Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ВИДЫ ДВОИЧНОГО КОДА В МИКРОПРОЦЕССОРАХ

Харченко А.Ю. 1
1 Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я. Горина
В данной статье рассказывается о видах двоичного кода в микропроцессорах. В памяти почти, что любого микропроцессора можно записать только символы '0' и '1'. Мы не можем опускать незначащие цифры, не можем применять степени, не можем выбирать произвольную длину двоичного числа. Для записи двоичных чисел в микропроцессорах были придуманы особые двоичные коды. При этом даже если они обладают одинаковой структурой, то могут различаться количеством допустимых бит. В микропроцессорах двоичные коды используются для представления любой обрабатываемой информации. При этом разрядность обрабатываемых чисел может превышать разрядность самого процессора и используемой в нём памяти. В этом случае длинное число может занимать несколько ячеек памяти и обрабатываться несколькими командами процессора. При обработке все ячейки памяти, выделенные под многобайтное число, рассматриваются как одно число. Кроме представления числовой информации в микропроцессорах часто требуется иметь возможность записывать текстовую информацию. Она может храниться на носителях информации в виде файлов, отображаться на устройствах вывода (дисплеях и индикаторах) или содержаться в теле рабочей программы.
микропроцессор
двоичный код
информация
числа
1. Виды двоичных кодов // URL: http://digteh.ru/proc/cod.php (дата обращения: 28.11.18).
2. Виды двоичных кодов // http://www.computer-museum.ru URL: http://www.computer-museum.ru/technlgy/proclect/mp/cod.htm (дата обращения: 28.11.18).
3. Двоичный код. Виды и длина двоичного кода. Обратный двоичный код. // fb.ru URL: http://fb.ru/article/133784/dvoichnyiy-kod-vidyi-i-dlina-dvoichnogo-koda-obratnyiy-dvoichnyiy-kod (дата обращения: 28.11.18).
4. Код Грея // dic.academic.ru URL: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/180238 (дата обращения: 28.11.18).
5. Основные определения цифровой и микропроцессорной техники // http://de.ifmo.ru URL: http://de.ifmo.ru/bk_netra/page.php?dir=3&tutindex=25&index=100&layer=1 (дата обращения: 28.11.18).
6. Целочисленные двоичные коды Беззнаковые двоичные коды // studfiles.net URL: https://studfiles.net/preview/4574842/page:5/ (дата обращения: 28.11.18).

Двоичные коды применяются в различных микропроцессорах с целью представления обрабатываемой ими информации. При всем этом разрядность обрабатываемых чисел иногда может быть выше разрядности самого процессора и используемой в нем памяти. В этом случае длинное число может занимать некоторое количество ячеек памяти и подвергаться обработке некоторыми командами процессора [1,2].

Двоичный шифр, как правило, представляет из себя форму записи данных в виде нулей и единиц. Эта система исчисления является позиционной с основанием 2. В наши дни бинарный код применяется в абсолютно всех без исключения цифровых приборах. Его популярность объясняется значительной безопасностью и несложностью данной формы записи. Бинарная арифметика достаточно элементарна, в соответствии с этим, её попросту реализовать на аппаратном уровне.

Цифровые электронные (логические) элементы в работе оперируют только лишь 2-мя состояниями: логической единицы в случае если есть ток и логического нуля в случае если нет тока, и исходя из данного считаются довольно надежными. Этим они практично отличаются от аналоговых компонентов, работа каковых основана на переходных процессах [3].

В связи с появившейся потребности предоставления той или иной информации, как правило, выделяют следующие разновидности бинарных кодов (ключей):

1) беззнаковые;

2) прямые целые знаковые коды;

3) знаковые обратные;

4) знаковые дополнительные;

5) код Грея;

6) код Грея-Экспресс.;

7) дробные коды.

1. Целые беззнаковые коды.

В целых беззнаковых кодах каждый разряд представляет из себя степень числа 2. При этом наименьшее число, что можно записать в данной форме, равно нулю, а наибольшее представляется следующей формулой: М=2n-1. Эти 2 числа целиком определяют диапазон ключа, которым возможно выразить бинарный код.UnsIntCd.gif (2998 bytes)

Рисунок 1. «Максимально и минимально возможное

число в беззнаковом коде»

При использовании беззнакового ключа, состоящего из восьми разрядов, диапазон возможных чисел составит от 0 до 255, а шестнадцатиразрядный код имеет диапазон от 0 до 65535.

В процессорах для записи и хранения таких чисел используется два сектора памяти, которые располагаются в соседних адресатах, а работу с этими ключами обеспечивают специальные команды [3,6].

2. Прямые целые знаковые коды.

В этом виде бинарных ключей высший разряд применяется с целью записи знака - числа. Ноль в данном случае соответствует плюсу, а единица, в свою очередь - минусу. В следствии введения этого разряда диапазон абсолютно всех закодированных чисел сдвигается в отрицательную сторону.

http://www.computer-museum.ru/technlgy/proclect/mp/image/sgnIntCd.gif

Рисунок 2. «Диапазон смещения в отрицательную сторону»

От сюда следует, что восьмиразрядный двоичный ключ сможет записать числа в диапазоне от -127 до +127, а шестнадцатиразрядный - в диапазоне от -32767 до +32767. В микропроцессорах для хранения таких кодов используются два соседних сектора [3,6].

3. Знаковый обратный ключ

В отличие от прямых кодов, в данной форме записи отрицательное число получается путем инвертирования всех разрядов ключа. При этом цифровые и знаковые разряды идентичны, исходя из чего алгоритмы работы с данным видом кодов существенно упрощаются [3]. Однако обратный ключ требует использования специального алгоритма для:

1) распознавания символа первого разряда;

2) вычисления абсолютной величины числа;

3) восстановления знака результирующего значения.

Более того, в обратном и прямом кодах числа для записи нуля используют два ключа

4. Знаковый дополнительный код двоичного числа

Эти виды кодов позволяют осуществлять непосредственное сложение как положительных, так и отрицательных чисел. При этом не ведется анализ знакового разряда. Все это стало возможным благодаря тому, что вспомогательные числа представляют из себя естественное кольцо символов, а не искусственные образования, подобные тому как в прямых и обратных ключах.

Значимым условием является, то что произвести вычисления дополнений в бинарных кодах достаточно просто. Для этого необходимо к обратному ключу приписать единицу.

При использовании данного типа кода, состоящего из 8 разрядов, диапазон вероятных чисел составит от -128 до +127, а диапазон шестнадцатиразрядного ключа будет от -32768 до +32767. В процессорах с целью хранения подобных чисел также применяют 2 соседних сектора [3].

Пример представления отрицательного числа в прямом, обратном и дополнительном коде представлен в таблице 1.

Таблица 1. «Представление отрицательного числа в прямом, обратном и дополнительном коде»

Десятичное представление

Двоичное представление (8 бит)

прямой

обратный

дополнительный

127

01111111

01111111

01111111

1

00000001

00000001

00000001

0

00000000

00000000

00000000

-0

10000000

11111111

-

-1

10000001

11111110

11111111

-2

10000010

11111101

11111110

-3

10000011

11111100

11111101

-4

10000100

11111011

11111100

-5

10000101

11111010

11111011

-6

10000110

11111001

11111010

-7

10000111

11111000

11111001

-8

10001000

11110111

11111000

-9

10001001

11110110

11110111

-10

10001010

11110101

11110110

-11

10001011

11110100

11110101

-127

11111111

10000000

10000001

-128

-

-

10000000

 

5. Код Грея

Эта форма записи является по своей сути одношаговым ключом, при котором в процессе перехода от одного значения к другому меняется всего лишь один бит информации (табл. 2). При этом погрешность при считывании данных приводит к смене одного положения на другое с незначительным смещением по времени [4].

Таблица 2. «Код Грея»

Десятичное число

Код Грея

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

2

0

0

1

1

3

0

0

1

0

4

0

1

1

0

5

0

1

1

1

6

0

1

0

1

7

0

1

0

0

8

1

1

0

0

9

1

1

0

1

10

1

1

1

1

11

1

1

1

0

12

1

0

1

0

13

1

0

1

1

14

1

0

0

1

15

1

0

0

0

 

6. Код Грея-Экспресс

Обычный одно шаговый ключ Грея подходит для решений, что представлены в виде чисел в степени 2. В тех вариантах, когда следует реализовывать иные решения, из данной формы записи вырезают и используют только лишь средний участок. Вследствие чего сохраняется одношаговость данного ключа. Однако, необходимо отметить, то что в данном коде началом числового диапазона не является ноль, так как он сдвигается на установленное значение. В ходе обработки информации от генерируемых импульсов отнимают половину разницы среди начальных и редуцированным разрешением [3].

7. Дробные коды

В процессе работы бывает, что приходится оперировать не только целыми цифрами, но и дробными. Эти числа можно записывать с помощью прямых, обратных и дополнительных кодов. Принцип построения дробных ключей аналогичен построению целых.

запятая располагаться только от разряда, она располагаться и от разряда (в случае в переменной будет исключительно числа), и переменной, позволит смешанные .

В микропроцессорной применяется система , её и важное в том, бинарных всего 2: 0 и 1, этой для представления достаточно лишь 2- электрических сигнала. этом , чтоб схемы всех приборов между только 2 уровня .

Обычно считать, единица - высший , а нуль - низший. напряжение в большинстве приборов – +5.0 вольт. степени , что 2.0 вольт соответствующими - 1, а 0.8 вольт - 0.

между 2-мя относят к и их цифровыми довольно- непредсказуема. В случае, говорится, схема в инверсной противоположной , или сигнал обратное , означает, нулю высокий уровень, а низкий [5].


Библиографическая ссылка

Харченко А.Ю. ВИДЫ ДВОИЧНОГО КОДА В МИКРОПРОЦЕССОРАХ // Международный студенческий научный вестник. – 2019. – № 1. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=19456 (дата обращения: 03.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074