Презентация по теме системы счисления

“ Потому что все оттенки смысла

умное число передает ”

Николай Гумилев.

Системы счисления

Редактор материала учитель ИКТ МБОУ ЦО – гимназии №11 г. Тулы Акимов Д.Ф.

Что такое цифра?

Цифра – это письменный знак, изображающий число.

Система нумерации – способ соединения цифр для изображения больших чисел.

Рассмотрим системы нумерации некоторых народов.

Древнегреческая аттическая нумерация

Числа 1,2,3,4 обозначались черточками I, II, III, IIII, а число 5 записывали знаком Г (древнее начертание буквы “Пи”, с которой начинается слово “пенте” - пять.

Числа 6,7,8,9 обозначались ГI, ГII, ГIII, ГIIII, а число 10 обозначалось ▲ (начальная буква в слове “десять”)

Числа 100,1000 и 10000 обозначались Н, Х, М – начальными буквами соответствующих слов.

Числа 50,500 и 5000 обозначались комбинациями знаков 5 и 10, 5 и 100, 5 и 1000, а именно

Остальные числа в пределах первого десятка тысяч записывались так:

H H ГI = 256; X X I = 2051;

H H H ▲ ▲ ▲ I I = 382; X X H H H = 7800 и т.д.

Ионийская нумерация чисел

В третьем веке до н.э. аттическая нумерация была вытеснена так называемой ионийской системой. В ней числа 1-9 обозначаются первыми девятью буквами алфавита:

α=1 β=2 γ=3 δ=4 ε=5 ς =6 ζ=7 η=8 θ=9

Альфа бэта Гамма дельта эпсилон фау дзета эта тэта

числа 10, 20, 30,…, 90 следующими девятью буквами:

ι=10 κ =20 λ=30 μ=40 ν=50 ξ=60 ο=70 π=80 Ϥ=90

йота каппа ламбда мю ню кси омикрон пи коппа

числа 100, 200, 300,…, 900 последними девятью буквами:

ρ=100 σ=200 τ=300 υ=400 φ=500 χ=600 ψ=700 ω=800 ϡ=900

ро сигма тау юпсилон фи хи пси омега сампи

Для обозначения тысяч и десятков тысяч пользовались теми же цифрами с добавлением особого значка ’ сбоку:

’ α=1000 ’ β=2000 и т.д.

Ионийская нумерация чисел

Для отличия цифр от букв, составляющих слова, писали черточки над цифрами

Ιη=18; μζ=47; υζ=407; χκα=621; χκ=620 и т.д.

α=1 β=2 γ=3 δ=4 ε=5 ς =6 ζ=7 η=8 θ=9

Альфа бэта Гамма дельта эпсилон фау дзета эта тэта

ι=10 κ =20 λ=30 μ=40 ν=50 ξ=60 ο=70 π=80 Ϥ=90

йота каппа ламбда мю ню кси омикрон пи коппа

ρ=100 σ=200 τ=300 υ=400 φ=500 χ=600 ψ=700 ω=800 ϡ=900

ро сигма тау юпсилон фи хи пси омега сампи

Такую же алфавитную нумерацию имели в древности евреи, арабы и многие другие народы Ближнего Востока и неизвестно, у какого народа она возникла впервые.

Славянская нумерация

Южные и восточные славяне для записи чисел пользовались алфавитной нумерацией. У русских народов роль цифр играли не все буквы, а только те, которые имеются в греческом алфавите. Над буквой, обозначавшей букву ставился спец. значок – “ титло ”.

В России славянская нумерация сохранилась до конца 17 века. При Петре I возобладала арабская нумерация (пользуемся сейчас) . Славянская нумерация сохранялась только в богослужебных книгах. Приведем славянские цифры:

Α Β Γ Δ Ε S Ζ И Θ Ι Κ Λ Μ Ν Ξ Ο Π Ч Ρ С Τ Υ Φ Χ Ψ Ω Ц

• 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200 300 400 500 600 700 800 900

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

Κ Α =21 ΜΕ=45 ΨΒ=702 СΒ=202

Вавилонская поместная нумерация

В древнем Вавилоне ≈ за 40 веков до нашего времени создалась поместная (позиционная) нумерация, т.е. такой способ изображения чисел, при котором одна и та же цифра может обозначать разные числа, смотря по месту, занимаемому этой цифрой. В вавилонской системе ту роль, которую у нас играет число 10, играло число 60, поэтому эту нумерацию называют шестидесятеричной .

Числа, меньшие 60, обозначались с помощью двух знаков: для единицы и для десятка

Они имели клинообразный вид, т.к. вавилоняне писали на глиняных дощечках палочками треугольной формы. Эти знаки повторялись нужное число раз

5 = 30 =

Вавилонская поместная нумерация

35= 59 =

Способ обозначения чисел, больших 60, показан на рис:

5*60+2=302 21*60+35=1295

1*60*60 + 2*60 +5 =3725

Вавилонская поместная нумерация

При отсутствии промежуточного разряда употреблялся знак , игравший роль нуля.

Например, запись обозначала 2*60*60 + 0*60 +3 =7203

60-ричная запись целых чисел не получила распространения за пределами ассиро-вавилонского царства, но 60-ричные дроби проникли далеко за пределы: в страны ближнего Востока,Средней Азии, в Сев. Африку и Западную Европу. Следы 60-ричных дробей сохраняются поныне в делении углового и дугового градуса на 60 мин. и минуты на 60 секунд.

Римские цифры

Древние римляне пользовались нумерацией, которая сохраняется до настоящего временем под именем “римской нумерации”. Мы пользуемся ею для обозначения юбилейных дат, наименования съездов, нумерации глав в книгах и т.д.

В позднейшем своем виде римские цифры выглядят так:

I=1 V=5 X=10 L=50 C=100 D=500 M=1000

О происхождении римских цифр достоверных сведений нет. Цифра V могла служить изображением кисти руки, а цифра Х могла составиться из двух пятерок.

В римской нумерации явственно сказываются следы пятеричной системы. В языке же римлян (латинском) никаких следов 5-ричной системы нет. Значит, эти цифры были заимствованы римлянами у другого народа (вероятно у этрусков).

Римские цифры

Все целые числа (до 5000) записываются с помощью повторения вышеприведенных цифр. При этом, если большая цифра стоит перед меньшей, то они складываются, если же меньшая стоит перед большей (в этом случае она не может повторяться), то меньшая вычитается из большей. Например:

VI=6, т.е. 5+1 IV=4, т.е. 5-1

XL=40, т.е. 50-10 LX=60, т.е. 50+10

Подряд одна и та же цифра ставится не более 3 раз.

LXX=70;LXXX=80;число 90 записывается XC (а не LXXXX).

Примеры: XXVIII=28; XXXIX=39; CCCXCVII=397;

MDCCCXVIII=1818.

Выполнение арифметических действий над многозначными числами в этой системе очень трудно. Тем не менее, римская нумерация преобладала в Италии до 13 века, а в других странах Западной Европы – до 16 века.

Индийская поместная нумерация

В различных областях Индии существовали различные системы. Одна из них распространилась по всему миру и сейчас является общепринятой. В ней цифры имели вид начальных букв соответствующих числительных на древнеиндийском языке – санскрите (алфавит “деванагари”).

Первоначально этими знаками представлялись числа 1,2,3,…9,10,20,30,…90,100,1000; с их помощью записывались другие числа.

В последствии был введен особый знак (жирная точка, кружок) для указания пустующего разряда; знаки для чисел, больших 9, вышли из употребления, и нумерация деванагари превратилась в 10-ричную поместную систему.

Как и когда совершился этот переход – до сих пор не известно. В середине 8 века позиционная система нумерации получает в Индии широкое применение.

Индийская поместная нумерация

Примерно в это время она проникает в другие страны (Индокитай, Китай, Тибет, Иран, территория среднеазиатских республик). Решающую роль в распространении индийской системы сыграло руководство, составленное в начале 9 века узбекским ученым Аль-Хорезми (Китаб ал-джебр в’алнукабала). Это руководство в Зап. Европе было переведено на лат. язык в 12 веке. В 13 веке индийская нумерация получает преобладание в Италии. В других странах Зап. Европы она утверждается в 16 веке.

Европейцы, заимствовавшие инд. нумерацию от арабов, называли ее “арабской”. Это исторически неправильное название удерживается и поныне.

Индийская поместная нумерация

Из арабского языка заимствовано и слово цифра (по арабски “сыфр”), означавшее буквально “пустое место”.

Это слово первоначально употреблялось для наименования знака пустующего разряда и этот смысл сохраняло еще в 18 веке, хотя уже в 15 веке появился латинский термин “нуль” (nullum - ничто).

Форма индийских цифр претерпевала многообразные изменения. Та форма, в которой мы их пишем сейчас, установилась в 16 веке.

Система счисления – это способ записи чисел с помощью цифр и символов.

C.C. делятся на позиционные и непозиционные

В позиционной С.С. вес цифры зависит от ее местоположения, “позиции” в числе (60-ричная вавилонская, наша 10-ричная)

Основанием (базисом) С.С. называется количество цифр и символов, используемых в ней. Основание С.С. показывает, во сколько раз численное значение единицы данного разряда больше численного значения единицы предыдущего разряда.

Столь привычная для нас 10 С.С. оказалась неудобной для ЭВМ (реализовать элемент с 10 состояниями сложно, а с двумя – легко). Поэтому в памяти ЭВМ информация представляется в двоичной С.С.

Двоичная система счисления

В 2 с.с. используются всего две цифры:0 и 1. Основание 2 с.с. записывается как 10. Например, представление числа 8 в 2 с.с. выглядит так: 1000 2 =8 10

1*2 3 +0*2 2 +0*2 1 +0*2 0 =8

Арифметические действия в 2 с.с. выполняются по тем же правилам, что и в 10 с.с. , только в 2 с.с. перенос единиц в старший разряд возникает чаще, чем в 10 с.с.

Таблица сложения Таблица вычитания Таблица умножения

0+0=0 0-0=0 0*0=0

0+1=1 1-0=1 0*1=0

1+0=1 1-1=0 1*0=0

1+1=10 10-1=1 1*1=1

Двоичная система счисления Примеры

Десятичное Двоичное

2 10

+ +

7 111

___ _____

9 10 1001 2

Десятичное Двоичное

23 10111

+ +

8 1000

___ _______

31 10 11111 2

Двоичная система счисления Примеры

27:3=9 10

• 11

11 1001 2

011

-

11

0

9*3=27 10

1001

*

11

_______

1 0 0 1

1 0 0 1

_____________

1 1 0 1 1 2

0,0110111

0,1101101

1,0100100 2

+

Недостаток двоичной системы счисления

1. Поскольку основание 2 с.с. мало, для записи даже не очень больших чисел приходится использовать много знаков. Например, число 1000 записывается в 2 с.с. с помощью десяти цифр:

1000 10 = 1111101000 2 = 2 9 + 2 8 + 2 7 + 2 6 + 2 5 +2 3

Однако этот недостаток окупается преимуществами, связанными с аппаратной реализацией (по принципу “Да-Нет” работают все полупроводниковые элементы).

2. Естественные возможности человеческого мышления не позволяют быстро и точно оценить величину числа, представленного, например, комбинацией из 16 нулей и единиц.

Недостаток двоичной системы счисления

Для облегчения восприятия человеком двоичного числа решили разбивать его на группы разрядов, например, по 3 или 4 разряда. Эта идея оказалась удачной, т.к. последовательность из 3 бит имеет 8 комбинаций, а последовательность из 4 бит - 16 комбинаций. Числа 8 и 16 являются степенями двойки, поэтому легко будет находить соответствие с двоичными числами.

Развив эту идею, пришли к выводу, что группы разрядов можно закодировать, сократив при этом длину последовательности знаков. Для кодировки трех битов (триад) требуется 8 цифр, и поэтому взяли цифры от 0 до 7 десятичной с.с. Для кодировки же четырех битов (тетрад) необходимо 16 знаков, для этого взяли 10 цифр десятичной с.с. и 6 букв лат. алфавита A, B, C, D, E, F. Полученные системы назвали 8-ричной и 16-ричной.

Десятичное

8-ричное число

число

0

Последователь-ность из триад

1

0

000 000

16-ричное число

2

1

0

000 001

3

Последователь-ность из тетрад

2

1

4

0000

3

000 010

0001

000 011

4

2

5

3

6

0010

000 100

5

000 101

7

6

4

0011

0100

5

000 110

8

7

0101

9

6

10

000 111

0110

7

11

001 000

10

0111

8

11

12

001 001

12

1000

9

001 010

13

13

A

001 011

1001

14

14

1010

B

15

001 100

1011

C

001 101

16

15

1100

D

17

001 110

1101

E

001 111

F

1110

1111

Метод триад и тетрад

Для преобразования дв. числа в восьмеричное число необходимо двоичную последовательность разбить на триады справа налево и каждую триаду заменить соответствующей 8-ричной цифрой. Аналогично и при преобразовании в 16-ричный код, только двоичную последовательность разбиваем на тетрады, а для замены используем 16-ричные знаки.

Например:

надо перевести 1101011101 из дв. в 8-ричную с.с.

• Разбиваем на триады справа налево.

001 101 011 101

2. Каждую триаду заменяем соответствующей 8-ричной цифрой 1 5 3 5. Это и будет ответ.

001 101 011 101 2 =1535 8

Метод триад и тетрад

Так же просто осуществляется и обратное преобразование – для этого каждую цифру 8 или 16-ричного числа заменяют группой из 3 или 4 бит. Например:

AB51 16 =1010 1011 0101 0001 2

A B 5 1

177204 8 = 1 111 111 010 000 100 2

1 7 7 2 0 4

Выполнение арифметических действий

При работе в 8- и 16-ричной с.с. надо помнить, что если имеет место перенос, то переносится не 10, а 8 или 16. Примеры:

27,2643 8 _ 115,3564 8

+ 46,1154 8 55,7674 8

75,4017 8 37,3670 8

287,АВ _ EC2A,82

+ 65,62 BD7C,9A

2ЕD,0D 16 2EAD,E8

Перевод чисел из одной системы счисления в другую

Итак, мы освоили 4 системы счисления”

“ машинную” – двоичную;

“ человеческую” – десятичную

и две промежуточные - 8 и16-ричную.

Каждая из них применяется в различных процессах, связанных с ЭВМ:

2 с.с. – для организации машинных операций по преобразованию информации;

8 и16 с.с. – для представления машинных кодов в виде, удобном для работы профессиональных пользователей (программистов и аппаратчиков);

10 с.с. – для представления результатов деятельности ЭВМ, отображаемых на устройствах ввода/вывода.

Поэтому в машине постоянно происходят процессы преобразования чисел из одной с.с. в другую.

Перевод чисел в 10 с.с. выполняется способом суммирования с учетом веса разрядов

Примеры:

1101,011 2 =1*2 3 +1*2 2 +1*2 0 +1*2 -2 +1*2 -3 = =8+4+1+0,25+0,125= 13,375

142,4 8 =1*8 2 +4*8 1 +2*8 0 +4*8 -1 = =64+32+2+0,5= 98,5

12E,6 16 =1*16 2 +2*16 1 +14*16 0 +6*16 -1 = =256+32+14+0,375= 302,375

Перевод чисел из 10 с.с. в другую систему

Обычно выполняется методом последовательного деления исходного числа на основание с.с. Полученный остаток после первого деления является младшим разрядом нового числа. Образовавшееся частное снова делится на это основание. Из остатка получаем следующий разряд нового числа и т.д.

Пример: _212 2 212 10 =11010100 2

212 106 2

0 106 53 2

0 52 26 2

1 26 13 2

0 12 6 2

1 6 3 2

0 2 1 2

1 0 0

1

Переведем десятичное число31318 в 8 с.с.

Пример2: _31318 8 31318 10 =75126 8

31312 3914 8

6 3912 489 8

2 488 61 8

1 56 7 8

5 0 0

7

Переведем десятичное число 286 в 16 с.с.

Пример3: _286 16 286 10 =11Е 16

16 _17 16

_126 16 _1 16

112 1 0 0

14 1

Список использованной литературы

• С.И. Фомин. Популярные лекции по математике. Выпуск 40. Системы счисления. М.: Наука, 1980.
• М.Я. Выгодский. Справочник по математике.