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數制與編碼

這一章主要講述的內容是在數字設備中進(jìn)行算術(shù)運算的基本知識--數制和一些常用的編碼。

1、1 進(jìn)位計數制

一:進(jìn)位計數制
它的概念描述為:把數劃分為不同的位數,逐位累加,加到一定數量之后,再從零開(kāi)始,同時(shí)向高位進(jìn)位
進(jìn)位計數制有三個(gè)要素
:數符、進(jìn)位規律和進(jìn)位基數。
什麼是進(jìn)位基數呢?
即計數制中每個(gè)數位所使用的數碼符號的總數,它又被稱(chēng)為進(jìn)位模數。
我們經(jīng)常把數用每位權值與該位的數碼相乘展開(kāi)。當某位的數碼為“1”時(shí)所表征的數值即該位的權值。
   
例1:
我們把十六進(jìn)制數N=(1FA3.B3)H按權展開(kāi)式子為?                                      
                N=1*163+15*162+10*161+3*160+11*16-1+3*16-2

二:常用的進(jìn)位計數制
我們用進(jìn)位計數制的三要素來(lái)描述一下二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制。如下表所示:

常用進(jìn)制 英文表示符號  數碼符號 進(jìn)位規律  進(jìn)位基數
二進(jìn)制 B 0、1 逢二進(jìn)一 2
八進(jìn)制 O 0、1、2、3、4、5、6、7 逢八進(jìn)一 8
十進(jìn)制 D 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 逢十進(jìn)一 10
十六進(jìn)制 H 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F 逢十六進(jìn)一 16 

1、2 數制轉換

一:其它進(jìn)制轉換為十進(jìn)制  
方法是:將其它進(jìn)制按權位展開(kāi),然后各項相加,就得到相應的十進(jìn)制數。

例1: N=(10110.101)B=(?)D
按權展開(kāi)N=1*24+0*23+1*22+1*21+0*20+1*2-1+0*2-2+1*2-3
        
=16+4+2+0.5+0.125 =(22.625)D

二:將十進(jìn)制轉換成其它進(jìn)制  

方法是: 它是分兩部分進(jìn)行的即整數部分小數部分。

整數部分:(基數除法)

把我們要轉換的數除以新的進(jìn)制的基數,把余數作為新進(jìn)制的最低位; 
把上一次得的商在除以新的進(jìn)制基數,把余數作為新進(jìn)制的次低位;            
繼續上一步,直到最后的商為零,這時(shí)的余數就是新進(jìn)制的最高位.
小數部分: (基數乘法)

把要轉換數的小數部分乘以新進(jìn)制的基數,把得到的整數部分作為新進(jìn)制小數部分的最高位
把上一步得的小數部分再乘以新進(jìn)制的基數,把整數部分作為新進(jìn)制小數部分的次高位;
繼續上一步,直到小數部分變成零為止?;蛘哌_到預定的要求也可以。

例2 : N=(68.125)D=(?)O
整數部分                         小數部分
                  
(68.125)D=(104.1)O

三:二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制的相互轉換 

二進(jìn)制轉換為八進(jìn)制、十六進(jìn)制:它們之間滿(mǎn)足23和24的關(guān)系,因此把要轉換的二進(jìn)制從低位到高位每3位或4位一組,高位不足時(shí)在有效位前面添“0”,然后把每組二進(jìn)制數轉換成八進(jìn)制或十六進(jìn)制即可
八進(jìn)制、十六進(jìn)制轉換為二進(jìn)制
時(shí),把上面的過(guò)程逆過(guò)來(lái)即可。
例3:N=(C1B)H=(?)B
(C1B)H=1100/0001/1011=(110000011011)B 

1、3 二進(jìn)制數的算術(shù)運算

 

一:二進(jìn)制的四則運算
二進(jìn)制也可以進(jìn)行四則運算,它的運算規則如下所示:

加運算 0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=10        逢2進(jìn)1
減運算 1-1=0,1-0=1,0-0=1,0-1=1(向高位借1當2)
乘運算 0*0=0,0*1=0,1*0=0,1*1=1
除運算 二進(jìn)制只有兩個(gè)數(0,1),因此它的商是1或0.
例1:求(1011101)B與(0010011)B之和 例2: 求(1101)B與(0101)B的乘積

通過(guò)例(1)我們再來(lái)介紹兩個(gè)概念:半加和全加。

半加是最低位的加數和被加數相加時(shí),不考慮低位向本位進(jìn)位。
全加是加數和被加數相加時(shí),我們還要考慮低位向本位的進(jìn)位。

1、4 數的原碼、反碼及補碼

一:數的表示形式
 在生活中表示數的時(shí)候一般都是把正數前面加一個(gè)“+”,負數前面加一個(gè)“-”,但是在數字設備中,機器是不認識這些的,我們就把“+”用“0”表示,“-”用“1”表示。原碼、反碼和補碼。這三種形式是怎樣表示的呢?如下所示:

真值 原碼 反碼 補碼

例1:求+12和-12八位原碼、反碼、補碼形式
它們的原碼分別為[+12]=00001100[-12]=100011      
它們的反碼分別為[+12]*=00001100
[-12]*=(28-1)+(-1100)=11110011 
它們的補碼分別為[+12]**=00001100
[-12]**=28+(-1100)=11110100

正數 +X 0X 0X 0X
負數 -X 1X (2n-1)+X 2n+X

二:原碼、反碼及補碼的算術(shù)運算
因為這三種數碼表示法的形成規則不同,所以算術(shù)運算方法也不相同。

原碼與我們的日常中算術(shù)運算相同。
反碼
先轉換為反碼形式,再進(jìn)行加減運算。它的減法可以按A+[-B]的形式進(jìn)行.
補碼
先轉換為補碼形式,再進(jìn)行加減運算,其減法可以按A+[-B]進(jìn)行.

三:溢出及補碼運算中溢出的判斷
 
溢出可以描述為運算結果大于數字設備的表示范圍。這種現象應當作故障處理。
   判斷溢出是根據最高位的進(jìn)位來(lái)判斷的。

1、5 編碼

一:二——十進(jìn)制(BCD)碼

    用二進(jìn)制碼表示的十進(jìn)制數,就稱(chēng)為BCD碼。它具有二進(jìn)制的形式,還具有十進(jìn)制的特點(diǎn)它可作為人們與數字系統的聯(lián)系的一種間表示。BCD碼分為有權和無(wú)權編碼。

(1)有權BCD碼:每一位十進(jìn)制數符均用一組四位二進(jìn)制碼來(lái)表示,而且二進(jìn)制碼的每一位都有固定權值.下面我們用表列出幾種常見(jiàn)的編碼:

 十進(jìn)制數

常見(jiàn)的編碼 8421 5421 2421 631-1 余3碼 7321
0 0000 0000 0000 0000 0011 0000
1 0001 0001 0001 0010 0100 0001
2 0010 0010 1000 0101 0101 0010
3 0011 0011 1001 0100 0110 0011
6 0110 1001 1100 1000 1001 0111
8 1000 1011 1110 1101 1011 1001
9 1001 1100 1111 1100 1100 1010

(2)無(wú)權BCD碼:二進(jìn)制碼中每一位都沒(méi)有固定的權值。
二: 奇偶校驗碼

    在數據的存取、運算和傳送過(guò)程中,難免會(huì )發(fā)生錯誤,把“1”錯成“0”或把“0”錯成“1”。奇偶校驗碼是一種能檢驗這種錯誤的代碼。它分為兩部分;信息位和奇偶校驗位。
   有奇數個(gè)“1”稱(chēng)為奇校驗,有偶數個(gè)“1”則稱(chēng)為偶校驗。

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