Английский язык : Курсовая работа: Деление двоичных чисел в прямом, обратном и дополнительном кодах

Курсовая работа: Деление двоичных чисел в прямом, обратном и дополнительном кодах

Министерство образования Республики Таджикистан

Таджикский Технический Университет им. ак. М. С. Осими

кафедра АСОИиУ

Курсовая работа

на тему: «Деление двоичных чисел в прямом, обратном

и дополнительном кодах»

Душанбе 2009

Оглавление

Аннотация

Введение

Позиционные системы счисления

Двоичная арифметика

Правила перевода

Перевод целых чисел

Перевод дробных чисел

Прямой, обратный и дополнительный коды

Сложение и вычитание в прямом, обратном и дополнительном кодах

Деление в прямом, обратном и дополнительном кодах

Заключение

Использованная литература

Аннотация

Развитие науки и техники, исследование физических явлений, создание новых машин, материалов, процессов, систем управления невозможно без детального изучения закономерностей и установления численных характеристик и соотношений, определяющих их протекание и функционирование. Решение связанных с этим математических задач, как правило , возможно только численными методами, требующими сложных и трудоёмких вычислений.

В середине ХХ века развитие атомной физики, ракетной и космической техники потребовало решения вычислительных задач такого большого объёма, что с ними нельзя было справиться при помощи в то время средств вычислительной техники – клавишных или перфорационных машин.

Это потребность привела к созданию на рубеже 40 - 50-х годов электронных автоматических цифровых вычислительных машин (ЦВМ), воплотивших в себе научные и технические достижения того времени, в частности в области электронной автоматики.

Особое значение электронных цифровых вычислительных машин состоит в том, что впервые с их появлением человек получил орудие для автоматизации процессов обработки информации.

В настоящее время все вычислительные машины являются цифровыми, то есть в принципе их работы лежат числа. В цифровой технике самое широкое распространение получил двоичный код, а именно код в основе которого лежит двоичная система счисления (т.е цифры «0» и «1»). Двоичная система счисления применяется при обработке данных во всех современных вычислительных системах. Принцип работы компьютера (ЭВМ) также основан на двоичной системе. В нём в качестве двоичных нуля и единицы на электрическом уровне организованно соотношение «есть сигнал» - «1», «нет сигнала» - «0».

Но для выполнения каких либо вычислений необходимо сначала организовать принцип вычислений в двоичной системе. Для этого и была разработана специальная двоичная «арифметика», показывающая закономерности при выполнении простейших арифметических операций над двоичными числами, а именно сложения, вычитания, умножения и деления.

Введение

В данной курсовой работе будут рассмотрены все аспекты связанные с системами счисления, двоичной арифметикой, и арифметическими операциями над двоичными числами. Мы рассмотрим различные системы счисления, их различия, преимущества и недостатки а также методы и способы перехода между различными системами счисления.

В частности затронем правила двоичной арифметики, являющейся основным закономерным элементов всей цифровой (двоичной) технологии. Подробно разберём каждый элемент двоичной арифметики, а именно двоичное сложение, двоичное вычитание и двоичное умножение. Операция двоичного деления сводится как правило к последовательности суммирования и вычитания, а также в некоторых методах и сдвига двоичного кода.

По делению в двоичном коде мы пройдёмся подробней. Будут рассмотрены методы реализования деления двоичных чисел в прямом, обратном и дополнительном кодах. В частности будут рассмотрены два основных метода организации деления двоичных чисел, а именно метод деления с восстановлением остатка и метод деления без восстановления остатка (этот метод аналогичен простому делению «в столбик»). Их преимущества и недостатки, принципы построения алгоритма.

Позиционные системы счисления

Под системой счисления понимается способ представления любого числа посредством некоторого алфавита символов, называемых цифрами. Существуют различные системы счисления. От их особенностей зависят наглядность представления числа при помощи цифр и сложность выполнения арифметических операций.

Римская непозиционная система счисления является примером системы с очень сложным способом записи чисел и громоздкими правилами выполнения арифметических операций.

Огромными преимуществами в наглядности представления чисел и в простоте выполнения арифметических операций обладают позиционные системы счисления. Этим объясняется то выдающееся значение для развития вычислений, которое имело создание арабами позиционной десятичной системы счисления, используемой нами в повседневной жизни.

Система счисления называется позиционной, если одна и та же цифра имеет различное значение, определяющееся позицией цифры в последовательности цифр, изображающей число. Это значение меняется в однозначной зависимости от позиции, занимаемой цифрой, по некоторому закону. Помимо десятичной системы существуют другие позиционные системы. Некоторые из них нашли применение в вычислительной технике.

Количество s различных цифр, употребляемых в позиционной системе, называется ее основанием. Эти цифры обозначают s целых чисел, обычно 0, 1, ... , (s - 1). В десятичной системе используются десять цифр: О, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и поэтому эта система имеет основанием число десять.

В общем случае позиционной системы с основанием s любое число х может быть представлено в виде полинома от основания s:

где в качестве коэффициентов εi могут стоять любые из s цифр, используемых в системе счисления.

Принято пользоваться эквивалентной, но более простой формой представления числа в виде последовательности соответствующих цифр:

В этой последовательности запятая отделяет целую часть числа от дробной (коэффициенты при положительных степенях s, включая нуль, от коэффициентов при отрицательных степенях). Запятая опускается, если нет отрицательных степеней. Позиции цифр, отсчитываемые от запятой, называют разрядами. В позиционной системе счисления значение каждого разряда больше значения соседнего справа разряда в число раз, равное основанию s системы.

С учетом сказанного в десятичной системе счисления запись 6097, 108 означает число:

В электронных вычислительных машинах применяют позиционные системы счисления с недесятичным основанием: двоичную, шестнадцатеричную, восьмеричную и некоторые другие. В дальнейшем для обозначения используемой системы счисления будем заключать число в скобки и в индексе указывать основание системы счисления.

Наибольшее распространение в ЦВМ имеет двоичная система счисления. В этой системе используются только две («двоичные») цифры: (нуль) и 1 (единица).

В двоичной системе любое число может быть, представлено соответствующей последовательностью двоичных цифр

где αi могут быть либо 0, либо 1. Эта запись соответствует сумме степеней числа 2, взятых с указанными в ней коэффициентами:

Например, двоичное число

как следует из приведенного разложения его по степеням числа 2, соответствует десятичному числу:

Изображения некоторых чисел в десятичной, двоичной, восьмеричной и шестнадцатеричной системах счисления показаны в таблице:

Как видно из таблицы, а также из только что рассмотренного примера, двоичное изображение числа требует большего (для многоразрядного числа примерно в 3,3 раза) количества разрядов, чем его десятичное представление. Тем не менее применение двоичной системы позволяет уменьшить общее количество аппаратуры и создает большие удобства для проектирования цифровых вычислительных машин, так как для представления в машине разряда двоичного числа может быть использован любой простой элемент, имеющий всего два устойчивых состояния. Такими элементами, например, являются реле, триггерные схемы и т.п. Для представления десятичного разряда потребовалось бы четыре таких элемента.

Помимо двоичной системы счисления в ЦВМ используются также другие системы с недесятичным основанием - восьмеричная и шестнадцатеричная, имеющие основанием соответственно числа 8 и 16. В восьмеричной системе употребляются восемь цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Любое число в восьмеричной системе представляется последовательностью цифр:

в которой βi могут принимать значения от 0 до 7. Этой записи соответствует разложение числа x по степеням числа восемь с приведенными ниже коэффициентами:

Например, восьмеричное число:

В шестнадцатеричной системе для изображения чисел употребляется 16 цифр от 0 до 15. При этом, чтобы одну цифру не изображать двумя знаками, приходится вводить специальные обозначения для цифр, больших девяти. Обозначим первые десять цифр этой системы цифрами от 0 до 9, а старшие пять цифр - латинскими буквами: десять - А, одиннадцать - В, двенадцать - С, тринадцать - D, четырнадцать - Е, пятнадцать - F. Записи произвольного числа в шестнадцатеричной системе в виде последовательности цифр:

где γi может принимать любые из 16 значений от 0 до F (пятнадцать), соответствует разложение числа х по степеням числа 16 с указанными ниже коэффициентами:

Например, шестнадцатеричное число:

Основание любой системы счисления, записанное в этой же системе, имеет вид 10 (число два в двоичной системе есть 10, число восемь в восьмеричной системе есть 10 и т.д.). Общие методы перевода чисел из одной системы в другую будут изложены в следующем параграфе. Здесь мы ограничимся только рассмотрением правил преобразования восьмеричных и шестнадцатеричных чисел в двоичные и наоборот. Эти правила исключительно просты, поскольку основания восьмеричной и шестнадцатеричной систем есть целые степени числа два:

Для перевода восьмеричного числа в двоичную форму достаточно заменить каждую цифру восьмеричного числа соответствующим трехразрядным двоичным числом. Таким же образом для перехода от шестнадцатеричной системы к двоичной каждая цифра шестнадцатеричного числа заменяется соответствующим четырехразрядным двоичным числом. При этом отбрасывают ненужные нули. Например, восьмеричное число 305,4 в двоичной форме записи имеет вид:

а шестнадцатеричное число 7В2,Е в двоичной системе запишется следующим образом:

Для перехода от двоичной к восьмеричной (или шестнадцатеричной) системе поступают следующим образом: двигаясь от запятой влево и вправо, разбивают двоичное число на группы по три (четыре) разряда, дополняя при необходимости нулями крайние левую и правую группы. Затем каждую группу из трех (четырех) разрядов заменяют соответствующей восьмеричной (шестнадцатеричной) цифрой.

Приведем примеры:

а) Перевод двоичного числа 1101111001, 1101 в восьмеричное:

б) Перевод двоичного числа 11111111011,100111 в шестнадцатеричное:

Двоичные числа, наборы цифр которых разбиты на группы по три (четыре) разряда, а крайние группы при необходимости дополнены нулями, можно считать восьмеричными (шестнадцатеричными) числами, в которых цифра каждого разряда записана в двоичной системе

в виде трех (четырех) разрядного двоичного числа. Такие формы записи чисел носят название двоично-восьмеричной и двоично-шестнадцатеричной системы. Они называются также двоично-кодированными системами.

В вычислительных системах также применяются специальные формы кодирования десятичных чисел. Этот вопрос будет рассмотрен ниже.

В настоящее время для большинства вычислительных машин основной системой счисления является двоичная. Двоичная система и двоичный алфавит используются во многих машинах для представления и хранения чисел и команд и при выполнении арифметических и логических операций.

Восьмеричная и шестнадцатеричная системы используются при составлении программ для более короткой и удобной записи двоичных кодов — команд, так как эти системы не требуют специальных операций для перевода в двоичную систему.

Числовые данные, необходимые для решения задачи, вводятся в машину обычно в десятичной системе в виде специальных кодов. Перевод десятичных чисел в двоичные выполняется машиной.

Результаты расчета выводятся из машины в десятичной системе. Перевод данных из двоичной системы в десятичную производится машиной.

При выводе из запоминающего устройства команд они печатаются в шестнадцатеричной (восьмеричной) системе. Числа также могут выводиться в шестнадцатеричной (восьмеричной) системе.

Двоичная арифметика

Правила выполнения арифметических действий над двоичными числами задаются таблицами двоичных сложения, вычитания и умножения:

Правила арифметики во всех позиционных системах аналогичны. Поэтому сложение двух чисел в двоичной системе можно выполнять столбиком, начиная с младшего разряда, подобно тому, как мы это делаем в десятичной системе. В каждом разряде в соответствии с правилами, указанными таблицей двоичного сложения, производится сложение двух цифр слагаемых или двух этих цифр и единицы, если имеется перенос из соседнего младшего разряда. В результате получается цифра соответствующего разряда суммы и, возможно, также единица переноса в старший разряд. Приведем пример на сложение двух двоичных чисел.

Переносы:

Справа показано сложение тех же чисел, представленных в десятичной системе.

Вычитание чисел в двоичной системе выполняется подобно вычитанию в десятичной системе. При вычитании в данном разряде при необходимости занимается единица из следующего старшего разряда. Эта занимаемая единица равна двум единицам данного разряда. Занимание производится каждый раз, когда цифра в разряде вычитаемого больше цифры в том же разряде уменьшаемого. Поясним сказанное примером: