунд).
Для записи чисел в позиционной системе с основанием n нужно иметь алфавит из n цифр. Обычно для этого при n ≤ 10 используют n первых арабских цифр, а при n ≥ 10 к десяти арабским цифрам добавляют буквы.
Вот примеры алфавитов нескольких систем.
Основание системы, к которой относится число, обычно обозначается подстрочным индексом к этому числу:
101101 2 , 3671 8 , 3B8F 16 .
А как строится ряд натуральных чисел в разных позиционных системах счисления? Происходит это по тому же принципу, что и в десятичной системе. Сначала идут однозначные числа, потом двузначные, затем трехзначные и т. д. Самое большое однозначное число в десятичной системе – 9. Затем следуют двузначные – 10, 11, 12, ... Самое большое двузначное число - 99, далее идут 100, 101, 102 и т. д. до 999, затем 1000 и т. д.
Для примера рассмотрим пятеричную систему. В ней ряд натуральных чисел выглядит так:
1, 2, 3, 4, 10, 11, 12, 13, 14, 20, 21, 22, 23, 24, 30, 31, 32, 33, 34,
40, 41, 42, 43, 44, 100, 101, ..., 444, 1000, ...
Видно, что здесь число цифр «нарастает» быстрее, чем в десятичной системе. Быстрее всего число цифр растет в двоичной системе счисления. В следующей таблице сопоставляются начала натуральных рядов десятичных и двоичных чисел:
| 10 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 2 | 1 | 10 | 11 | 100 | 101 | 110 | 111 | 1000 | 1001 | 1010 | 1011 |
В курсе средней и старшей школы учащиеся проходили тему «Дроби». Однако это понятие гораздо шире, чем дается в процессе обучения. Сегодня понятие дроби встречается достаточно часто, и не каждый может провести вычисления какого-либо выражения, к примеру, умножение дробей.
Так исторически сложилось, что дробные числа появились из-за необходимости измерять. Как показывает практика, часто встречаются примеры на определение длины отрезка, объема прямоугольного прямоугольника.
Первоначально ученики знакомятся с таким понятием, как доля. К примеру, если разделить арбуз на 8 частей, то каждому достанется по одной восьмой арбуза. Вот эта одна часть из восьми и называется долей.
Доля, равная ½ от какой-либо величины, называется половиной; ⅓ - третью; ¼ - четвертью. Записи вида 5 / 8 , 4 / 5 , 2 / 4 называют обыкновенными дробями. Обыкновенная дробь разделяется на числитель и знаменатель. Между ними находится черта дроби, или дробная черта. Дробную черту можно нарисовать в виде как горизонтальной, так и наклонной линии. В данном случае она обозначает знак деления.
Знаменатель представляет, на сколько одинаковых долей разделяют величину, предмет; а числитель - сколько одинаковых долей взято. Числитель пишется над дробной чертой, знаменатель - под ней.
Удобнее всего показать обыкновенные дроби на координатном луче. Если единичный отрезок разделить на 4 равные доли, обозначить каждую долю латинской буквой, то в результате можно получить отличное наглядное пособие. Так, точка А показывает долю, равную 1 / 4 от всего единичного отрезка, а точка В отмечает 2 / 8 от данного отрезка.
Дроби бывают обыкновенные, десятичные, а также смешанные числа. Кроме того, дроби можно разделить на правильные и неправильные. Эта классификация больше подходит для обыкновенных дробей.
Под правильной дробью понимают число, у которого числитель меньше знаменателя. Соответственно, неправильная дробь - число, у которого числитель больше знаменателя. Второй вид обычно записывают в виде смешанного числа. Такое выражение состоит из целой и дробной части. Например, 1½. 1 - целая часть, ½ - дробная. Однако если нужно провести какие-то манипуляции с выражением (деление или умножение дробей, их сокращение или преобразование), смешанное число переводится в неправильную дробь.
Правильное дробное выражение всегда меньше единицы, а неправильное - больше либо равно 1.
Что касается то под этим выражением понимают запись, в которой представлено любое число, знаменатель дробного выражения которого можно выразить через единицу с несколькими нулями. Если дробь правильная, то целая часть в десятичной записи будет равна нулю.
Чтобы записать десятичную дробь, нужно сначала написать целую часть, отделить ее от дробной с помощью запятой и потом уже записать дробное выражение. Необходимо помнить, что после запятой числитель должен содержать столько же цифровых символов, сколько нулей в знаменателе.
Пример . Представить дробь 7 21 / 1000 в десятичной записи.
Записывать в ответе задачи неправильную дробь некорректно, поэтому ее нужно перевести в смешанное число:
Пример . Перевести неправильную дробь в смешанное число: 47 / 5 .
Решение . 47: 5. Неполное частное равняется 9, остаток = 2. Значит, 47 / 5 = 9 2 / 5 .
Иногда нужно представить смешанное число в качестве неправильной дроби. Тогда нужно воспользоваться следующим алгоритмом:
Пример . Представить число в смешанном виде в качестве неправильной дроби: 9 8 / 10 .
Решение . 9 х 10 + 8 = 90 + 8 = 98 - числитель.
Ответ : 98 / 10.
Над обыкновенными дробями можно совершать различные алгебраические операции. Чтобы перемножить два числа, нужно числитель перемножить с числителем, а знаменатель со знаменателем. Причем умножение дробей с разными знаменателямине отличается от произведения дробных чисел с одинаковыми знаменателями.
Случается, что после нахождения результата нужно сократить дробь. В обязательном порядке нужно максимально упростить получившееся выражение. Конечно, нельзя сказать, что неправильная дробь в ответе - это ошибка, но и назвать верным ответом ее тоже затруднительно.
Пример . Найти произведение двух обыкновенных дробей: ½ и 20 / 18 .
Как видно из примера, после нахождения произведения получилась сократимая дробная запись. И числитель, и знаменатель в данном случае делится на 4, и результатом выступает ответ 5 / 9 .
Произведение десятичных дробей довольно сильно отличается от произведения обыкновенных по своему принципу. Итак, умножение дробей заключается в следующем:
Пример . Вычислить произведение двух десятичных дробей: 2,25 и 3,6.
Решение .
Чтобы вычислить произведение двух смешанных дробей, нужно использовать правило умножения дробей:
Пример . Найти произведение 4½ и 6 2 / 5.
Помимо нахождения произведения двух дробей, смешанных чисел, встречаются задания, где нужно помножить на дробь.
Итак, чтобы найти произведение десятичной дроби и натурального числа, нужно:
Чтобы умножить обыкновенную дробь на число, следует найти произведение числителя и натурального множителя. Если в ответе получается сократимая дробь, ее следует преобразовать.
Пример . Вычислить произведение 5 / 8 и 12.
Решение . 5 / 8 * 12 = (5*12) / 8 = 60 / 8 = 30 / 4 = 15 / 2 = 7 1 / 2.
Ответ : 7 1 / 2.
Как видно из предыдущего примера, необходимо было сократить получившийся результат и преобразовать неправильное дробное выражение в смешанное число.
Также умножение дробей касается и нахождения произведения числа в смешанном виде и натурального множителя. Чтобы перемножить эти два числа, следует целую часть смешанного множителя умножить на число, числитель помножить на это же значение, а знаменатель оставить неизменным. Если требуется, нужно максимально упростить получившийся результат.
Пример . Найти произведение 9 5 / 6 и 9.
Решение . 9 5 / 6 х 9 = 9 х 9 + (5 х 9) / 6 = 81 + 45 / 6 = 81 + 7 3 / 6 = 88 1 / 2.
Ответ : 88 1 / 2.
Из предыдущего пункта вытекает следующее правило. Для умножения дроби десятичной на 10, 100, 1000, 10000 и т. д. нужно передвинуть запятую вправо на столько символов цифр, сколько нулей во множителе после единицы.
Пример 1 . Найти произведение 0,065 и 1000.
Решение . 0,065 х 1000 = 0065 = 65.
Ответ : 65.
Пример 2 . Найти произведение 3,9 и 1000.
Решение . 3,9 х 1000 = 3,900 х 1000 = 3900.
Ответ : 3900.
Если нужно перемножить натуральное число и 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001 и т. д., следует передвинуть влево запятую в получившемся произведении на столько символов цифр, сколько нулей находится до единицы. Если необходимо, перед натуральным числом записываются нули в достаточном количестве.
Пример 1 . Найти произведение 56 и 0,01.
Решение . 56 х 0,01 = 0056 = 0,56.
Ответ : 0,56.
Пример 2 . Найти произведение 4 и 0,001.
Решение . 4 х 0,001 = 0004 = 0,004.
Ответ : 0,004.
Итак, нахождение произведения различных дробей не должно вызывать затруднений, разве что подсчет результата; в таком случае без калькулятора просто не обойтись.
Как известно, умножение чисел сводится к суммированию частичных произведений, полученных при умножении текущего разряда множителя В на множимое Л. Для двоичных чисел частичные произведения равны множимому или нулю. Поэтому умножение двоичных чисел сводится к последовательному суммированию частичных произведений со сдвигом. Для десятичных чисел частичные произведения могут принимать 10 различных значений, включая нуль. Поэтому для получения частичных произведений вместо умножения может быть использовано многократное последовательное суммирование множимого Л. Для иллюстрации алгоритма умножения десятичных чисел воспользуемся примером.
Пример 2.26. Па рис. 2.15, а приведено умножение целых десятичных чисел Л х б = 54 х 23, начиная с младшего разряда множителя. Для умножения используется следующий алгоритм:
За исходное состояние принимается 0. Первая сумма получается прибавлением к нулю множимого Л = 54. Затем к первой сумме снова прибавляется множимое А = 54. И наконец, после третьего суммирования получается первое частичное произведение, равное 0"+ 54 + 54 + 54 = 162;
Рис. 2.15. Алгоритм умножения целых десятичных чисел 54 х 23 (а) и принцип его реализация (б)
Рассмотрим на примере возможность схемной реализации алгоритма с использованием операций суммирования, вычитания и сдвига.
Пример 2.27. Пусть в регистре R t постоянно хранится множимое А = 54. В исходном состоянии в регистр R 2 помещаем множитель В = 23, а регистр R 3 загружаем нулями. Для получения первого частичного произведения (162) к содержимому регистра трижды прибавляем множимое А = 54, уменьшая при этом каждый раз на единицу содержимое регистра R T После того как младший разряд регистра R., станет равным нулю, произведем сдвиг вправо на один разряд содержимого обоих регистров /?., и R.,. Наличие 0 в младшем разряде R 2 в свидетельствует о том, что формирование частичного произведения завершено и необходимо произвести сдвиг. Затем выполним две операции сложения множимого А = 54 с содержимым регистра и вычитания единицы из содержимого регистра R 0. После второй операции младший разряд регистра R., станет равным нулю. Поэтому, выполнив сдвиг вправо на один разряд содержимого регистров R 3 и R Y получим искомое произведение Р = 1242.
Реализация алгоритма умножения десятичных чисел в двоично-десятичных кодах (рис. 2.16) имеет особенности, связанные с выполнением операций сложения и вычитания
Рис. 2.16.
(см. параграф 2.3), а также сдвига тетрады на четыре разряда. Рассмотрим их в условиях примера 2.27.
Пример 2.28. Умножение чисел с плавающей точкой. Для получения произведения чисел А и В с плавающей точкой необходимо определить М с = М л х М н, Р с = Р { + Р н. При этом используются правила умножения и алгебраического сложения чисел с фиксированной точкой. Произведению присваивается знак "+", если множимое и множитель имеют одинаковые знаки, и знак "-", если их знаки разные. При необходимости выполняется нормализация результирующей мантиссы с соответствующей коррекцией порядка.
Пример 2.29. Умножение двоичных нормализованных чисел:
При выполнении операции умножения могут иметь место особые случаи, которые обрабатываются специальными командами процессора. Например, если один из сомножителей равен нулю, операция умножения не выполняется (блокируется) и сразу формируется нулевой результат.
1. Обыкновенную дробь, знаменатель которой равен 10, 100, 1000 и т.д., называют десятичной дробью.
2. Дроби со знаменателем 10 n можно записать в виде десятичной дроби.
3. Если к десятичной дроби справа приписать один или несколько нулей, то получится дробь равная данной.
4. Если в десятичной дроби отбросить справа один или несколько нулей, то получится дробь равная данной.
5. Целую часть от дробной части в десятичной записи числа, отделяют запятой.
6. Дробную часть от целой части в десятичной записи числа отделяют запятой.
7. Десятичная дробь, у которой после запятой имеется конечное количество цифр, называется конечной десятичной дробью.
8. Десятичная дробь, у которой после запятой имеется бесконечное количество цифр, называется бесконечной десятичной дробью.
9. Бесконечные десятичные дроби делятся на десятичные периодические и непериодические дроби
10. Последовательно повторяющаяся цифра или минимальная группа цифр в записи бесконечной десятичной дроби после запятой, называется периодом этой бесконечной десятичной дроби.
11. Несократимые обыкновенные дроби, знаменатели которых не содержат других простых множителей, кроме 2 и 5, записываются конечной десятичной дробью.
12. Несократимые обыкновенные дроби, в знаменателе которых, кроме 2 и 5, есть и другие простые множители, записываются бесконечной десятичной дробью.
13. Правило преобразования десятичной дроби в обыкновенную.
Чтобы записать десятичную дробь в виде обыкновенной дроби, надо:
1) целую часть оставить без изменений;
2) число, стоящее после запятой, записать в числителе, а в знаменатель – единицу и столько нулей, сколько цифр после запятой в десятичной дроби.
14. Правило преобразования обыкновенной дроби в десятичную.
1) (1способ) Чтобы несократимую обыкновенную дробь, в знаменателе которой не содержится других простых множителей, кроме 2 и 5 записать в виде десятичной, нужно - представить ее в виде дроби со знаменателем 10,100,1000 и т.д.
(2 способ) – разделить числитель на знаменатель.
2) Чтобы несократимую обыкновенную дробь, в знаменателе которой, кроме 2 и 5, есть и другие простые множители записать в виде десятичной, нужно - разделить числитель на знаменатель.
15. Разряды десятичной дроби –…сотни, десятки, единицы, десятые, сотые, тысячные…десятитысячные….
16. Цифры, стоящие в десятичной дроби справа от запятой, называют десятичными знаками.
17. Сравнение десятичных дробей :
1) (1 способ) На координатном луче – меньшая десятичная дробь расположена левее, а большая - правее. Равные десятичные дроби изображаются на координатном луче одной и той же точкой.
2)(2 способ) Десятичные дроби сравнивают поразрядно, начиная с наивысшего разряда.
1) Если целые части десятичных дробей различны, то больше та десятичная дробь, у которой целая часть больше, и меньше та десятичная дробь, у которой целая часть меньше.
2) если целые части десятичных дробей одинаковы, то больше та десятичная дробь, у которой больше первый из несовпадающих разрядов, записанных после запятой.
18. Правила округления целой части десятичной дроби. Чтобы округлить десятичную дробь до разряда десятков, сотен и т.д. , можно отбросить её дробную часть и к поученному числу применить правило округления натуральных чисел.
19. Правила округления дробной части десятичной дроби. Чтобы округлить десятичную дробь до разряда единиц, десятых, сотых и т. д., можно:
1) все следующие за этим разрядом цифры отбросить;
2) если первая отброшенная цифра 5, 6, 7, 8, 9, то полученное число увеличить на единицу разряда, до которого округляем;
3) если первая отброшенная цифра 0,1,2,3,4. то полученное число оставить без изменения.
20. Правило сложения(вычитания) десятичных дробей. Чтобы сложить (вычесть) десятичные дроби, надо:
1)уравнять в десятичных дробях число знаков после запятой;
2)записать их друг под другом так, чтобы запятая оказалась под запятой, а цифры одинаковых разрядов были одна под другой;
3)выполнить сложение (вычитание) поразрядно;
4)поставить в полученном значении суммы (разности) запятую под запятыми слагаемых(уменьшаемого и вычитаемого).
21. Правило произведения десятичной дроби на натуральное число. Чтобы умножить десятичную дробь на натуральное число, надо:
1)умножить ее на это число, не обращая внимания на запятую;
2)в полученном произведении отделить запятой столько цифр справа, сколько их отделено запятой в десятичной дроби.
22. Правило произведения десятичной дроби на числа 10,100,1000 и т.д. Чтобы умножить десятичную дробь на 10,100,1000 и т.д., надо перенести в ней запятую вправо на столько цифр, сколько нулей в разрядной единице.
23. Правило произведения десятичной дроби на числа 0,1; 0,01; 0,01 и т.д. Чтобы умножить десятичную дробь на 0,1; 0,01; 0,01 и т.д., надо перенести в ней запятую влево на столько цифр, сколько десятичных знаков в делителе.
24. Правило умножения десятичных дробей. Чтобы умножить десятичные дроби, надо:
1)умножить их, не обращая внимания на запятую;
2)в полученном произведении отделить запятой столько цифр справа, сколько их отделено запятой в двух множителях вместе.
25. Правило деления десятичной дроби на числа 10,100,1000 и т.д. Чтобы разделить десятичную дробь на 10,100,1000 и т.д., надо перенести в ней запятую влево на столько цифр, сколько нулей в разрядной единице.
26. Правило деления десятичной дроби на числа 0,1; 0,01; 0,01 и т.д. Чтобы разделить десятичную дробь на 0,1; 0,01; 0,01 и т.д., надо перенести в ней запятую вправо на столько цифр, сколько десятичных знаков в делителе.
27. Правило деления десятичной дроби на натуральное число . Чтобы разделить десятичную дробь на натуральное число, надо:
1)разделить ее на это число, не обращая внимания на запятую; 2)в полученном частном отделить запятой столько цифр справа, сколько их отделено запятой в десятичной дроби.
28. Деление десятичной дроби на десятичную дробь. Чтобы разделить число на десятичную дробь, надо:
1) в делимом и делителе перенести запятую вправо на столько цифр, сколько их после запятой в делителе;
2) выполнить деление на натуральное число.
Замечание:
Например, 0,333...=0,(3).Читают: «О целых три в периоде». Если в бесконечной десятичной периодической дроби период начинается сразу после запятой, то ее называют чистой десятичной периодической дробью. Если в десятичной периодической дроби между запятой и периодом есть другие десятичные знаки, то ее называют смешанной десятичной периодической дробью. Целые числа можно записать в виде чистой десятичной периодической дроби с периодом, равным числу нуль. Бесконечные десятичные непериодические дроби называют иррациональными числами. Иррациональные числа записываются только в виде бесконечной десятичной непериодической дроби.
