Теория и основы систем счисления

Полное руководство по пониманию различных систем счисления, их свойств и применению в вычислениях

Что такое системы счисления?

Система счисления - это систематический способ представления чисел с использованием символов или цифр. Значение каждой цифры в числе зависит от:

  • Самой цифры
  • Её позиции в числе
  • Основания системы счисления

Ключевое понятие: Основание (Радикс)

Основание системы счисления определяет, сколько различных цифр доступно и значение каждой позиции. Например:

  • Основание 10 (Десятичная): 10 цифр (0-9)
  • Основание 2 (Двоичная): 2 цифры (0-1)
  • Основание 16 (Шестнадцатеричная): 16 цифр (0-9, A-F)

Позиционная нотация

В позиционной нотации значение цифры определяется её позицией в числе. Каждая позиция представляет степень основания.

Общая формула

dₙdₙ₋₁...d₂d₁d₀ = dₙ×bⁿ + dₙ₋₁×bⁿ⁻¹ + ... + d₂×b² + d₁×b¹ + d₀×b⁰

Где:

  • dᵢ = digit at position i
  • b = base of the number system
  • i = position (0 for rightmost digit)
Пример десятичной: 325₁₀

3×10² + 2×10¹ + 5×10⁰ = 300 + 20 + 5 = 325

Пример двоичной: 1011₂

1×2³ + 0×2² + 1×2¹ + 1×2⁰ = 8 + 0 + 2 + 1 = 11

Десятичная система (основание 10)

Свойства

  • Основание: 10
  • Цифры: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
  • Значения позиций: ..., 1000, 100, 10, 1

Использование

  • Повседневный счет и математика
  • Финансовые расчеты
  • Научные измерения

Двоичная система (основание 2)

Свойства

  • Основание: 2
  • Цифры: 0, 1
  • Значения позиций: ..., 16, 8, 4, 2, 1

Использование

  • Цифровая электроника и компьютеры
  • Булева алгебра
  • Хранение и обработки данных

Ключевые понятия двоичной системы

Bit

Одна двоичная цифра (0 или 1)

Byte

8 бит (может представлять 256 значений)

Word

Группа битов, обрабатываемых вместе (16, 32 или 64 бита)

Шестнадцатеричная система (основание 16)

Свойства

  • Основание: 16
  • Цифры: 0-9, A-F
  • Значения позиций: ..., 4096, 256, 16, 1

Использование

  • Компьютерное программирование
  • Адреса памяти
  • Цветовые коды в веб-дизайне
  • Отладка и низкоуровневое программирование

Шестнадцатеричные цифры

Шестнадцатеричное Десятичный Двоичный Шестнадцатеричное Десятичный Двоичный
000000881000
110001991001
220010A101010
330011B111011
440100C121100
550101D131101
660110E141110
770111F151111

Восьмеричная система (основание 8)

Свойства

  • Основание: 8
  • Цифры: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
  • Значения позиций: ..., 512, 64, 8, 1

Использование

  • Права доступа к файлам в Unix
  • Исторические вычислительные системы
  • Цифровые дисплеи

Методы преобразования

Из любой системы в десятичную

Используйте позиционную нотацию:

dₙ×bⁿ + dₙ₋₁×bⁿ⁻¹ + ... + d₁×b¹ + d₀×b⁰

Из десятичной в любую систему

Используйте повторное деление:

  1. Разделите число на целевое основание
  2. Запишите остаток
  3. Повторяйте с частным до 0
  4. Прочитайте остатки в обратном порядке

Двоичная ⇄ Шестнадцатеричная

Группируйте двоичные цифры в наборы по 4:

1101 0111₂ = D7₁₆

Двоичная ⇄ Восьмеричная

Группируйте двоичные цифры в наборы по 3:

101 110 011₂ = 563₈

Применение в реальном мире

💻

Архитектура компьютера

Двоичная система фундаментальна для операций ЦП, адресации памяти и цифровых логических схем.

🎨

Веб-дизайн

Шестнадцатеричные цвета: #RRGGBB, где каждая пара представляет интенсивность красного, зеленого и синего.

🔐

Права доступа к файлам

Unix использует восьмеричную нотацию для прав доступа к файлам: 755 = rwxr-xr-x

🌐

Сети

IP-адреса, маски подсети и MAC-адреса часто используют шестнадцатеричное представление.

📊

Представление данных

Все данные в компьютерах в конечном счете хранятся и обрабатываются в двоичном формате.

🐞

Отладка

Шестнадцатеричная система используется в дампах памяти и низкоуровневой отладке для компактного представления.

🛠️ Бесплатные умные инструменты

Русский Русский