O systemach liczbowych

Podobne dokumenty
1259 (10) = 1 * * * * 100 = 1 * * * *1

Podstawowe operacje arytmetyczne i logiczne dla liczb binarnych

Samodzielnie wykonaj następujące operacje: 13 / 2 = 30 / 5 = 73 / 15 = 15 / 23 = 13 % 2 = 30 % 5 = 73 % 15 = 15 % 23 =

SYSTEMY LICZBOWE. Zapis w systemie dziesiętnym

DYDAKTYKA ZAGADNIENIA CYFROWE ZAGADNIENIA CYFROWE

ARYTMETYKA BINARNA. Dziesiątkowy system pozycyjny nie jest jedynym sposobem kodowania liczb z jakim mamy na co dzień do czynienia.

Arytmetyka liczb binarnych

Wprowadzenie do architektury komputerów systemy liczbowe, operacje arytmetyczne i logiczne

SYSTEMY LICZBOWE 275,538 =

Stan wysoki (H) i stan niski (L)

Systemy zapisu liczb.

1.1. Pozycyjne systemy liczbowe

Kod znak-moduł. Wartość liczby wynosi. Reprezentacja liczb w kodzie ZM w 8-bitowym formacie:

Arytmetyka komputera. Na podstawie podręcznika Urządzenia techniki komputerowej Tomasza Marciniuka. Opracował: Kamil Kowalski klasa III TI

Układy arytmetyczne. Joanna Ledzińska III rok EiT AGH 2011

Systemy liczbowe. 1. Przedstawić w postaci sumy wag poszczególnych cyfr liczbę rzeczywistą R = (10).

Systemy liczbowe używane w technice komputerowej

ARCHITEKTURA SYSTEMÓW KOMPUTEROWYCH

RODZAJE INFORMACJI. Informacje analogowe. Informacje cyfrowe. U(t) U(t) Umax. Umax. R=(0,Umax) nieskończony zbiór możliwych wartości. Umax.

LABORATORIUM PROCESORY SYGNAŁOWE W AUTOMATYCE PRZEMYSŁOWEJ. Zasady arytmetyki stałoprzecinkowej oraz operacji arytmetycznych w formatach Q

Kod U2 Opracował: Andrzej Nowak

Pracownia Komputerowa wykład IV

Kod uzupełnień do dwóch jest najczęściej stosowanym systemem zapisu liczb ujemnych wśród systemów binarnych.

Wstęp do informatyki- wykład 1 Systemy liczbowe

ARYTMETYKA KOMPUTERA

Techniki multimedialne

Wstęp do programowania. Reprezentacje liczb. Liczby naturalne, całkowite i rzeczywiste w układzie binarnym

Podstawy Informatyki. Inżynieria Ciepła, I rok. Wykład 5 Liczby w komputerze

Zestaw 3. - Zapis liczb binarnych ze znakiem 1

Wykład 2. Informatyka Stosowana. 10 października Informatyka Stosowana Wykład 2 10 października / 42

Wstęp do informatyki. Pojęcie liczebności. Zapis liczb. Liczenie bez liczebników. Podstawy arytmetyki komputerowej. Cezary Bolek

Cyfrowy zapis informacji. 5 grudnia 2013 Wojciech Kucewicz 2

Wykład 2. Informatyka Stosowana. 9 października Informatyka Stosowana Wykład 2 9 października / 42

Wstęp do informatyki- wykład 2

System liczbowy jest zbiorem reguł określających jednolity sposób zapisu i nazewnictwa liczb.

Arytmetyka stałopozycyjna

AKADEMIA MORSKA KATEDRA NAWIGACJI TECHNICZEJ

Wstęp do informatyki. Pojęcie liczebności. Liczenie bez liczebników. Podstawy arytmetyki komputerowej. Cezary Bolek

Przedmiot: Urządzenia techniki komputerowej Nauczyciel: Mirosław Ruciński

Pracownia Komputerowa wyk ad IV

Zapis liczb binarnych ze znakiem

ARCHITEKRURA KOMPUTERÓW Kodowanie liczb ze znakiem

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW Systemy liczbowe

Operacje arytmetyczne

System Liczbowe. Szesnastkowy ( heksadecymalny)

Metoda znak-moduł (ZM)

12. Wprowadzenie Sygnały techniki cyfrowej Systemy liczbowe. Matematyka: Elektronika:

Naturalny kod binarny (NKB)

Jednostki informacji. Bajt moŝna podzielić na dwie połówki 4-bitowe nazywane tetradami (ang. nibbles).

Przykładowe pytania DSP 1

Wykład 2. Informatyka Stosowana. 8 października 2018, M. A-B. Informatyka Stosowana Wykład 2 8 października 2018, M. A-B 1 / 41

Technologie Informacyjne Wykład 4

Wydział Mechaniczny. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Dla człowieka naturalnym sposobem liczenia jest korzystanie z systemu dziesiętnego, dla komputera natomiast korzystanie z zapisu dwójkowego

Pracownia Komputerowa wykład V

Technologie Informacyjne

Funkcja Boolowska a kombinacyjny blok funkcjonalny

Pracownia Komputerowa wykład VI

PODSTAWY TEORII UKŁADÓW CYFROWYCH

ćwiczenie 202 Temat: Układy kombinacyjne 1. Cel ćwiczenia

Arytmetyka binarna - wykład 6

Podstawy Informatyki dla Nauczyciela

LICZBY ZMIENNOPRZECINKOWE

Ćwiczenie nr 1: Systemy liczbowe

Układy kombinacyjne 1

Języki i metodyka programowania. Reprezentacja danych w systemach komputerowych

Moduł 2 Zastosowanie systemów liczbowych w informacji cyfrowej

Adam Korzeniewski p Katedra Systemów Multimedialnych

Cyfrowy zapis informacji

Tranzystor JFET i MOSFET zas. działania

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Wielkości liczbowe. Wykład z Podstaw Informatyki dla I roku BO. Piotr Mika

2 Arytmetyka. d r 2 r + d r 1 2 r 1...d d 0 2 0,

DZIAŁANIA NA UŁAMKACH DZIESIĘTNYCH.

Urządzenia Techniki. Klasa I TI. System dwójkowy (binarny) -> BIN. Przykład zamiany liczby dziesiętnej na binarną (DEC -> BIN):

Systemy liczenia. 333= 3*100+3*10+3*1

PRZELICZANIE JEDNOSTEK MIAR

Adam Korzeniewski p Katedra Systemów Multimedialnych

Arytmetyka. Arytmetyka. Magdalena Lemańska. Magdalena Lemańska,

Elektronika (konspekt)

Pracownia Komputerowa wyk ad VI

Liczby rzeczywiste. Działania w zbiorze liczb rzeczywistych. Robert Malenkowski 1

INSTYTUT CYBERNETYKI TECHNICZNEJ POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ ZAKŁAD SZTUCZNEJ INTELIGENCJI I AUTOMATÓW

Znaki w tym systemie odpowiadają następującym liczbom: I=1, V=5, X=10, L=50, C=100, D=500, M=1000

Wielkość analogowa w danym przedziale swojej zmienności przyjmuje nieskończoną liczbę wartości.

Instrukcja do ćwiczeń nr 4 typy i rodzaje zmiennych w języku C dla AVR, oraz ich deklarowanie, oraz podstawowe operatory

Kodowanie liczb całkowitych w systemach komputerowych

Powtórzenie podstawowych zagadnień. związanych ze sprawnością rachunkową *

Systemem liczenia systemach addytywnych !!" Pozycyjny system liczbowy podstawą systemu pozycyjnego

Podstawy Informatyki

Liczby rzeczywiste są reprezentowane w komputerze przez liczby zmiennopozycyjne. Liczbę k można przedstawid w postaci:

Luty 2001 Algorytmy (7) 2000/2001

INFORMATYKA. Zajęcia organizacyjne. Arytmetyka komputerowa.

Wielkości liczbowe. Wykład z Podstaw Informatyki. Piotr Mika

Automatyka. Treść wykładów: Multiplekser. Układ kombinacyjny. Demultiplekser. Koder

Podstawy Informatyki

Programowanie Niskopoziomowe

Dr inż. Jan Chudzikiewicz Pokój 117/65 Tel Materiały:

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW Liczby zmiennoprzecinkowe

Lista tematów na kolokwium z wykładu z Techniki Cyfrowej w roku ak. 2013/2014

Transkrypt:

O systemach liczbowych 1. Systemy liczbowe Literatura:Turski,Propedeutyka...;Skomorowski,... 1.1. Dwójkowy system pozycyjny W dziesiętnym systemie pozycyjnym ciąg cyfr 321.23 oznacza liczbę 3 10 2 +2 10 1 +1 10 0 +2 10 1 +2 10 2 Jeśliprzez boznaczymypodstawęsystemuliczbowego,acyfryprzez d i tokażdą liczbę N,którazawiera ncyfrwczęścicałkowitejimcyfrwczęściułamkowej możemy zapisać w postaci lubwpostaci: N = n 1 i= m d i b i N = d n 1 d n 2...d 0.d 1 d 2...d m. Kropka oddziela część całkowitą i ułamkową. Wmaszynachcyfrowychużywasięukładówopodstawie b = 2. yframisą tutaj0i1. Liczby należące do różnych systemów zliczania zapisuje się często w nawiasach zindeksem b,np. (10101.0101) 2 Wsystemiedziesiętnym b = 10. yframisą0,1,...9. Wczęstoużywanych systemachósemkowym(b = 8)iszesnastkowym(b = 16)cyframisą0,1,...7oraz 0,1,...,9,a,b,c,d,e,fodpowiednio.Przykłady: (123.45) 8 = 1 8 2 +2 8 1 +3 8 0 +4 8 1 +5 8 2 = 84.125. (c3.af) 16 = 12 16 1 +3 16 0 +10 16 1 +15 16 2 = 196.5625 by dokonać zamiany liczby dziesiętnej na liczbę o podstawie b należy ją najpierw podzielić na część całkowitą i ułamkową i dokonać zamiany poszczególnych części. Zamianę części całkowitej wykonujemy dzieląc ją kolejno przez podstawę systemu beta i zbierając kolejne reszty z dzielenia w porządku ź prawa na lewo". Zamiany ułamka właściwego dokonujemy mnożąc go przez podstawę b i biorąc z wyniku część całkowitą. Następnie, po odrzuceniu części całkowitej proces powtarzamy(mnożenie, zapamiętanie części całkowitej wyniku, odrzucenie jej), aż do chwili gdy w wyniku dostaniemy jedynkę lub gdy uzyskamy wymaganą dokładność. Przykład. Zamienimy 35 na liczbę dwójkową. 35/2 = 17r1,17/2 = 8r1,8/2 = 4r0,4/2 = 2r0,2/2 = 1r0,1/2 = 0r1. Mamy więc: (35) 10 = (100011) 2. Przykład. Zamienimy 0.90625 na ułamek dwójkowy. 0.90625 2 = 1.8125 1 0.81250 2 = 1.6250 1 1

0.65000 2 = 1.2500 1 0.35000 2 = 0.5000 0 0.50000 2 = 1.0000 1 Wynik (0.90625) 10 = (0.11101) 2 Przykład.Zamienimyliczbę (321.123) 10 naliczbęósemkową.ponieważ (321) 10 = (501) 8, (0.123) 10 = (0.144) 8, to (321.123) 10 = (501.144) 8. Zauważmy, że skończoność rozwinięcia dziesiętnego nie pociąga skończoności np.rozwinięciadwójkowego.przykład: 7/20 = (010110100...) 2. Liczby dwójkowe łatwo jest zamieniać na liczby ósemkowe(i szesnastkowe). W tymcelunależyliczbępodzielićnagrupytrzy(cztero)bitowewlewoiwprawo od kropki dziesiętnej i zastąpić otrzymane grupy cyframi dziesiętnymi(szesnastkowymi). Przykład. (100100111100111.1010101) 2 = (100100111100111.1010101) 2 = (44747.521) 8 = (100100111100111.1010101) 16 = (49e7.55) 16 1.2. Kody uzupełnieniowe Uzupełnień używa się w układach cyfrowych do przedstawiania liczb ujemnych. Upraszcza to operację odejmowania. W każdym systemie zliczania o bazie b mamy dwa sposoby uzupełniania. 1. uzupełnianiedo (b 1) 2. uzupełnianie do b 1Uzupełnieniedo b 1.Uzupełnienie n-cyfrowejliczby Nopodstawie bdo (b 1)jestzdefiniowanejako (b n 1) N. Wprzypadkuliczbdziesiętnych (b 1) = 9,adladwójkowych1. Przykład.Uzupełnieniemliczby (53412) 10 do9jest (b n 1) N = (10 5 1) 53412 = 46587. Przykład.Uzupełnieniemdo1liczby (1010101) 2 jest (b n 1) N = (2 7 ) 10 1 (1010101) 2 = (128 1 85) 10 = (42) 10 = (101010) 2. Uzupełnienie liczby do 1 w systemie dwójkowym dostaje się przez odjęcie każdej jej cyfry od 1. Liczbę otrzymaną w ten sposób można też otrzymać przez zanegowaniewszystkichcyfrliczby( 0 = 1, 1 = 0). 2

Przykład.Uzupełnieniemdo1liczby (11001110101) 2 jest (110001010) 2. 2 Uzupełnienie do b. Drugim rodzajem uzupełnienia n-cyfrowej liczby N jest uzupełnienie do b. Jest ono zdefiniowane jako Możnatotezzapisaćwpostaci b n N b n N = [(b n 1) N]+1 Możnajewięcotrzymaćprzezdodanie1douzupełnienialiczbydo (b 1). Uzupełnienie liczby dwójkowej można otrzymać następująco: idąc od lewej strony liczby pozostawiamy wszystkie zera i pierwszą jedynkę bez zmiany i negujemy następne cyfry. Przykład. Wliczbie (100011010101) 2 pozostawiamy1000bezzmianinegujemy 11010101.Otrzymamyuzupełnienieliczbyrówne (100000101010) 2. 3Odeljmowaniewsystemieopodstawieb.OdejmowanieM N.Jeśliliczbysą bez znaku odejmowanie możemy wykonać następująco: 1. Do odjemnej M dodajemy uzupełnienie do b odjemnika N M+(b n N) = M N+b n. 2. Jeśli M Ntowostatnimwyrażeniupomijamy b n,otrzymującwwyniku M N. 3. Jeśli M < Ntowyrażeniez1)możnazapisaćwpostaci M+(b n N) = b n (N M).Jesttouzupełnieniedobróżnicy(N M).iorącuzupełnieniedobimnożąc je przez-1 otrzymamy ( 1){b n [b n (N M)]} = (N M) = M N. Zadanie 1. Odejmowanie 1 1 Odjąć,pokazanąmetodą,liczby M = (1999) 10 i (1948) 10. Zadanie 2. Odejmowanie 2 1 Odjąć M = 1999iN=1999. Zadanie 3. Odejmowanie 3 1 Odjąć M = (1948) 10 i N = (1999) 10. Zadanie 4. Odejmowanie 4 1 W powyższych zadaniach zamienić liczby dziesiętne na dwójkowe i wykonać następnie ich odejmowanie metodą uzupełnień. 1.3. Dwójkowe liczby ze znakiem Znak liczby dwójkowej można reprezentować pisząc 0(plus, +) lub 1(minus,-) na początku liczby. n-bitowa liczba dwójkowa ze znakiem może być wobec tego przedstawionazapomocą n+1bitów. Liczby dwójkowe ze znakiem dają się więc przedstawić następująco 1. znak-moduł(lub znak-moduł prosty) 2. znak-uzupełnienie do 1(lub znak-moduł odwrotny) 3

3. znak-uzupełnienie do 2(lub kod uzupełnieniowy) Zadanie 5. Reprezentacje liczbowe 1 Wypisać wszystkie liczby 4-bitowe ze znakiem w reprezentacjach znak-moduł, znak-uzupełnienie do 1, znak-uzupełnienie do 2. Zaletą zapisu znak-uzupełnienie do 2 jest to, że zero ma jednego reprezentanta. W kodowaniu znak-moduł lub znak-uzupełnienie do 1, zero ma podwójną reprezentację. Zadanie 6. Zero 1 Wypisz reprezentantów zera dla kodów znak-moduł, znak-uzupełnienie do 1 i znak-uzupełnienie do 2. Jeśli przy dodawaniu n-bitowych liczb(dodatnich lub ujemnych) wynik jest liczbą(n + 1)-bitową to nazywamy to przepełnieniem(overflow) lub nadmiarem. 2. Sprzęt liczący 2.1. Tranzystor Podstawowymi elementami współczesnych komputerów są tranzystory. Pierwszy tranzystor zbudowali John ardeen i William Shapley w 1949 roku. Obecnie używane tranzystory różnią się od tych pierwszych pod wieloma względami. Są bardzo małe. Na jednym milimetrze kwadratowym powierzchni można zmieścić kilkaset tysięcy tranzystorów typu MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Tranzistor). Tranzystor taki zbudowany jest z materiałów półprzewodnikowych napylonych na specjalnej płytce. Tranzystor oznacza się często tak jak to pokazuje poniższy rysunek. Strzałki wskazują kierunek prądu. Jeśli napięcie na bazie żośnie"to sygnał z tranzystora jest większy, jeśli maleje- mniejszy. Ta prosta zależność między sygnałami pozwala na budowę bardziej złożonych układów logicznych, z których składa się komputer. aza Kolektor Emiter Najprostsze układy elektroniczne noszą nazwę bramek logicznych. Jedną z nich jest bramka ND. Dodaje ona logicznie dwie cyfry binarne: zera lub jedynki. Jej schematyczną budowę i wyniki działania pokazuje następny rysunek. ND 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 "zasilanie" Inną, bardzo prostą bramką logiczną jest NOT- urządzenie negujące. rak sygnału na wejściu (baza tranzystora) powoduje pojawienie się sygnały w, natomiast jego obecność na powoduje, że prąd ze źródła zasilania płynie bezpośrednio do - jest sygnał wyjściowy(patrz rysunek). 4

NOT W 0 1 1 0 "zasilanie" Wpodobnysposóbbudujesięinnebramkilogiczne,np.OR,NOR,XORitp. OR 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 "zasilanie" ramki logiczne odpowiednio połączone tworzą bardziej skomplikowane i użyteczne układy logiczne. Przykładem może służyć tzw. przełącznik flip flop, przerzutnik. Jest to element, z którego budowane są pamięci komputerów. Jego schemat przedstawia następny rysunek. Użyta została tutaj bramka NOR. Zadanie 7. Schemat NOR 1 Narysuj schemat bramki NOR używając symbolu tranzystora. 2.2. Sumator Prostym układem elektronicznym realizującym dodawanie jest tak zwany sumator. Jego schemat można przedstawić następująco. Z 2 Z 1 Przezwejścia,iZ 1 doukładudocierająsygnałyelektryczne impulsy,które przekształcanesąwimpulsynawyjściachiz 2.Wtabelipodsumowanowyniki jegopracy(1-impuls,0-brakimpulsu). 5

Z 1 Z 2 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 Jeśli a, b i z są jednobitowymi liczbami dwójkowymi to doprowadzając do wejść,iz 1 impulsyodpowiadającetymliczbom,nawyjściuotrzymamyliczbędwójkową c = a+b+z (10) 2 z gdzie z = { 0, gdy a+b+z < (10)2 1 w przeciwnym razie. Widzimywięc,żesumatordodajeliczbya,b,zmodulo2.Wynikpodajenawyjście,anawyjście Z 2 podajeprzeniesienie"wlewo".jeśli a+b+z 2to z = 1w przeciwnymrazie z = 0. Odpowiednio połączone sumatory jednopozycyjne tworzą tzw. sumator wielopozycyjny"bez przeniesieniałub ź przeniesieniem"(patrz rysunek). Sumatory tego typu mogą wykonywać operacje dodawania liczb n-bitowych. Jeśli np. na wejście sumatora podane będą odpowiednio zakodowane ułamki właściwe to na jego wyjściu pojawi się ich zakodowana suma. Rysunki przedstawiają sumator wielopozycyjny bez przeniesienia oraz sumator wielopozycyjny z przeniesieniem } 2.3. rytmometr W celu wykonania innych działań niż dodawanie używa się wyspecjalizowanych układów logicznych. Składają się one na tzw. arytmometr maszyny liczącej. Prócz układów liczących komputery posiadają w arytmometrze inne układy, tzw. układy pamiętające rejestry. Rejestry wraz z arytmometrem tworzą tzw. akumulator Dowolne ciągi operacji arytmetycznych takich jak +,-,*,/ mogą być realizowane w akumulatorze procesora. Innym ważnym elementem komputera jest pamięć, gdzie przechowuje się dane. iągi sygnałów(0, 1) pamiętane są w ciągach komórek pamięci. Sygnały te są ciągle odświeżane. Można je pobierać i zapisywać, a następnie przekształcać w akumulatorze, realizując w ten sposób obliczenia. 6