Двоичная арифметика
план-конспект урока по информатике и икт (10 класс)

Бабушкина Людмила Витальевна

Предлагаемый материал дает основы двоичной арифметики, представление об операциях с использованием прямого, обратного и дополнительного кодов  

Скачать:

ВложениеРазмер
Файл dvoichnaya_arifmetika.docx23.9 КБ

Предварительный просмотр:

Урок «Двоичная арифметика»

Цели:  знать основы двоичной арифметики; иметь представление об использовании различных кодов для осуществления арифметических действий с помощью технических средств; уметь осуществлять операции с помощью обратного и дополнительного кодов.

Ход урока

  1. Организационный момент
  2. Актуализация знаний

Перечислите способы представления чисел в памяти компьютера. (Для представления рациональных чисел используются два способа: с фиксированной и плавающей запятой.)

Назовите основные различия в способах представления чисел в  компьютере. (Для чисел с фиксированной запятой каждому разряду ячейки памяти соответствует всегда один и тот же разряд числа, а запятая находится справа после младшего разряда, то есть вне разрядной сетки. Для чисел с плавающей запятой   и  для их младших разрядов оставляют достаточное количество места за счет незначащих старших разрядов.)

 Какие операции могут осуществляться над числовыми данными? (Над числовыми данными могут осуществляться арифметические действия.)

  1. Теоретический материал урока

Вспомним, что мы знаем о двоичной системе. Любая информация в памяти представляется в памяти компьютера в виде двоичных кодов фиксированной или переменной длины. Отдельные элементы двоичного кода, имеющие значение 0 или 1, называют разрядами или битами. Двоичный код, состоящий из 8 разрядов, называется байтом. Для записи двоичных чисел используется:

Байт 0

Байт 1

Байт 2

Байт 3

Байт 4

Байт 5

Байт 6

Байт 7

полуслово

полуслово

полуслово

полуслово

слово

слово

Двойное слово

Действия над двоичными числами принято называть двоичной арифметикой. Она использует следующие правила, заданные таблицами сложения, вычитания и умножения:

Сложение

Вычитание

Умножение

0+0=0

0+1=1

1+0=1

1+1=10

0-0=0

0+1=1

10-1=1

1-1=0

0*0=0

0*1=0

1*0=0

1*1=1

Двоичная арифметика легла в основу машинной арифметики. Рассмотрим возможности двоичной арифметики с позиции ее технической реализации.

Для упрощения выполнения арифметических операций применяют специальные коды для представления чисел. Использование кодов позволяет свести операцию вычитания чисел к арифметическому сложению кодов этих чисел. Для этого применяются прямой, обратный и дополнительный коды чисел. Прямой код используется для представления положительных и отрицательных чисел в запоминающем устройстве компьютера, а также при умножении и делении. Обратный и дополнительный коды используются для замены операции вычитания операцией сложения, что упрощает  устройство арифметического блока процессора. Коды должны удовлетворять следующим требованиям:

разряды числа в коде должны быть жестко связаны с определенной разрядной сеткой;

для записи кода в разрядной сетке отводится фиксированный  разряд(7+1, первые  семь разрядов будут использоваться для представления числа, один - разряд для представления кода);

прямой код совпадает с двоичным представлением числа, если значение знакового разряда для положительных чисел равен 0, для отрицательных -1.

Пример. Пусть даны два двоичных числа 10011012  -10011012.представим эти числа в памяти компьютера.

Первое число:

0

1

0

0

1

1

0

1

Второе число:

1

1

0

0

1

1

0

1

Чем отличаются эти числа?

Отличаются первым разрядом. Знаковый разряд располагается слева и указывает на знак перед числом: положительное  - 0, отрицательное – 1.

Для положительных чисел представление числа с прямым, обратным, дополнительным кодом совпадают.

Для отрицательных чисел:

   При обратном коде все значения числа(кроме знакового разряда) инвертируются, то есть 1 заменяется - 0, и наоборот, вместо 0 - 1.

    При дополнительном коде к значению с обратным кодом добавляется единица.

Для числа  -10011012 имеем:

Прямой код:

1

1

0

0

1

1

0

1

Обратный код:

1

0

1

1

0

0

1

0

Дополнительный код:

1

1

0

0

1

1

1

0

Для арифметических операций удобнее использование записи  числа, когда знаковый разряд отделяется запятой.

Основные подходы при сложении с обратным  и дополнительным кодом:

при сложении чисел в дополнительном коде возникшая единица переноса в знаковом разряде отбрасывается;

при сложении чисел в обратном коде возникающая единица переноса в знаковом разряде прибавляется к младшему разряду суммы кодов;

 если результат арифметических действий является кодом отрицательного числа, его необходимо преобразовать в  прямой код. При этом обратный код преобразуется в прямой  заменой цифр во всех разрядах, кроме знакового, на противоположные. Дополнительный код преобразуется в прямой так же, как и обратный, с последующим прибавлением единицы к младшему разряду.

Пример. Сложить двоичные числа X   и   Y   в обратном и дополнительном кодах, если X=10112, Y=-1012

  1. Сложим числа по правилам двоичной арифметики.

10112 - 01012 =01102

  1. Получение обратного и дополнительного кодов

значение

Прямой код

Обратный код

Дополнительный код

x

0,0001011

0,0001011

0,0001011

y

1,0000101

1,1111010

1,1111011

  1. Сложение чисел с использованием кодов.

Сложение с обратным кодом:

0,0001011

+  0,1111010

  10,0000101

Переносим единицу в младший разряд и складываем:

0,0000101

+                  1

  0,0000110

Сложение в дополнительном коде:

0,0001011

+  0,1111011

  10,0000110

Единицу в знаковом разряде отбрасываем.

VI. Выполнение практического задания

  1. Записать число в прямом, обратном и дополнительном кодах:

а)1010;  б)-1010; в)-10101; г) -10011

2. Перевести x и y в прямой, обратный и дополнительный коды. Сложить их в обратном и дополнительном кодах. Результат перевести в прямой код. Проверить полученный результат, пользуясь правилами двоичной арифметики:

а) X=-1010     Y=1001111      б)   X=1110100     Y=-101101  

Домашнее задание  

  1.  Перевести числа в прямой код:  

а)100012;  б)-1001002; в)-10011012

2. преобразуйте прямой код в двоичное число:

а)1,11001;  б)0,100111; в)1,1001100


По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Урок "Двоичная арифметика"

Урок основан на использовании электронных образовательных ресурсов...

Двоичная сс. Двоичная арифметика

Разработка ученицы 11 класса...

Конспект урока по информатике на тему «Двоичная арифметика» 8 класс

Тип урока: изучение нового материала. Работа по презентации...

3. Двоичная арифметика. План урока

3. Двоичная арифметика. План урока...

Двоичная система счисления. Двоичная арифметика

Методическая разработка к уроку 8 Класс "Двоичная система счисления. Двоичная арифметика"...

Статья Опыт преподавания темы «Двоичная система счисления. Двоичная арифметика»

Тема «Двоичная система счисления. Двоичная арифметика» изучается в 8 классе в разделе «Математические основы информатики». Данная тема включает в себя рассмотрение двух аспекто...