Позиционные системы счисления

Для изображения чисел в настоящее время используются в основном позиционные системы счисления. В позиционной системе счисления один и тот же знак может означать различные числа в зависимости от места (позиции), занимаемого этим знаком в записи числа.

Принцип построения позиционных систем можно проиллюстрировать на примере десятичной системы счисления. Она была изобретена в Индии примерно 1500 лет тому назад, затем ее заимствовали арабы и уже через арабские страны пришла в Европу.

В этой системе для записи любых чисел используется только 10 различных знаков (цифр): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Эти цифры введены и для обозначения десяти последовательных целых чисел, начиная с 0 и кончая 9. Обозначая число «десять» символом 10, не введено в употребление никаких новых знаков, а использованы уже имеющиеся. Однако, введением этого обозначения сделан важный шаг в построении системы счисления, а именно: значение каждой из цифр поставлено в зависимость от того места, где она стоит в изображении числа.

Десятичная система счисления оттого и называется позиционной, что значение каждой цифры изменяется в зависимости от ее положения (позиции) в последовательности цифр, изображающих это число.

Такая система записи чисел основана на том, что десять единиц каждого разряда объединяются в одну единицу соседнего, более старшего разряда, а число 10 называется основанием десятичной позиционной системы счисления. Так, например, в записи числа 235622 цифра 2 повторена трижды, но обозначает она различные числа. Последовательность цифр 235622 представляет собой сокращенную запись выражения:

2 · 105 + 3 · 104 + 5 · 103 + 6 · 102 + 2 · 101 + 2 · 100.

Аналогичным образом десятичная запись произвольного числа х, записанная в виде последовательности цифр (черта сверху позволяет отличить эту запись от произведения этих чисел), основана на представлении этого числа в виде многочлена:

х = аn · 10n + аn – 1 · 10n-1 + …+ а1 · 10 1 + а0 · 100, где каждый из коэффициентов аi (i = n, …, 0), может быть одним из чисел, для обозначения которых введены специальные знаки.

Десятичная система счисления является самой распространенной, но вовсе не единственно возможной позиционной системой счисления. На таких же принципах основываются и другие позиционные системы счисления с любым (целым) основанием р (р > 1), использующие р различных цифр

аi (аi = 0, 1, 2, 3, ... , (р – 1 )).

Число р единиц какого-либо разряда, объединяемых в единицу соседнего более старшего разряда, называют основанием позиционной системы счисления, а сама система счисления называется
р-ичной. Так, если р = 2, то – двоичной, если р = 3 – троичной, если
р = 8 – восьмеричной.

Запись произвольного натурального числа т в позиционной системе счисления с основанием р основывается на представлении этого числа в виде многочлена:

т = аn рn + аn-1 р n-1 + ... + а2 р 2 + а1 р + а0, где коэффициенты принимают значения 0, 1, 2, …, p – 1 и an ≠ 0. Например, в восьмеричной системе счисления число

230673 = 2 · 85 + 3 · 84 + 0 · 83 + 6 · 82 + 7 · 8 + 3.

Арифметические действия в любой позиционной системе счисления выполняются по тем же правилам, что и в десятичной системе счисления. При этом нужно пользоваться теми таблицами сложения и умножения, которые имеют место при данном конкретном основании р. Систему счисления, в которой записано число, указывают индексом, например, 100112, причем читать его следует так: «Один, ноль, ноль, один, один в двоичной системе счисления».

Среди различных позиционных систем в настоящее время особое место занимают две системы: восьмеричная и двоичная системы счисления.