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PERCHE I COMPUTER USANO I NUMERI BINARI

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PERCHE I COMPUTER USANO I NUMERI BINARI

PERCHE I COMPUTER USANO I NUMERI BINARI?

Tutti sanno che la nostra matematica si basa su numeri in notazione decimale e molti sanno che i computer, invece, utilizzano il sistema binario, ma perchè?

Analizzata superficialmente la scelta dei numeri binari, fatti di sole due cifre (zero e uno) sembra un insulto al buonsenso, uno spreco.

Pensate che per scrivere in binario 2100 si devono usare 12 cifre, ovvero:

1000 00110100

In compenso le quattro operazioni aritmetiche sono assai semplici.



Addizione:

0 + 0 = 0

0 + 1 = 1

1 + 0 = 1

1 + 1 = 10

(cioè zero con riporto di 1 nella decina)

Sottrazione:

0 - 0 = 0

1 - 0 = 1

1 - 1 = 0

0 - 1 = 1

Moltiplicazione:

0 x 0 = 0

0 x 1 = 0

1 x 0 = 0

1 x 1 = 1

Divisione:

0 : 0 = 0

0 : 1 = 0

1 : 0 = 0

1 : 1 = 1

Senza annoiare con prove ed esempi, visto che tanto nessuno di noi ha intenzione di mettersi a fare i conti in binario, cerchiamo invece di capire subito perchè tutti i computer moderni abbiano scelto questo tipo di notazione, semplicissima, ma molto più lunga.

Abbiamo detto che la notazione binaria si avvale di due cifre, ma ciò non è del tutto vero. Teniamo prima di tutto presente che anche il sistema binario è un tipo di numerazione posizionale, dove la cifra più a destra rappresenta l'unità, seguita poi dalla decina, centinaia, migliaia e via di seguito. Solo che ogni posizione è una potenza di due. In realtà se immaginassimo una fila di caselle come questa:

|_|_|_|_|_|_|_|_|

la prima casella a destra se contenesse una "x" varrebbe 1, la seconda posizione varrebbe 2, la terza 4, la quarta 8, la quinta 16, la sesta 32, l'ottava 64 e via di seguito, sempre raddoppiando il valore della casella precedente.

Adesso avete anche capito perchè le memorie di un computer hanno valori che sono sempre potenze di due, vero? 64kb, 128kb, 256kb, ecc., sono tutte appunto potenze di due.

Visto allora i valori che può assumere qualsiasi casella sarebbe sufficiente indicare in quali posizioni siano presenti le cifre "1", lasciando vuote le posizioni corrispondenti allo "0", come in questo esempio:

|_|X|_|_|X|X|

allora se conosciamo la posizione delle "x" non ci serve usare altri numeri, giusto?

Se sommassimo le potenze di due delle singole posizioni in cui c'è una "x" otterremo:

1 + 2 + 16, cioè 19.

Quindi in pratica il sistema binario si può esprimere con un unico simbolo (meno di così non si può di sicuro!). Gli zeri li mettiamo noi nello scritto per tenere occupata ogni posizione vuota.




A questo punto diventa facile in un circuito elettrico usare un unico tipo di segnale che se presente ci darà "1" come valore posizionale e se manca ci darà "0". Basta un semplice impulso, basta il concetto "acceso" o "spento", "presente" o "assente".

Mentre se volessimo utilizzare le nostre bene amate dieci cifre dallo 0 al 9 dovremmo creare circuiti aritmetici in grado di distinguere almeno 9 segnali diversi tra loro. Diventerebbe tutto estremamente complicato e delicato! Pensate poi di estendere il concetto alla memorizzazione di una lettera dell'alfabeto e di tutti i caratteri speciali che usiamo sulla tastiera. Ci sarebbe da impazzire. Non è facile in un circuito creare segnali diversi l'uno dall'altro.

Con il sistema binario, invece, qualsiasi sia il supporto in cui vogliamo memorizzare un dato, ci basterà applicare la convenzione del segnale presente o assente in una data posizione. Le cifre (e i dati che esprimono altri caratteri) s'allungano di sicuro, ma il concetto si sviluppa in modo assolutamente premiante in termini di semplicità e quindi di affidabilità. Anche a noi capita a volte di non capire bene se una cifra scritta un pò male a mano sia un 3 o un 8, oppure un 9 o uno 0, ecc., no? Mentre la X dell'analfabeta è sempre chiara!

Questa la ragione per cui tutti i computer usano nel loro interno un sistema elementare di registrazione binaria. Ma non solo i computer, ormai siamo nell'era digitale e il successo si è esteso ad una serie molto grande di apparati elettronici, dalle trasmissioni TV, ai cellulari, alla robotica, ecc.

Quando un computer deve farci conoscere i risultati o ricevere da noi dei dati, magari da tastiera, si avvale di circuiti che provvedono ad una adeguata conversione verso il nostro linguaggio.

Allora divertiamoci a contare i primi numeri dallo zero al quindici, in versione decimale e corrispondente binario:

00=0000

01=0001

02=0010

03=0011
04=0100

05=0101

06=0110

07=0111

08=1000

09=1001

10=1010

11=1011

12=1100

13=1101

14=1110

15=1111

Se teniamo presente che ogni segnale nel gergo dei computer si chiama "bit" abbiamo visto che per esprimere la cifra decimale 15 ci occorre "accendere" quattro bit. Quindi con 4 bit rappresentiamo 16 combinazioni di cifre diverse.

Se a questo punto aggiungessimo altri 4 bit e li accendessimo tutti e otto riusciremo ad esprimere tutti i numeri da zero a 127, cioè 128 combinazioni diverse.

Un insieme di otto bit è stato chiamato "byte", che è diventata l'unità di misura dei computer, cioè la più piccola parte di dati che un computer può spostare in una sola volta da una memoria ad un'altra, purchè gli si diano otto corsie parallele.

Siccome muovere un solo byte alla volta non ci bastava più, si sono creati computer con 16 corsie (cioè a 16 bit) e poi computer più veloci a 32 corsie, e poi a 64. E' un processo di crescita che forse non finirà mai, ma che è servito a rendere sempre più veloci i nostri pc così come i grandi elaboratori. Il sistema operativo Windows 2000 si dice che è un sistema che opera a 32 bit. Ma a questo punto il discorso si complicherebbe e richiederebbe di introdurre altri concetti che ci porterebbero ben oltre lo scopo di questa semplice pagina fatta per principianti







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