Восьмеричная система счисления - правила и примеры решений

Общие сведения

Во время изобретения персонального компьютера (ПК) или ЭВМ использовался определенный язык представления данных, который существенно отличался от десятичной системы счисления. Последняя используется человеком при ведении расчетов и является самой удобной.

Кодирование данных в современных ЭВМ осуществляется за счет элементов (транзисторов) в интегральных микросхемах. За основу взят полупроводниковый переход, который может быть закрытым или открытым. Следует отметить, что режим «насыщения», присущий радиодетали, не используется. Если он открыт, то в триггер (память) записывается единица, а в противном случае — нуль. В результате этого кодирование осуществляется в двоичном коде (0 или 1), основанием которого является цифра «2».

Для кодирования больших массивов информации использовать двоичную систему счисления не всегда удобно, поскольку количество транзисторов может быть огромным, а устройство будет значительно греться. Чтобы этого избежать, была придумана восьмеричная система счисления.

Для выполнения операции конвертации десятичной системы исчисления в восьмеричный код необходимы некоторые базовые знания. К ним относятся:

1. Отличительная особенность числа от цифры.
2. Виды систем представления информации.
3. Понятие о двоичном коде.
4. Алгоритм или методика перевода в восьмеричную систему представления.
5. Примеры решения задач.

Специалисты в области информационных технологий рекомендуют разбирать базовые понятия в последовательности, состоящей из пяти шагов.

Число и цифра

При расчетах и выражении количественных характеристик процесса или явления применяются определенные математические символы — числа. Они состоят из разрядной сетки. Каждый ее элемент — цифра, которая принимает значения, в зависимости от выбранной системы счисления (СС). Например, для десятичной используется диапазон от 0 до 9, а девятеричная состоит из интервала с минимальной величиной, равной 0, а максимальной — 8.

Цифра — математический знак, используемый для построения более сложных конструкций. Например, с его помощью можно записать значения различных типов (четырехзначные, пятизначные). Любое число состоит из разрядной сетки, элементами которой и являются математические символы.

При выполнении различных математических операций нужно следить за одинаковыми разрядами. Например, недопустимо складывать сотни и тысячи, поскольку это действие приведет к ошибочным вычислениям. Далее следует разобрать системы представления информации и их примеры.

Виды числовых представлений

Для правильного перевода чисел из одной СС в другую необходимо разобрать классификацию форм представления информации. Они бывают двух типов, в зависимости от расположения цифр:

1. Зависимые (позиционные).
2. Независимые (непозиционные).

В первом случае значение числа зависит от расположения или комбинации цифр. Этот факт очень просто доказывается на примере обычной десятичной формы представления величины. Например, 25 и 52 - два разных значения. Если бы расположение разрядов не учитывалось, при разности этих двух величин получился нуль. Позиционными СС являются двоичный, восьмеричный и шестнадцатеричный коды. В них также есть разрядная сетка.

Независимыми от расположения разрядов называются непозиционные СС. Примером одной из них является унарная форма записи числа. Суть ее заключается в эквивалентности символа какому-либо значению. Например, на предприятиях применяются обыкновенные «крестики» для подсчета количества рабочих дней сотрудников. Каждый символ эквивалентен единице.

На уроках математики в начальных классах также применяется инструмент — счетные палочки. Последние помогают ученикам развивать навык устного счета и являются компонентами непозиционной СС. С их помощью возможно выполнять операции суммы, разности, а также произведения и деления.

Следует отметить, что не во всех случаях один символ может соответствовать единице. Это могут быть десятки, сотни и даже тысячи. Для расчетов при помощи непозиционной СС можно придумать собственные обозначения, как это сделано в римских цифрах. Однако при этом существуют определенные недостатки:

1. Сложность работы с большими числами.
2. Затрудненный перевод в десятичную и обратно.
3. Невозможно работать с дробными величинами (сложение, вычитание, умножение и деление).
4. Операции возведения в степень и изъятия корня невозможны.

Достоинством считается сокращение времени записи величины, которая постоянно изменяется. Например, при подсчете количества выходов персонала достаточно поставить крестик или палочку, и это делается без исправлений. В случае с десятичной СС исправлений избежать невозможно.

Чтобы выполнить перевод в восьмеричную систему счисления, необходимо ознакомиться с методикой конвертации десятичной формы в двоичное кодовое представление.

Двоичная кодировка

Для преобразования десятичной величины в двоичную IT-специалистами были разработаны специальные правила или алгоритмы. К ним относятся столбик и степень. Каждому начинающему IT-специалисту необходимо выбрать оптимальную методику преобразования одной формы числа в другую. Каждый из способов удобен в конкретной ситуации. Можно также применять сразу 2 — один для решения, а другой — для проверки результата. Необходимо разобрать каждую методику подробно с практической реализацией алгоритма.

Метод «столбик»

Первый способ получил широкое применение, поскольку для его выполнения требуется минимум знаний в математической сфере. Он имеет следующий вид:

1. Анализ числа на четность и нечетность.
2. Запись нуля в первом случае и единицы — во втором.
3. Выделение результата (снизу вверх).

Реализация алгоритма проверяется на практическом примере. Для этого требуется решить задачу конвертации числа из десятичной СС в другую, перевод 167{10} в {2}. Решение имеет следующий вид:

1. 167/2 ->1.
2. 83/2 ->1.
3. 41/2 ->1.
4. 20/2 ->0.
5. 10/2 ->0.
6. 5/2 ->1.
7. 2/2 ->0.
8. -> 1 (остаток).
9. 10100111{2}.

Обратный алгоритм конвертации из двоичной в десятичную форму представления величины основан на соответствии значений степенным показателям двойки. Разбиение на разрядную сетку осуществляется справа налево. Методика имеет такой вид:

1. Искомое двоичное представление.
2. Запись справа налево. Если есть единица, существует двойка в заданной степени. В противном случае — необходимо указывать 0.
3. Просуммировать все степени.
4. Записать окончательный результат.

Реализация методики проверяется на практическом примере — следует взять двоичный код из предыдущего задания, т. е. 10100111. Алгоритм нахождения десятичной формы имеет следующий вид:

1. 10100111{2}.
2. 1*[2^7] 0*[2^6] 1*[2^5] 0*[0^4] 0*[0^3] 1*[2^2] 1*[2^1] 1*[2^0].
3. Если сложить все коэффициенты, получится значение, которое равно 167.
4. 167{10}.

Переводить системы счисления в другие формы представления возможно при помощи различных онлайн-сервисов. Для этого требуется указать исходную форму числа, а затем конечную. Однако действия рекомендуется совершать только для проверки результата решения задачи.

Способ степени

Для конвертации в двоичный код также применяется метод степени. Суть его заключается в представлении числа в виде отдельных элементов с основанием "2" и некоторым показателем. Алгоритм в этом случае выглядит таким образом:

1. Найти наибольшую степень, записав в высший разряд "1".
2. Отнять от искомого числа величину, полученную на первом шаге.
3. Повторить действия первого и второго пунктов.

Как и во всех остальных случаях, рекомендуется разобрать алгоритм на практическом примере. Решение задачи для числа "167" имеет такой вид:

1. Максимальная степень: 2^7<167<2^8 -> 2^7=128 (1).
2. 167-128=39.
3. 2^6 ->0 (нет).
4. МАХ: 2^5<39<2^6 -> 2^5=32 ->1.
5. 39-32=7.
6. 2^4 ->0 (нет).
7. 2^3 ->0 (нет).
8. MАХ: 2^2<7<2^3 -> 2^2=4 ->1.
9. 7-4=3.
10. MAX: 2^1<3<2^2 -> 2^1=2 ->1.
11. 3-2=1.
12. 2^0=1 ->1.
13. Результат: 10100111.

Однако операция преобразования является вспомогательной. Она применяется для дальнейшей конвертации в восьмеричную СС.

Восьмеричная система

Восьмеричная форма представления чисел состоит из основания-восьмерки и триады. Совокупность последних образуют любые значения. Для кодирования информации в этом случае применяется меньше регистров памяти. Этого нельзя сказать о двоичном коде.

Для восьмеричного представления применяются цифры от 0 до 7 (всего 8). Многие новички часто путают ее с шестнадцатеричной СС, в которой содержатся символы латинского алфавита. При выполнении операций конвертации специалисты рекомендуют ознакомиться со списком (таблицей) восьмеричной системы:

1. 0 -> 000.
2. 1 -> 001.
3. 2 -> 010.
4. 3 -> 011.
5. 4 -> 100.
6. 5 -> 101.
7. 6 -> 110.
8. 7 -> 111.

Он поможет перевести любое числовое сообщение. Для удобства IT-специалисты рекомендуют составить презентацию или записать на лист плотной бумаги перекодировку списка. Заучивать коды нет необходимости, поскольку достаточно решать примеры (информация отложится в памяти). Алгоритм кодирования очень прост:

1. Написать величину в десятичной форме.
2. Перевести ее в двоичный код одним из методов.
3. Разделить двоичную форму на триады (сгруппировать по 3 элемента, начиная справа). Если разрядов не хватает, нужно дописать нули слева (это не влияет на значение).
4. Декодировать каждую группу, воспользовавшись списком.
5. Записать окончательный результат, указав, что величина записана в восьмеричной форме.

После ознакомления с методикой преобразования нужно проверить ее реализацию на примере. Требуется выяснить, значение 167 {10}. Это делается довольно просто:

1. 167{10}.
2. Из вышеописанных примеров: 1111011{2}.
3. {001}{111}{011}.
4. {1}{7}{3}
5. 173{8}.

Обратное декодирование выполняется по такой методике:

1. Записывается форма: 173{8}.
2. Разделяется на группы: {1}{7}{3}.
3. Декодируется каждый компонент: {001}{111}{011}.
4. Окончательный результат без учета группировочных символов и лишних разрядов: 1111011{2}.
5. Переводится в десятичную СС: 167{10}.

На начальных этапах обучения рекомендуется четко следовать по пунктам методики. Однако через некоторое время последние можно опускать.

Таким образом, восьмеричная система применяется для кодирования больших массивов информации, при котором может быть задействовано минимальное количество регистров запоминающего устройства персонального компьютера.