Jump to content

Հաշվարկման դիրքային համակարգ

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից

Հաշվարկման Դիրքային համակարգ (դիրքային համարակալում)- հաշվարկման համակարգ է, որտեղ թվի գրառման մեջ յուրաքանչյուր թիվ կախված է իր դիրքից (կարգ)։

դիտել նաև տարբեր ազգերի հաշվարկման համակարգը

Դիրքային համարակալման գյուտը, որը հիմնված է թվերի տեղային նշանակության վրա, վերագրվում է շումերներին և բաբելոններին։ Ավելր ուշ ժամանակահատվածում նման համարակալումը մշակվել է հնդիկների կողմից և ունեցել է անգնահատելի հետևանքներ քաղաքակրթության պատմություն մեջ։ Այսպիսի համակարգերի թվին է պատկանում տասական հաշվման համակարգը, որի ծագումը կապված է մատներով հաշվի հետ։ Միջին դարերի Եվրոպայում այն հայտնվեց իտալացի վաճառականների միջոցով, որոնք իրենց հերթին փոխառել էին այն արաբներից։

Սահմանումներ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հաշվարկման դիրքային համակարգը սահմանվում է ամբողջ թվով , որը կոչվում է հաշվարկման համակարգի հիմքը։ Հաշվարկման համակարգի հիմքը անվանում են նաև -ական (մասնավորապես ՝ երկուական, երեքական, տասնորդական և այլն)։

Ամբողջ թվերը առանց նշանի -ական հաշվարկման համակարգում ներկայացվում են վերջավոր տեսքով գծային կոմբինացիա թվի ատիճանի[1]։

, որտեղ  — ամբողջ թվեր են, որոնք հետևյալ անհավասարմանը բավարարող թվեր են ։

Յուրաքանչյուր բազիսային տարր այս դասավորությունում կոչվում է կարգավորություն( դիրք ), շարքերի ավագությունը ու դրանց համապատասխանող թվերը որոշվում են ըստ թվերի կատեգորիայի (դիրքի) թվով (ցուցիչի արժեքի նշանակությունը)։

թվի դիրքի օգնությամբ -ական հաշվարկման համակարգում կարելի է գրառել ամբողջ թվերը -ից մինչև , այսինքն տարբեր թվեր։

Թվերի գրառումը

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Եթե անհամապատասխանություններ չկան (օրինակ, երբ բոլոր թվերը ներկայացված են որպես եզակի գրավոր նիշ), ապա թիվը գրվում է որպես իր -ական թվերի հաջորդականություն, որոնք նշված են նվազման կարգով` ձախից աջ[1]։

Զրոյական թվերի համար սկզբնական զրոները բաց ենք թողնում։

Հաշվառման համակարգերում` ներառյալ մինչև 36 հիմքով թվեր գրելու համար, որպես թվեր (նշան) օգտագործվում են արաբական թվերը (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) և հետո լատինական այբուբենի տառերը (a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, m, n, o, p, q, r, s, t, u, v, w, x, y, z): Որտեղ, a = 10, b = 11 և այլն, երբեմն x = 10:

Միաժամանակ մի քանի հաշվման համակարգերի հետ աշխատելիս համակարգերը իրարից տարբերելու համար համակարգի հիմքը սովորաբար նշվում է ներքևի ինդեքսի տեսքով, որը գրվում է տասնորդական համակարգում։

 — 123 թիվը տասական հաշվման համակարգում է։
 — նույն թիվը հաշվարկման ութական համակարգում է։
 — նույն թիվը հաշվարկման երկուական համակարգում է։
 — նույն թիվը բայց տասնական հաշվման համակարգերում երկուական կոդավորումով տասնական թիվ (BCD);
 — նույն թիվը, բայց ոչ սիմետրիկ երեքական հաշվարկման համակարգում։
 — նույն թիվը, բայց սիմետրիկ երեքական հաշվարկման համակարգում, «i», «7», «2» և «−» նշանները նշանակում են «−1», «1»-ը և «+» նշանակում են «+1»:

Որոշ ոլորտներում կիրառվում են հատուկ օրենքներ հիմքերի նշանակման համար։ Օրինակ, ծրագրավորման դեպքում,տասնվեցական համակարգը նշվում է.

  • ասսեմբլերում և ընդհանուր գրառումներ, որոնք կապված չեն որոշակի լեզվի, h տառով (hexadecimal-ից) թվի վերջում (սինտակսիս Intel):
  • Պասկալում «$» նշանը թվի սկզբում։
  • Սի-ում և այլ ուրիշ լեզուների 0x կամ 0X կոմբինացիաների ( hexadecimal-ից) սկզբում։

Որոշ բարբառներում Սի ծրագիրը ըստ «0x» անալոգիայի «0b» նախածանցը օգտագործվում է երկուական թվեր նշելու համար («0b» նշումը ներառված չէ ANSI C ստանդարտում)։

Ռուսերեն հաշվիչների համար տասնական դիրքային համակարգում թվեր գրելու համար օգտագործվում էր այլընտրանքային համակարգի գրառում (ներկայացուցչական) տասնական թվերի միակ ավելորդ այլընտրանքային թվով «1111111111» = 10_ 10 ամեն ելքից։

Հատկությունները

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հաշվարկման դիրքային համակարգն ունի մի շարք հատկություններ.

  • Իրականում թվային համակարգի հիմքը միշտ գրվում է որպես 10; Օրինակ` երկուական թվային համակարգում 10 նշանակում է 2. Այս պնդումը չի տարածվում այլընտրանքային հաշվարկման համակարգի վրա, որում օգտագործում է միայն մեկ թիվ։
  • b-ական համակարգում x թվի գրառման համար հաշվարկման համակարգը պահանջում է թիվ, որտեղ նշանակում է վերցնել թվի ամբողջ մասը։
  • Համեմատել թվերը, որոնք գրված են հաշվարկման դիրքային համակարգում կարելի է կարգերով` նախապես դրանք լրացնելով նույն քանակի զրոներով։ Այս դեպքում համեմատությունը կատարվում է ամենաբարձր կարգից մինչև ամենացածր կարգը, քանի դեռ մի կարգի թիվը մեծ չէ, քան մյուս կարգի համապատասխան թիվը։ Օրինակ՝ տասական համակարգում 321 և 312 թվերը համեմատելու համար համեմատում ենք ձախից աջ` յուրաքանչյու թվին համապատասխանող կարգի թվի հետ։
  • 3 = 3 — թվերի համեմատման արդյունքը դեռ որոշված չէ։
  • 2 > 1 — առաջի թիվը մեծ է (անկախ մնացած թվերից).

Այսպիսով, թվերի բնական կարգը համապատասխանում է հաշվարկման դիրքային համակարգում դրանց գրառումներին լեքսոգրաֆիկ կարգի` պայմանով, որ այդ գրառումները լրացվեն նույն քանակի զրոներով։

  • Թվերով թվաբանական գործողություններ։ Հաշվարկման դիրքային համակարգը թույլ է տալիս հեշտությամբ կատարել գումարում, հանում, բազմապատկում, բաժանում և մնացորդով բաժանում՝ իմանալով միայն բազմապատկման աղյուսակը, իսկ վերջին երեք գործողությունների համար նաև բազմապատկման աղյուսակը համապատասխան համակարգում (տե՛ս, օրինակ, Սյունակով բաժանում

Անցում այլ հիմքի

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Անցում տասական հաշվման համակարգ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Եթե թիվը -ական հաշվարկման համակարգում հավասար է

ապա անցումը տասական հաշվարկման համակարգ հաշվում ենք հետևյալ գումարով

կամ, ավելի տեսողական ձևով։

կամ, վերջապես Հորների սխեմայի տեսքով։

Օրինակ`

1011002 =
= 1 · 25 + 0 · 24 + 1 · 23 + 1 · 22 + 0 · 21 + 0 · 20 =
= 1 · 32 + 0 · 16 + 1 · 8 + 1 · 4 + 0 · 2 + 0 · 1 =
= 32 + 8 + 4 + 0 = 4410
Ամբողջ մասը
  1. Հաջորդականորեն բաժանել տասնորդական թվի ամբողջ մասը հիմքերի, մինչև տասնորդական թիվը կհավասարվի զրոյի
  2. Բաժանման արդյունքում ստացված մնացորդները հանդիսանում են ցանկալի համարի թվեր։ Նոր համակարգում թվերը գրվում է սկսած վերջին մնացորդից։
Կոտորակային մասը
  1. Տասնորդական թվի կոտորակային մասը բազմապատկենք այն համակարգի հիմքով, որտեղ պետք է փոխանցենք թիվը։ Առանձնացնում ենք ամբողջ մասը։ Շարունակում ենք բազմապատկել կոտորակային մասը նոր համակարգի հիմքով, մինչև չի հավասարվի զրոյի։
  2. Նոր համակարգում նշված թվերը բազմապատկման արդյունքների ամբողջ մասերն են` դրանց ստացմանը համապատասխան կարգով։
Օրինակ

անցնենք երկուական համակարգ։

44 բաժանում ենք 2. քանորդ 22, մնացորդ 0
22 բաժանում ենք 2. քանորդ 11, մնացորդ 0
11 բաժանում ենք 2. քանորդ  5, մնացորդ 1
 5 բաժանում ենք 2. քանորդ  2, մնացորդ 1
 2 բաժանում ենք 2. քանորդ  1, մնացորդ 0
 1 բաժանում ենք 2. քանորդ  0, մնացորդ 1

Քանորդը հավասար է զրո, բաժանումը ավարտված է։ Հիմա գրենք բոլոր մնացորդները ներքևից վերև կստանանք թիվը։

Անցում երկուական հաշվման համակարգից ութական և տասնվեցական համակարգեր

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Այս տեսակի գործողությունների համար կա պարզեցված ալգորիթմ։

Ութականի համար` մենք բաժանում ենք փոխանցվող թիվը 2 հիմքով որոշակի քանակի (2-ը բարձրացվում է այն աստիճանի, որը պահանջվում է, որպեսզի ստանանք այն համակարգի հիմքը, որին պատրաստվում ենք փոխանցել (2³ = 8), այս դեպքում ՝ 3, այսինքն ՝ եռյակ)։ Մենք վերափոխում ենք եռյակները ըստ եռյակների աղյուսակի.

000 0 100 4
001 1 101 5
010 2 110 6
011 3 111 7

Տասնվեցական համար` մենք բաժանում ենք փոխանցվող թիվը 2 հիմքով որոշակի քանակի (2-ը բարձրացվում է այն աստիճանի, որը պահանջվում է, որպեսզի ստանանք այն համակարգի հիմքը, որին պատրաստվում ենք փոխանցել (24=16), այս դեպքում ՝ 4, այսինքն ՝ քառյակ)։ Մենք վերափոխում ենք քառյակները ըստ քառյակների աղյուսակի.

0000 0 0100 4 1000 8 1100 C 
0001 1 0101 5 1001 9 1101 D
0010 2 0110 6 1010 A 1110 E
0011 3 0111 7 1011 B 1111 F

Օրինակ.

վերափոխել 1011002
Ութական — 101 100 → 548
Տասնվեցական — 0010 1100 → 2C16

Անցում ութական և տասնվեցական համակարգերից երկուական

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Այս տեսակի գործողությունների համար կա պարզեցված ալգորիթմ-դարձգիր։

ՈՒթականի համար — վերափոխենք աղյուսակը եռյակ տեսքի

0 000 4 100
1 001 5 101
2 010 6 110
3 011 7 111

Տասնվեցականի համար — վերափոխենք աղյուսակը քառյակ տեսքի

0 0000 4 0100 8 1000 C 1100 
1 0001 5 0101 9 1001 D 1101
2 0010 6 0110 A 1010 E 1110
3 0011 7 0111 B 1011 F 1111

Օրինակ`

վերափոխենք
548 → 101 100
2C16 → 0010 1100

Անցում 2-ական համակարգից 8-ական և 16-ական համակարգ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Անցումը երկուական թվային համակարգի կոտորակային մասից 8 և 16 հիմքերով թվային համակարգերի կատարվում է նույն կերպ, ինչպես և թվի ամբողջ մասերը, բացառությամբ այն բանի որ բաժանումը օկտավայի և քառյակի վրա անցնում է տասնորդական կետի աջ կողմում, բացակայող կարգերը լրացվում են զրոներով աջից։ Օրինակ, վերը նշված 1100,0112 թիվը կունենա 14,38 կամ C,616 տեսքը։

Անցումը կամայական հաշվարկման համակարգից տասական

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Դիտարկենք 2-ական 1100,0112 թվի անցումը տասականի։ Թվի ամբողջ մասը հավասար է 12-ի (դիտենք վերև), իսկ անցումը կատորակային մասի դիտարկենք մանրամասնորեն

Այսպիսով 1100,0112 = 12,37510.

Նման ձևով կատարվում է ցանկացած հաշվարկման համակարգի անցումը, միայն «2» -ի փոխարեն դրվում է տվյալ համակարգի հիմքը։

Անցման հարմարության համար ամբողջական և կոտորակային մասերը անցում են կատարում առանձին, և արդյունքը այնուհետև միացնում են։

Տասական համակարգի անցումը կամայական համակարգի

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կոտորակային մասի անցումը այլ հաշվարկային համակարգեր անհրաժեշտ է ամբողջ մասը զրոյացնել և սկսել արդյունքը բազմապատկել ստացված թվի հաշվարկման համակարգի հիմքով, որով ուզում եք անցում կատարել։ Եթե բազմապատկման արդյունքում ամբողջ թվով մասերը նորից հայտնվում են, ապա դրանք պետք է կրկնակի վերածել զրոյի ՝ նախապես հիշելով (գրառելով) արդյունքում ստացված ամբողջ թիվ արժեքը։ Գործողությունը ավարտվում է, երբ կոտորակային մասը ամբողջությամբ դառնում է զրո։ Ստորև բերված է թվի անցման օրինակ `103,625 10 2-ական հաշվարկման համակարգ։

Անցում կատարենք ամբողջ մասը ըստ կանոնի, ներկայացված վերևում, ստանում ենք 10310 = 11001112.

0,625 բազմապատկենք 2. կոտորակային մաս 0,250. ամբողջ մաս 1.
0,250 բազմապատկենք 2. կոտորակային մաս 0,500. ամբողջ մաս 0.
0,500 բազմապատկենք 2. կոտորակային մաս 0,000. ամբողջ մաս 1.

Այս��իսով վերևից ներքև ստանում ենք 1012 թիվը։ Դրա համար 103,62510 = 1100111,1012

Նման ձևով կատարվում է անցում ցանկացած հիմքով հաշվարկման համակարգի։

Անմիջապես պետք է նշել, որ այս օրինակը հատուկ ընտրված է, ընդհանուր պարագայում շատ հազվադեպ է հնարավոր ավարտել անցումը թվի կոտորակային մասից տասական համակարգից այլ հաշվարկման համակարգեր, դրա համար ճնշող մեծամասնության դեպքում անցումը կարող է իրականացվել շատ փոքր սխալի միջոցով։ Ստորակետից հետո որքան շատ թիվ կա, այնքան ավելի ճշգրիտ է մոտարկման արդյունքը։ Այս բառերը ստուգելը շատ հեշտ է, եթե փորձեք, օրինակ, փոխել 0.626 թիվը երկուական կոդով։

Փոփոխություններ և ընդհանրացումներ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ռացիոնալ թվերի գրառումը

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ռացիոնալ թիվը -ական հաշվարկման համակարգում ներկայացված է գծային կոմբինացիայի տեսքով (ընդհանուր առմամբ, անվերջ) թվի աստիճանի։

որտեղ թվերն են Ամբողջ մասի (մինչև ստորակետը), թվերն են Տասնորդական մասի (ստորակետից հետո), - ամբողջ թիվ թվանշանների տեղը։

-ական հաշվարկման համակարգում վերջնական գրառումը տարածվում է միայն ռացիոնալ թվերին՝ ներկայացված հետևյալ տեսքով` , որտեղ և ամբողջ թվերն են.

որտեղ и ներկայացնում են -ական գրառումները համապատասխանաբար քանորդի և բաժանման մնացորդի -ի։

Ռացիոնալ թվերը, որոնք չեն կարող ներկայացվել տեսքով, գրվում են որպես պարբերական կոտորակներ։

Սիմետրիկ հաշվարկման համակարգ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

'Սիմետրիկ (հավասարակշռված, դիրքային) հաշվարկման համակարգերը' տարբերվում են նրանով, որ օգտագործում են թվեր ոչ թե , բազմանդամներից, այլ բազմանդամներից։ Որպեսզի թվերը լինեն ամբողջ, պետք է - ն լինի կենտ։ Սիմետրիկ հաշվարկման համակարգերում չի պահանջում թվի նշանի լրացուցիչ նշանակումներ[2]։ Բացի այդ, սիմետրիկ համակարգերում հաշվարկներն ավելի հարմար են, քանի որ դրանք չեն պահանջում հատուկ կլորացման կանոններ- դա տանում է պարզապես լրացուցիչ դիրքերի հեռացման, ինչը կտրուկ նվազեցնում է հաշվարկման համակարգված սխալները։

Առավել հաճախ օգտագործվող սիմետրիկ Հաշվարկման երեքական համակարգ թվերով։ Այն օգտագործվում է Երեքական լոգիկայում և տեխնիկապես իրականացվել է «Сетунь» համակարգչային մեքենայում։

Բացասական հիմքեր

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կան դիրքավորման համակարգեր, որոնք ունեն բացասական հիմքեր, որոնք կոչվում են Բացասական հիմքով դիրքային հաշվարկման համակարգ։

Ոչ ամբողջ թվային հիմքեր

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Երբեմն դիտարկվում են նաև դիրքային հաշվարկման համակարգերը ոչ ամբողջ թվային հիմքերով. ռացիոնալ, իռացիոնալ, տրանսցենդենտ։

Նման հաշվարկման համակարգերի օրինակներն են հանդիսանում.

  • եթե b = ⅓ - ռացիոնալ կոտորակային հիմքով հաշվարկման համակարգ, որը թույլ է տալիս եռյակ հակադարձելի ռեգիստրի առանցքների վրա կատարել բազմապատկում և բաժանում ամբողջ թվերով։
  • եթե b = ½ - հաշվարկման համակարգ ռացիոնալ կոտորակային հիմքերով։
  • եթե b = φ = 1.61 ... Բերգմանի իռացիոնալ հիմքով հաշվարկման համակարգն է, որը հավասար է «ոսկե հատմանը»[3]

Կոմպլեքս հիմքեր

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Դիրքային հաշվարկման համակարգի հիմքերը կարող են լինել նաև կոմպլեքս[4][5] թվեր։ Դրա հետ մեկտեղ թվերը ունեն վերջավոր բազմության որոշակի իմաստ, որոնք բավարարում են այն պայմաններին, որոնք թույլ են տալիս կատարել թվաբանական գործողություններ ուղղակիորեն հենց այդ հաշվարկման համակարգերի թվերով։ Մասնավորապես` կոմպլեքս հիմքով դիրքային հաշվարկման համակարգում կարելի է առանձնացնել երկուական, որոնցում օգտագործվում են ընդամենը երկու թիվ` 0 և 1։

Օրինակներ`

Այսուհետ դիրքային հաշվարկման համակարգը կգրենք հետևյալ կերպ` ,որտեղ  -հաշվարկման համակարգի հիմքն է, իսկ A -թվերի բազմությունը։ Մասնավորապես A բազմությունը կարող է ունենալ հետևյալ տեսքը

  • որտեղ և . եթե բազմությունը վերածվում է բազմության։

Կոմպլեքս հիմքով հաշվարկման համակարգի օրինակներ հանդիսանում են (հետագայում j — Կեղծ միավոր

  • [5]
    • Օրինակ։
  • [4]
    • Օրինակ։
  • [6]
  • որտեղ ,  — ամբողջ դրական թիվ է, որը կարող է ունենալ մի քանի նշանակություն տրված R համար;[7]
  • որտեղ բազմությունը կազմված է կոմպլեքս թվերից տեսքի, իսկ թիվը Օրինակ։ [6]
  • որտեղ .[8]
Երկուական կոմպլեքս հաշվարկման համակարգ

Ներքևում թվարկված են հիմքերը երկուական դիրքային հաշվարկման համակարգի և թվարկված 2, −2 և −1 թվերը նրանցում։

  • : (Բնական հիմքով հաշվարկման համակարգ);
  • : , , (Բացասական հիմքով դիրքային հաշվարկման համակարգ);
  • : , , (Կոմպլեքս հիմքով հաշվարկման համակարգ);
  • : , , (Կոմպլեքս հիմքով հաշվարկման համակարգ);
  • : , , (Կոմպլեքս հիմքով հաշվարկման համակարգ);
  • : , , (Կոմպլեքս հիմքով հաշվարկման համակարգ

Ոչ ցուցչային ֆունկցիայի հաշվարկման համակարգ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Մասնավոր դեպքում ցուցչային հաշվարկման համակարգ հանդիսանում են դիրքային հաշվարկման համակարգերը ցուցչային կախվածությամբ։ Ցուցչային կախվածության փոխարեն կարող են լինել նաև ուրիշ կախվածություններ։ Օրինակ`հիպերօպերատոր հաշվարկման համակարգը

թույլ է տալիս գրել մեծ դիապազոնային թվերը նույն թվի նշանով։

Արտաքին հղումներ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ծանոթագրություններ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
  1. 1,0 1,1 Վ.Ս.Ֆոմին Հաշվարկման համակարգ:— Մ.: Գիտություն, 1987. — էջ 48։ (Հանրաճանաչ դասախոսություններ մաթեմատիկայի վերաբերյալ)։
  2. Ս.Բ.Գաշկով էջ 52, ISBN 5-94057-146-8։ «Արխիվացված պատճենը». Արխիվացված է օրիգինալից 2014 թ․ հունվարի 12-ին. Վերցված է 2020 թ․ հուլիսի 11-ին.
  3. Ա. Վ. Նիկիտին Բերգմանի համակարգ.
  4. 4,0 4,1 Խմելնիկ Ս.Ի. Специализированная ЦВМ для операций с комплексными числами // Ռադիոէլեկտրոնիկայի հարցեր. — 1964. — В. 2.(չաշխատող հղում)
  5. 5,0 5,1 Knuth D. E. An Imaginary Number System // Communication of the ACM. — 1960. — Т. 3. — № 4. — С. 245—247. — doi:10.1145/367177.367233
  6. 6,0 6,1 Խմելնիկ Ս.Ի. Կոմպլեքս թվերի և վեկտորների կոդավորում. — Mathematics in Computers. — Իզրաել. — ISBN 978-0-557-74692-7
  7. Խմելնիկ Ս.Ի. Կոմպլեքս թվերի դիրքային կոդավորում // Ռադիոէլեկտրոնիկայի հարցեր.(չաշխատող հղում)
  8. Խմելնիկ Ս.Ի Method and system for processing complex numbers. — Patent USA, US2003154226 (A1). — 2001.