Сколько чисел можно записать с битов
Уже описано, как получать двоичный код любого десятичного числа, т.е. переводить его из десятичной системы в двоичную. Рассмотрим теперь обратное действие: перевод числа из двоичной системы счисления в десятичную.
Итак, требуется найти десятичное число по известному двоичному коду этого числа. Воспользуемся представлением вида (2). Коэффициенты аn, an-l ,···,a1, a0 известны. Значит, нужно вычислить значение выражения (2). Рассмотрим примеры. Пусть задан двоичный код 11012. Самый левый — старший бит — имеет номер 3. Следовательно, первое слагаемое равно 1·23. Следующий бит имеет
номер 2. Второе слагаемое равно 1·22. Третье слагаемое равно 0·21 четвертое слагаемое равно 1·20. Искомое число есть сумма четырех слагаемых: 1·23+1·22+0·21+1·20=8+4+1=13. Таким образом, 11012=13.
Пусть задан двоичный код 11010112. Число, имеющее такой двоичный код, равно сумме 1·26+1·25+0·24+1·23+0·22+1·21+1·20=64+32+8+2+1=107.
Следовательно, 11010112=107.
В десятичной системе следующее число получается из предыдущего путем прибавления единицы к количеству единиц предыдущего числа.
То же самое происходит при получении двоичного кода следующего числа из двоичного кода предыдущего: к младшему разряду двоичного кода предыдущего числа прибавляется единица.
Правило выполнения операции сложения одинаково для всех систем счисления: если сумма складываемых цифр больше или равна основанию системы счисления, происходит перенос единицы в следующий слева разряд. Таким образом, правила сложения в двоичной системе таковы:
12+02=12
02+12=12
12+12=102 (1+1=210=102)
Пользуясь этими правилами, получаем
+
112
12
1002=410
+
102
12
112=310
+
1002
12
1012=510
+
1012
12
1102=610
+
1102
12
1112=710
+
1112
12
10002=810
Возникает во какое наибольшее десятичное число можно записать в двоичном виде, используя для этой записи заданное число битов?
Наибольшее десятичное число, использующее для записи своего двоичного кода три бита, получается, когда значения всех трех битов равны единице:
1
1
1
=1·22+1·21+1·20=22+21+20=4+2+1=7.
(
8=
1
0
0
0
Точно так же, как в десятичной системе, наибольшее число, состоящее из трех цифр, — 999, получаем, когда каждая из цифр принимает свое максимальное значение, равное 9). Заметим, что 7=8-1=23-1. Чтобы представить следующее за 7 число 8 (=23), потребуется уже четыре бита: . Значит, используя три бита, можно записывать восемь десятичных чисел от 0 до 7.
А если для записи десятичного числа в двоичном виде используется четыре бита? Наибольшее число, двоичный код которого состоит из четырех битов, равно 15: в его двоичном коде все четыре бита, равны единице: 15 = 11112. Снова заметим, что 15=16-1=24-1; для записи следующего за 15 числа 16 нужно уже пять битов. Так что используя четыре бита, можно записывать числа от 0 до 15 (всего 16 = 24 чисел). Уже понятно, что наибольшее число, использующее для своей двоичной записи а битов, равно 2n -1. Следующее за ним число 2n требует для своей записи n+1 бит. Таким образом, используя п битов, можно записывать двоичные коды чисел от 0 до 2n -1, всего 2n чисел.
Объяснение:
Задачи, связанные с определением количества информации, занимают довольно большое место как в общем курсе 9-11 классов, так и при итоговой аттестации разного типа.
Обычно решение подобных задач не представляет трудности для учащихся с хорошими к анализу ситуаций. Но большинство учеников поначалу путаются в понятиях и не знают, как приступить к решению.
Тем не менее, к 9-му классу учащиеся уже имеют определенный опыт решения задач по другим предметам (более всего – физика) с применением формул. Определить, что в задаче дано, что необходимо найти, и выразить одну переменную через другую – действия довольно привычные, и с ними справляются даже слабые ученики. Представляется возможным ввести некоторые дополнительные формулы в курсе информатики и найти общий стиль их применения в решении задач.
Оттолкнемся от одной из главных формул информатики – формулы Хартли N=2i. При ее использовании учащиеся могут еще не знать понятия логарифма, достаточно вначале иметь перед глазами, а затем запомнить таблицу степеней числа 2 хотя бы по 10-й степени.
При этом формула может применяться в решении задач разного типа, если правильно определить систему обозначений.
Выделим в системе задач на количество информации задачи следующих типов:
Количество информации при вероятностном подходе;
Кодирование положений;
Количество информации при алфавитном подходе (кодирование текста);
Кодирование графической информации;
Кодирование звуковой информации
Все задачи группы A (в случае, если мы имеем дело с равновероятными событиями) решаются непосредственно по формуле Хартли с ее привычными обозначениями:
N – количество равновероятных событий;
i – количество бит в сообщении о том, что событие произошло,
Причем в задаче может быть определена любая из переменных с заданием найти вторую. В случае если число N не является непосредственно числом, представляющим ту или иную степень числа 2, количество бит нам необходимо определить «с запасом». Так для гарантированного угадывания числа в диапазоне от 1 до 100 необходимо задать минимально 7 вопросов (27=128).
Решение задач для случаев неравновероятных событий в этой статье не рассматривается.
Для решения задач групп B-E дополнительно введем еще одну формулу:
Q=k*i
и определим систему обозначений для задач разного типа.
Для задач группы B значение переменных в формуле Хартли таково:
i – количество «двоичных элементов», используемых для кодирования;
N – количество положений, которые можно закодировать посредством этих элементов.
Так:
два флажка позволяют передать 4 различных сообщения;
с трех лампочек можно потенциально закодировать 8 различных сигналов;
последовательность из 8 импульсов и пауз при передаче информации посредством электрического тока позволяет закодировать 256 различных текстовых знаков;
и т.п.
Рассмотрим структуру решения по формуле:
Задача 1: Сколько существует различных последовательностей из символов «плюс» и «минус» длиной ровно в пять символов?
Дано: i = 5
Найти: N
Решение: N = 25
ответ: 5
Каждый элемент в последовательности для кодирования несет один бит информации.
Очевидно, что при определении количества элементов, необходимых для кодирования N положений, нас всегда интересует минимально необходимое для этого количество бит.
При однократном кодировании необходимого количества положений мы определяем необходимое количество бит и ограничиваемся формулой Хартли. Если кодирование проводится несколько раз, то это количество мы обозначаем как k и, определяя общее количество информации для всего кода (Q), применяем вторую формулу.
Задача 2: Метеорологическая станция ведет наблюдение за влажностью воздуха, результатом которых является целое число от 1 до 100%, которое кодируется посредством минимально возможного количества бит. Станция сделала 80 измерений. Какой информационный объем результатов наблюдений.
Дано: N = 100; k = 80
Найти: Q
По формуле Хартли i = 7 (с запасом); Q = 80 * 7 = 560
ответ: 560 бит
(Если в задаче даны варианты ответов с использованием других единиц измерения количества информации, осуществляем перевод: 560 бит = 70 байт).
Отметим дополнительно, что, если для кодирования используются нe «двоичные», а скажем, «троичные» элементы, то мы меняем в формуле основание степени.
Задача 3: Световое табло состоит из лампочек. Каждая из лампочек может находиться в одном из трех состояний («включено», «выключена» или «мигает»). Какое наименьшее количество лампочек должно находиться на табло, чтобы с его можно было передать 18 различных сигналов.
В данном случае N = 18, основание степени – 3. Необходимо найти i. Если логарифмы еще не знакомы, определяем методом подбора – 5. ответ: 5 лампочек
Далее рассмотрим решение задач на кодирование текстовой, графической и звуковой информации.
Здесь важно провести параллели:
Объяснение:
как то так