Книга Код. Тайный язык информатики, страница 17 – Чарльз Петцольд

3 × 4ДЕСЯТЬ +

2 × 1ДЕСЯТЬ.

Что равнозначно записи:

31 232ЧЕТЫРЕ = 3 × 10 000ЧЕТЫРЕ +

1 × 1000ЧЕТЫРЕ +

2 × 100ЧЕТЫРЕ +

3 × 10ЧЕТЫРЕ +

2 × 1ЧЕТЫРЕ.

А это то же самое, что и:

31 232ЧЕТЫРЕ = 3 × 44 +

1 × 43 +

2 × 42 +

3 × 41 +

2 × 40.

Если мы выполним вычисления в десятичной системе счисления, то обнаружим, что 31 232ЧЕТЫРЕ — это 878ДЕСЯТЬ.

Теперь мы сделаем еще один прыжок, на этот раз окончательный. Представьте, что мы дельфины и можем использовать для подсчета два плавника. В данном случае мы имеем дело с системой счисления с основанием 2, или двоичной, или, иначе, бинарной (от лат. binary — «двойной», «состоящий из двух частей»). Понятно, что у нас будет только две цифры: 0 и 1.

С нулем и единицей мало что можно сделать, и, чтобы привыкнуть к двоичным числам, требуется практика. Проблема в том, что сразу заканчиваются цифры. Например, на следующем рисунке показано, как дельфин считает на плавниках.

Да, в двоичной системе счисления за 1 следует 10. Это странно, однако это не должно удивлять. Независимо от того, какую систему счисления мы используем, всякий раз, когда у нас заканчиваются отдельные цифры, первое двузначное число всегда 10. В двоичной системе счисления мы считаем:

0, 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111, 10000, 10001…

Эти числа могут показаться большими, но на самом деле это не так. Скорее, двоичные числа очень быстро становятся длинными, а не большими.

Количество голов у людей — 1ДЕСЯТЬ, или 1ДВА.

Количество плавников у дельфинов — 2ДЕСЯТЬ, или 10ДВА.

Количество чайных ложек в столовой ложке — 3ДЕСЯТЬ, или 11ДВА.

Количество сторон у квадрата — 4ДЕСЯТЬ, или 100ДВА.

Количество пальцев на одной человеческой руке — 5ДЕСЯТЬ, или 101ДВА.

Количество конечностей у насекомых — 6ДЕСЯТЬ, или 110ДВА.

Количество дней в неделе — 7ДЕСЯТЬ, или 111ДВА.

Количество музыкантов в октете — 8ДЕСЯТЬ, или 1000ДВА.

Количество планет в Cолнечной системе, включая Плутон, — 9ДЕСЯТЬ, или 1001ДВА.

Количество центнеров в тонне — 10ДЕСЯТЬ, или 1010ДВА.

В двоичном числе, состоящем из большого количества цифр, позиции знаков соответствуют степени двойки.

Таким образом, каждый раз, когда встречаем двоичное число, состоящее из единицы и следующих за ней нулей, мы понимаем, что это число соответствует какой-либо из степеней двойки. Эта степень равна количеству нулей в этом двоичном числе. Вот наша расширенная таблица степеней двойки, демонстрирующая такое правило.

Допустим, у нас есть двоичное число 101101011010. Его можно записать так:

101101011010ДВА = 1 × 2048ДЕСЯТЬ +

0 × 1024ДЕСЯТЬ +

1 × 512ДЕСЯТЬ +

1 × 256ДЕСЯТЬ +

0 × 128ДЕСЯТЬ +

1 × 64ДЕСЯТЬ +

0 × 32ДЕСЯТЬ +

1 × 16ДЕСЯТЬ +

1 × 8ДЕСЯТЬ +

0 × 4ДЕСЯТЬ +

1 × 2ДЕСЯТЬ +

0 × 1ДЕСЯТЬ.

Или:

101101011010ДВА = 1 × 211 +

0 × 210 +

1 × 29 +

1 × 28 +

0 × 27 +

1 × 26 +

0 × 25 +

1 × 24 +

1 × 23 +

0 × 22 +

1 × 21 +

0 × 20.

Если просто сложить все слагаемые в десятичной системе, получим 2048 + 512 + 256 + 64 + 16 + 8 + 2, что составляет 2906ДЕСЯТЬ.

Для более легкого преобразования двоичных чисел в десятичные можно использовать следующую схему.

Эта схема позволяет конвертировать числа, содержащие до восьми двоичных разрядов; ее можно легко расширить. Введите до восьми цифр в восемь верхних полей, по одной цифре в каждый квадрат. Выполните восемь операций умножения и введите их результаты в восемь нижних полей. Сложите числа в этих восьми полях для получения окончательного результата. Этот пример демонстрирует процесс нахождения десятичного эквивалента двоичного числа 10010110.

Преобразовать десятичные числа от 0 до 255 в двоичные не так просто, однако вы можете использовать следующую схему.

Процесс преобразования сложнее, чем кажется, поэтому внимательно следуйте указаниям. Поместите десятичное число (меньшее или равное 255) в верхний левый квадрат. Разделите это число (делимое) на первый делитель (128), как показано на схеме. Поместите целую часть в нижнее поле (левый нижний квадрат), а остаток от деления — в поле справа (второй квадрат в верхнем ряду). Этот первый остаток является делимым, которое будет участвовать в следующей операции деления, где в качестве делителя используется число 64.

Помните, что каждая целая часть будет равна либо 0, либо 1. Если делимое меньше делителя, то целая часть от деления будет равна 0, а остаток — самому делимому. Если делимое больше или равно делителю, то целая часть от деления будет равна 1, а остаток — разности между делимым и делителем. Вот как преобразуется число 150.

Если вам нужно сложить или перемножить два двоичных числа, вероятно, будет легче выполнить вычисления в двоичной системе, не преобразуя числа в десятичные. Это должно понравиться. Представьте, как быстро вы могли бы освоить сложение, если бы потребовалось запомнить только это.