二进制数的规则主要基于以下核心原则:
一、基本定义
数制基础 二进制是一种以2为基数的数制,仅使用0和1两个数码表示数值。
进位规则
- 逢二进一: 当某一位的数值达到2时,向高位进1,本位归零。例如: - $1 + 1 = 10$(二进制),相当于十进制的2。 二、运算规则加法运算
- 规则: - $0 + 0 = 0$ - $0 + 1 = 1$ - $1 + 0 = 1$ - $1 + 1 = 10$(进位) - 示例
- $(1011)_2 + (1011)_2 = (10110)_2$(二进制加法)。
减法运算 - 规则:
- $0 - 0 = 0$
- $1 - 0 = 1$
- $1 - 1 = 0$
- $0 - 1 = 1$(需向高位借位)
- 示例:
- $(1011)_2 - (0101)_2 = (0110)_2$(二进制减法)。
乘法运算 - 规则:
- $0 times 0 = 0$
- $0 times 1 = 0$
- $1 times 0 = 0$
- $1 times 1 = 1$(仅当两个操作数均为1时结果为1)。
三、位权与表示
位权概念:二进制数采用位置计数法,从右至左位权依次为$2^0, 2^1, 2^2, dots$。例如:
$(1101)_2 = 1 times 2^3 + 1 times 2^2 + 0 times 2^1 + 1 times 2^0 = 13_{10}$。
四、应用背景
二进制广泛应用于计算机系统,主要因:
物理实现简单:
通过开关的“开/关”状态(1/0)表示数值;
运算效率高:
加法和乘法规则简单,适合硬件电路实现;
兼容性:
与逻辑门电路直接对应,便于构建复杂逻辑功能。
总结
二进制通过“逢二进一”的进位规则和简单的运算逻辑,成为计算机系统的核心数制基础。其规则贯穿于数据存储、处理及传输的各个环节。