Арифметические основы работы компьютера

Содержание

Слайд 2

Введение Современный человек в повседневной жизни постоянно сталкивается с числами и

Введение

Современный человек в повседневной жизни постоянно сталкивается с числами и

цифрами - они с нами везде. Различные системы счисления используются всегда, когда появляется потребность в числовых расчётах, начиная с вычислений учениками младших классов, выполняемых карандашом на бумаге, заканчивая вычислениями, выполняемыми на суперкомпьютерах.
Слайд 3

Цифры ЦИФРЫ— система знаков для записи конкретных значений чисел. Цифрами называют

Цифры

ЦИФРЫ— система знаков для записи конкретных значений чисел. Цифрами называют

только такие знаки, которые сами в отдельности описывают определённые числа (так, например, знаки «−», «,» хоть и используются для записи чисел, но цифрами не являются).
Слово «цифра» без уточнения обычно означает один из следующих десяти знаков: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (т. н. «арабские цифры»).

Существуют также много других вариантов («алфавитов»):
римские цифры (I V X L C D M)
шестнадцатеричные цифры (0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F)
цифры майя (от 0 до 19)
В некоторых языках, например, в древнегреческом, в иврите, в церковнославянском, существует система записи чисел буквами и др.
Во множественном числе в обиходной речи слово «цифры» также может обозначать «числовые данные», так как любое число записывается набором цифр.

Слайд 4

Число Число — ОСНОВНОЕ ПОНЯТИЕ МАТЕМАТИКИ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ, СРАВНЕНИЯ,

Число

Число — ОСНОВНОЕ ПОНЯТИЕ МАТЕМАТИКИ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ, СРАВНЕНИЯ, НУМЕРАЦИИ

ОБЪЕКТОВ И ИХ ЧАСТЕЙ. ПИСЬМЕННЫМИ ЗНАКАМИ ДЛЯ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЧИСЕЛ СЛУЖАТ ЦИФРЫ, А ТАКЖЕ СИМВОЛЫ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ.
Основные числовые множества:
НАТУРАЛЬНЫЕ ЧИСЛА
ЦЕЛЫЕ ЧИСЛА
РАЦИОНАЛЬНЫЕ ЧИСЛА
ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЕ ЧИСЛА
КОМПЛЕКСНЫЕ ЧИСЛА
Слайд 5

Число ОСНОВНЫЕ ЧИСЛОВЫЕ МНОЖЕСТВА: НАТУРАЛЬНЫЕ ЧИСЛА (N) — числа, получаемые при

Число

ОСНОВНЫЕ ЧИСЛОВЫЕ МНОЖЕСТВА:

НАТУРАЛЬНЫЕ ЧИСЛА (N) — числа, получаемые при естественном

счёте:(N) = {1,2, 3…)

ЦЕЛЫЕ ЧИСЛА (Z) — числа, получаемые объединением натуральных чисел с множеством чисел противоположных натуральным и нулём, обозначаются {Z}= {...-2,-1,0,1,2...}. Любое целое число можно представить как разность двух натуральных.

Слайд 6

Число Основные числовые множества РАЦИОНАЛЬНОЕ ЧИСЛО (Q) (ЛАТ. RATIO «ОТНОШЕНИЕ, ДЕЛЕНИЕ,

Число

Основные числовые множества

РАЦИОНАЛЬНОЕ ЧИСЛО (Q) (ЛАТ. RATIO «ОТНОШЕНИЕ, ДЕЛЕНИЕ, ДРОБЬ») —

ЧИСЛО, КОТОРОЕ МОЖНО ПРЕДСТАВИТЬ ОБЫКНОВЕННОЙ ДРОБЬЮ

ВЕЩЕСТВЕННОЕ, ИЛИ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЕ, ЧИСЛО — МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ, ВОЗНИКШИЙ ИЗ ПОТРЕБНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ОКРУЖАЮЩЕГО МИРА, А ТАКЖЕ ПРОВЕДЕНИЯ ТАКИХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ, КАК ИЗВЛЕЧЕНИЕ КОРНЯ, ВЫЧИСЛЕНИЕ ЛОГАРИФМОВ, РЕШЕНИЕ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ, ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ФУНКЦИЙ.

Комплексные числа — числа вида, где — вещественные числа, — мнимая единица, т.е число, для которого выполняется равенство: Множество комплексных чисел обычно обозначается символом.

Слайд 7

Представление чисел Система счисления – совокупность приёмов и правил записи чисел

Представление чисел

Система счисления – совокупность приёмов и правил записи чисел с

помощью определённого набора символов.
( числа записываются с использование особых знаковых систем )
Слайд 8

Кодирование информации в компьютере ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ С ПОМОЩЬЮ КАКОГО ЛИБО ЯЗЫКА

Кодирование информации в компьютере

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ С ПОМОЩЬЮ КАКОГО ЛИБО ЯЗЫКА НАЗЫВАЮТ

КОДИРОВАНИЕМ.
КОД – НАБОР СИМВОЛОВ ДЛЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ.
КОДИРОВАНИЕ – ПРОЦЕСС ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В ВИДЕ КОДА.
ДЕКОДИРОВАНИЕ – ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ДАННЫХ ИЗ ДВОИЧНОГО КОДА В ФОРМУ ПОНЯТНУЮ ЧЕЛОВЕКУ
ДВОИЧНЫЙ КОД ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ, ОБРАБАТЫВАЕМАЯ КОМПЬЮТЕРОМ ПРЕДСТАВЛЯЕТСЯ С ПОМОЩЬЮ 2 ЦИФР: 0 И 1 (0 И 1 – БИТЫ)
Слайд 9

Двоичное кодирование текстовой информации Традиционно для кодирования одного символа используется 1

Двоичное кодирование текстовой информации

Традиционно для кодирования одного символа используется 1 байт

(1 байт = 8 битов)
Учитывая, что каждый бит принимает значение 1 или 0, получаем, что с помощью 1 байта можно закодировать 256 различных символов 2^8 = 256
Слайд 10

Таблица кодировки Таблица кодировки – это таблица, в которой всем символам

Таблица кодировки

Таблица кодировки – это таблица, в которой всем символам

пк алфавита поставлены В соответствии порядковые номера(коды)
Для разных типов эвм используют различные кодировки
Слайд 11

Системы счисления СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ — ЭТО СПОСОБ ЗАПИСИ ЧИСЕЛ С ПОМОЩЬЮ

Системы счисления

СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ — ЭТО СПОСОБ ЗАПИСИ ЧИСЕЛ С ПОМОЩЬЮ ЦИФР.


ВСЕ ИЗВЕСТНЫЕ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ ДЕЛЯТСЯ НА позиционные И непозиционные. НЕПОЗИЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ ВОЗНИКЛИ РАНЬШЕ ПОЗИЦИОННЫХ. ПОСЛЕДНИЕ ЯВЛЯЮТСЯ В СВОЮ ОЧЕРЕДЬ РЕЗУЛЬТАТОМ ДЛИТЕЛЬНОГО ИСТОРИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ НЕПОЗИЦИОННЫХ СИСТЕМ СЧИСЛЕНИЯ.
Слайд 12

Системы счисления ПОЗИЦИОННАЯ В ПОЗИЦИОННЫХ СИСТЕМАХ СЧИСЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЕ ЦИФРЫ ЗАВИСИТ ОТ

Системы счисления

ПОЗИЦИОННАЯ

В ПОЗИЦИОННЫХ СИСТЕМАХ СЧИСЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЕ ЦИФРЫ ЗАВИСИТ ОТ МЕСТОНАХОЖДЕНИЯ В

ЗАПИСИ ЧИСЛА. НАПРИМЕР, В ЧИСЛЕ 12 ЦИФРА 1 ОЗНАЧАЕТ ДЕСЯТЬ, А В ЧИСЛЕ 122 — СОТНЮ.

НЕПОЗИЦИОННАЯ

В НЕПОЗИЦИОННЫХ СИСТЕМАХ СЧИСЛЕНИЯ, ГДЕ БЫ ЦИФРА НЕ НАХОДИЛАСЬ, ОНА ИМЕЕТ ОДНО И ТО ЖЕ ЗНАЧЕНИЕ. НАПРИМЕР, В РИМСКОЙ СИСТЕМЕ СЧИСЛЕНИЯ IV И XI ЦИФРА I ОЗНАЧАЕТ ЕДИНИЦУ.

Различия

Слайд 13

Непозиционные системы счисления Непозиционная система счисления — ЭТО ТАКАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ,

Непозиционные системы счисления

Непозиционная система счисления — ЭТО ТАКАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ, В

КОТОРОЙ ПОЛОЖЕНИЯ ЦИФРЫ В ЗАПИСИ ЧИСЛА НЕ ЗАВИСИТ ВЕЛИЧИНА, КОТОРУЮ ОНА ОБОЗНАЧАЕТ. СИСТЕМА МОЖЕТ НАКЛАДЫВАТЬ ОПРЕДЕЛЕННЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ НА ПОРЯДОК ЦИФР (РАСПОЛОЖЕНИЕ ПО ВОЗРАСТАНИЮ ИЛИ УБЫВАНИЮ).
ПРИМЕРОМ НЕПОЗИЦИОННОЙ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ ЯВЛЯЕТСЯ РИМСКАЯ СИСТЕМА, В КОТОРОЙ В КАЧЕСТВЕ ЦИФР ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ЛАТИНСКИЕ БУКВЫ, ИЛИ ДРЕВНЕЕГИПЕТСКАЯ ДЕСЯТИЧНАЯ НЕПОЗИЦИОННАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ.
Слайд 14

Непозиционные системы счисления Древнеегипетская десятичная непозиционная система счисления. В древнеегипетской системе

Непозиционные системы счисления

Древнеегипетская десятичная непозиционная система счисления.

В древнеегипетской системе счисления использовались

специальные знаки для обозначения чисел 1, 10, 102, 103, 104, 105, 106, 107. Числа в египетской системе счисления записывались как комбинации этих "цифр", в которых каждая "цифра" повторялась не более девяти раз.

Римская система счисления 

непозиционная система счисления, в которой для записи чисел используются буквы латинского алфавита 1 - I, 5 - V, 10 - X, 50 - L, 100 - C, 500 - D и 1000 - M.
В настоящее время римская система счисления не применяется, за некоторыми исключениями:
Обозначения веков (XV век и т.д.), годов н. э. и месяцев при указании дат (например, 1. V.1975).
Обозначение порядковых числительных.
Обозначение производных небольших порядков, больших трёх: yIV, yV и т.д.
Обозначение валентности химических элементов

Слайд 15

Позиционные системы счисления В ПОЗИЦИОННЫХ СИСТЕМАХ СЧИСЛЕНИЯ ВЕС КАЖДОЙ ЦИФРЫ ИЗМЕНЯЕТСЯ

Позиционные системы счисления

В ПОЗИЦИОННЫХ СИСТЕМАХ СЧИСЛЕНИЯ ВЕС КАЖДОЙ ЦИФРЫ ИЗМЕНЯЕТСЯ В

ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЕЕ ПОЛОЖЕНИЯ (ПОЗИЦИИ) В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ЦИФР, ИЗОБРАЖАЮЩИХ ЧИСЛО. НАПРИМЕР, В ЧИСЛЕ 757,7 ПЕРВАЯ СЕМЕРКА ОЗНАЧАЕТ 7 СОТЕН, ВТОРАЯ — 7 ЕДИНИЦ, А ТРЕТЬЯ — 7 ДЕСЯТЫХ ДОЛЕЙ ЕДИНИЦЫ.
САМА ЖЕ ЗАПИСЬ ЧИСЛА 757,7 ОЗНАЧАЕТ СОКРАЩЕННУЮ ЗАПИСЬ ВЫРАЖЕНИЯ:
700 + 50 + 7 + 0,7 = 7 . 102 + 5 . 101 + 7 . 100 + 7 . 10—1 = 757,7
Слайд 16

Позиционные системы счисления Запись чисел Число записывают в виде последовательности его

Позиционные системы счисления Запись чисел

Число записывают в виде последовательности его b-ичных цифр,

перечисляемых по убыванию старшинства разрядов слева направо.
В ненулевых числах x начальные нули обычно опускаются. Для записи чисел в системах счисления с основанием до 36 включительно в качестве цифр (знаков) используются арабские цифры (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) и, затем, буквы латинского алфавита (a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, m, n, o, p, q, r, s, t, u, v, w, x, y, z). При этом, a = 10, b = 11 и т.д., иногда x = 10.
Слайд 17

Позиционные системы счисления Запись чисел

Позиционные системы счисления Запись чисел

Слайд 18

Основание позиционной системы счисления Основание позиционной системы счисления - это количество

Основание позиционной системы счисления

Основание позиционной системы счисления - это количество различных

знаков или символов (цифр), используемых для отображения чисел в данной системе.
Слайд 19

Целые числа в позиционных системах счисления Как порождаются целые числа в

Целые числа в позиционных системах счисления

Как порождаются целые числа в позиционных

системах счисления?
Целые числа в любой системе счисления порождаются с помощью Правила счета:
Для образования целого числа, следующего за любым данным целым числом, нужно продвинуть самую правую цифру числа; если какая-либо цифра после продвижения стала нулем, то нужно продвинуть цифру, стоящую слева от неё.
Применяя это правило, запишем первые десять целых чисел
в двоичной системе: 0, 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000, 1001;
в троичной системе: 0, 1, 2, 10, 11, 12, 20, 21, 22, 100;
в пятеричной системе: 0, 1, 2, 3, 4, 10, 11, 12, 13, 14;
в восьмеричной системе: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11.
Слайд 20

Системы счисления для общения с компьютером Кроме десятичной широко используются системы

Системы счисления для общения с компьютером

Кроме десятичной широко используются системы

с основанием, являющимся целой степенью числа 2, а именно:
Двоичная
Восьмеричная
Шестнадцатеричная
Слайд 21

Двоичная система счисления ДВОИЧНАЯ ПОЗИЦИОННАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ имеет основание 2 и

Двоичная система счисления

ДВОИЧНАЯ ПОЗИЦИОННАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ имеет основание 2 и использует

для записи числа 2 символа (цифры): 0 и 1. В каждом разряде допустима только одна цифра — либо 0, либо 1.
Примером может служить число 101. Оно аналогично числу 5 в десятичной системе счисления. Для того, чтобы перевести из 2-й в 10-ю необходимо умножить каждую цифру двоичного числа на основание “2”, возведенное в степень, равную разряду. Таким образом, число 1012 = 1*22 + 0*21 + 1*20 = 4+0+1 = 510
Слайд 22

Восьмеричная Восьмеричная система счисления — позиционная целочисленная система счисления с основанием

Восьмеричная

Восьмеричная система счисления — позиционная целочисленная система счисления с основанием 8.

Для представления чисел в ней используются цифры от 0 до 7. Восьмеричная система часто используется в областях, связанных с цифровыми устройствами.
Слайд 23

Шестнадцатеричная Шестнадцатеричная система счисления — позиционная система счисления по целочисленному основанию

Шестнадцатеричная

Шестнадцатеричная система счисления — позиционная система счисления по целочисленному основанию 16.

В качестве цифр этой системы счисления обычно используются цифры от 0 до 9 и латинские буквы от A до F. Буквы A, B, C, D, E...
Слайд 24

Системы счисления Из всех систем счисления особенно проста и поэтому интересна

Системы счисления

Из всех систем счисления особенно проста и поэтому интересна для

технической реализации в компьютерах двоичная система счисления.

Полезно запомнить запись в этих системах счисления первых двух десятков целых чисел:

Слайд 25

Перевод целого числа из десятичной системы в любую другую позиционную систему

Перевод целого числа из десятичной системы в любую другую позиционную систему

счисления

Для перевода целого десятичного числа N в систему счисления с основанием q необходимо N разделить с остатком ("нацело") на q, записанное в той же десятичной системе. Затем неполное частное, полученное от такого деления, нужно снова разделить с остатком на q , и т.д., пока последнее полученное неполное частное не станет равным нулю. Представлением числа N в новой системе счисления будет последовательность остатков деления, изображенных одной q-ичной цифрой и записанных в порядке, обратном порядку их получения.

Слайд 26

Перевод целого числа из десятичной системы в любую другую позиционную систему

Перевод целого числа из десятичной системы в любую другую позиционную систему

счисления

Пример: переведём число 75 из десятичной системы в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную:

в двоичную

в восьмеричную

в шестнадцетеричную

Ответ: 7510 = 1 001 0112 = 1138 = 4B16.

Слайд 27

Перевод восьмеричных и шестнадцатеричных чисел в двоичную систему Перевод восьмеричных и

Перевод восьмеричных и шестнадцатеричных чисел в двоичную систему

Перевод восьмеричных и шестнадцатеричных

чисел в двоичную систему очень прост: достаточно каждую цифру заменить эквивалентной ей двоичной триадой (тройкой цифр) или тетрадой (четверкой цифр).
Слайд 28

Перевод восьмеричных и шестнадцатеричных чисел в двоичную систему Чтобы перевести число

Перевод восьмеричных и шестнадцатеричных чисел в двоичную систему

Чтобы перевести число из

двоичной системы в восьмеричную или шестнадцатеричную, его нужно разбить влево и вправо от запятой на триады (для восьмеричной) или тетрады (для шестнадцатеричной) и каждую такую группу заменить соответствующей восьмеричной (шестнадцатеричной) цифрой.
Слайд 29

Перевод числа из двоичной восьмеричной шестнадцатеричной системы в десятичную Перевод в

Перевод числа из двоичной восьмеричной шестнадцатеричной системы в десятичную

Перевод в десятичную

систему числа x, записанного в q-ичной системе счисления (q = 2, 8 или 16) в виде xq = (anan-1 ... a0, a-1 a-2... a-m)q сводится к вычислению значения многочлена
x10 = an qn + an-1 qn-1 + ... + a0 q0 + a-1 q -1 + a-2 q-2 + ... + a-m q-m средствами десятичной арифметики.
Слайд 30

Перевод из десятичной системы счисления в другие

Перевод из десятичной системы счисления в другие

Слайд 31

Сводная таблица переводов целых чисел из одной системы в другую Рассмотрим

Сводная таблица переводов целых чисел из одной системы в другую

Рассмотрим

только те системы счисления, которые применяются в компьютерах — десятичную, двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную. Для определенности возьмем произвольное десятичное число, например 46, и для него выполним все возможные последовательные переводы из одной системы счисления в другую. Порядок переводов определим в соответствии с рисунком:
На этом рисунке использованы следующие обозначения:
• в кружках записаны основания систем счисления;
• стрелки указывают направление перевода;
• номер рядом со стрелкой означает порядковый номер соответствующего примера в сводной таблице 4.1.
означает перевод из двоичной системы в шестнадцатеричную, имеющий в таблице порядковый номер 6.
Слайд 32

Сводная таблица переводов целых чисел из одной системы в другую

Сводная таблица переводов целых чисел из одной системы в другую