二进制数的计数方法主要基于其独特的位值制和运算规则,具体如下:
一、二进制数基本规则
符号与表示
二进制数用符号(2)或右下角标注(如1010(2))表示,采用0和1两个数字,基数为2,遵循“逢二进一”的进位规则。
位权与展开式
二进制数采用位置计数法,位权以2为底的幂次方展开。例如,二进制数110.11可表示为:
$$
1 times 2^2 + 1 times 2^1 + 0 times 2^0 + 1 times 2^{-1} + 1 times 2^{-2}
$$
适用于整数和小数部分。
二、二进制数计数方法
直接数位法
通过逐位识别0和1的位置,从右至左按位权展开求和。例如,二进制数1011对应的十进制值为:
$$
1 times 2^3 + 0 times 2^2 + 1 times 2^1 + 1 times 2^0 = 8 + 0 + 2 + 1 = 11
$$
适用于已知二进制数的十进制转换。
补码系统
在计算机中,负数采用补码表示。例如,-1的二进制补码为全1(如8位系统为11111111),加1后变为00000000,实现“借一当二”的运算规则。
三、常见运算规则
加法
- 0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=10(进位)
- 示例:1011 + 11 = 10100(二进制)
乘法
- 0×0=0,1×0=0,0×1=0,1×1=1
- 示例:1011 × 11 = 11121(二进制)
四、转换方法
十进制转二进制
- 除2取余法:将十进制数不断除以2,记录余数并逆序排列。例如,13转换为二进制为1101。
二进制转十进制
- 按权展开求和:将二进制数按位权展开并求和。例如,1101 = 1×2³ + 1×2² + 0×2¹ + 1×2⁰ = 13。
五、应用场景
二进制广泛应用于计算机科学,因其运算规则简单且与逻辑门电路对应(如0对应关,1对应开),是计算机内部数据处理的基础。