进 位 计 数 制

    数制是人们对数量计数的一种统计规律。日常生活中广泛使用的是十进制,而数字系统中使用的是二进制。
    十进制中采用了0、1、…、9共十个基本数字符号,进位规律是“逢十进一”。当用若干个数字符号并在一起表示一个数时,处在不同位置的数字符号,其值的含意不同。 如:

    同一个字符5从左到右所代表的值依次为500、50、5。即
                 (555)10 = 5×102+5×101+5×100
     
    广义地说,一种进位计数制包含着基数位权两个基本的因素.

    基数: 指计数制中所用到的数字符号的个数。在基数为R的计数制中,包含0、1、…、R-1共R个数字符号,进位规律是“逢R进一”,称为R进位计数制,简称R进制。

    位权: 是指在某一种进位计数制表示的数中,用来表明不同数位上数值大小的一个固定常数。不同数位有不同的位权,某一个数位的数值等于这一位的数字符号乘上与该位对应的位权。R进制数的位权是R的整数次幂。例如,十进制数的位权是10的整数次幂,其个位的位权是100,十位的位权是101……
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    一个R进制数N可以有两种表示方法:
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    并列表示法(又称位置计数法),其表达式为

             
(N)R=(Kn-1Kn-2…K1K0.K-1…K-m) 

    多项式表示法(又称按权展开法),其表达式为

(N)R =Kn-1×Rn-1+Kn-2×Rn-2+…+K1×R1+K0×R0+K-1×R-1+…+K-m×R-m
  n-1
=∑ Ki×Ri
  i=-m

    其中,R表示基数;n为整数部分的位数;m为小数部分的位数;KiR进制中的一个数字符号,其取值范围为0≤Ki≤R-1(-m≤i≤n-1)。

    可归纳注意,R进制的特点如下:

    ● 有0、1、┄、R-1共R个数字符号;

    ● “逢R进一”,“10”表示R;

    ● 位权是R的整数次幂,第i位的位权Ri

    一、二进制

 
   基数R=2的进位计数制称为二进制。二进制数中只有0和1两个基本数字符号,进位规律是“逢二进一”。二进制数的位权是2的整数次幂。
    任意一个二进制数N可以表示成

(N)2 =(Kn-1Kn-2…K1K0.K-1…K-m)2
=Kn-1×2n-1+Kn-2×2n-2+…+K1×21+K0×20+K-1×2-1+…+K-m×2-m
   n-1
= ∑ Ki×2i
  i=-m 

    其中,n为整数位数;m为小数位数;Ki为0或者1,-m≤i≤n-1。
    例如,一个二进制数
1011.01可以表示成
     
(1011.01)2 = 1×23+0×22+1×21+1×20+0×2-1+1×2-2

    二进制数的运算规则如下:

加法规则 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0(进位为1)
减法规则 0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1(借位为1)
乘法规则 0×0=0 0×1=0 1×0=0 1×1=1
除法规则 0÷1=0 1÷1=1    

    例如,二进制数A=11001,B=101,则A+B、A-B、A×B、A÷B的运算为


    二进制的优点: 运算简单、物理实现容易、存储和传送方便、可靠。
   
因为二进制中只有0和1两个数字符号,可以用电子器件的两种不同状态来表示一位二进制数。例如,可以用晶体管的截止和导通表示1和0,或者用电平的高和低表示1和0等。所以,在数字系统中普遍采用二进制。

     二进制的缺点:数的位数太长且字符单调,使得书写、记忆和阅读不方便。
   
为了克服二进制的缺点,人们在进行指令书写、程序输入和输出等工作时,通常采用八进制数和十六进制数作为二进制数的缩写。

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    二、八进制

    基数R=8的进位计数制称为八进制。八进制有0、1、…、7共8个基本数字符号,进位规律是“逢八进一”。八进制数的位权是8的整数次幂。

(N)8 =(Kn-1Kn-2…K1K0.K-1…K-m)8
=Kn-1×8n-1+Kn-2×8n-2+…+K1×81+K0×80+K-1×8-1+…+K-m×8-m
  n-1
=∑ Ki×8i
  i=-m

    其中,n为整数位数,m为小数位数,Ki表示0~7中的任何一个字符,-m ≤i≤ n-1

    三、十六进制

    基数R=16的进位计数制称为十六进制。十六进制数中有0、1、…、9、A、B、C、D、E、F共16个数字符号,其中,A~F分别表示十进制数的10~15。进位规律为“逢十六进一”十六进制数的位权是16的整数次幂。任意一个十六进制数N可以表示成

(N)16 =(Kn-1Kn-2…K1K0.K-1…K-m)16
=Kn-1×16n-1+Kn-2×16n-2+…+K1×161+K0×160+K-1×16-1+…+K-m×16-m
 n-1
=
Ki×16i
i=-m

    其中,n为整数位数,m为小数位数,Ki表示0~9及A~F中的任何一个字符,-m≤i≤n-1

    表1.3列出了与十进制数0~15对应的二进制数、八进制数、十六进制数。


表1.3 十进制数与二、八、十六进制数对照表

 十进制  二进制  八进制  十六进制  十进制  二进制  八进制  十六进制
0 0000 00 0
1 0001 01 1
2 0010 02 2
3 0011 03 3
4 0100 04 4
5 0101 05 5
6 0110 06 6
7 0111 07 7
8 1000 10 8
9 1001 11 9
10 1010 12 A
11 1011 13 B
12 1100 14 C
13 1101 15 D
14 1110 16 E
15 1111 17 F

       

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