☰ خطة العام · تكنولوجيا المعلومات والاتصالات (بالعربية)

الأعداد وراء الصوت والصور والفيديو

الأسبوع 5 · الوحدة ٦ «تصميم المعلومات» (٢): العمليات الحسابية والمكمّلات، رقمنة الصوت والصور والفيديو والضغط، تصميم المعلومات · 3 دروس
1

الحساب بالنظام الثنائي: الجمع والإزاحة والأعداد السالبة

ICT Secondary 1 Term 1, Chapter 6, Lessons 6-5 to 6-10: pp. 74–95
الهدفأجمع الأعداد الثنائية مع الحمل، وأزيح البتات، وأكتب العدد السالب بمتمم الاثنين.
كلمات جديدة
الحمل (⁦carry⁩) · الرقم ⁦1⁩ الذي ينتقل إلى المنزلة التالية حين يبلغ مجموع المنزلة ٢ أو أكثرالإزاحة (⁦shift⁩) · تحريك كل البتات منزلة واحدة إلى اليسار أو اليمينمتمم الاثنين (⁦two’s complement⁩) · قلب كل البتات ثم إضافة ⁦1⁩: طريقة كتابة العدد السالبالفيض (⁦overflow⁩) · ناتج يحتاج إلى بتات أكثر من المتاحة
الشرح

الجمع الثنائي يشبه الجمع العشري، عمودًا بعد عمود ومن اليمين. القواعد: ⁦0 + 0 = 0⁩ و⁦0 + 1 = 1⁩ و⁦1 + 1 = 10⁩ (نكتب ٠ ونحمل ١). وإذا كان في العمود حمل أيضًا فإن ⁦1 + 1 + 1 = 11⁩ (نكتب ١ ونحمل ١). وإزاحة كل البتات منزلة إلى اليسار تضاعف العدد: ⁦0000 0101⁩ (٥) تصبح ⁦0000 1010⁩ (١٠). والإزاحة إلى اليمين تنصّفه مع إسقاط البت الأخير: ⁦0000 0111⁩ (٧) تصبح ⁦0000 0011⁩ (٣). ولكتابة عدد سالب في ٨ بتات نوجد متمم الواحد (قلب كل البتات) ثم نضيف ١؛ وهذا متمم الاثنين. فللعدد ‎−٥: العدد ⁦0000 0101⁩ ينقلب إلى ⁦1111 1010⁩ ثم نضيف ١ فنحصل على ⁦1111 1011⁩. وللتحقق نجمع العدد وسالبه: ⁦0000 0101 + 1111 1011 = 1 0000 0000⁩، والبت التاسع لا يتسع له ٨ بتات فتكون النتيجة ⁦0000 0000⁩. وبهذه الطريقة يمكن في ٨ بتات كتابة الأعداد من ‎−١٢٨ إلى +١٢٧. ويحدث الفيض حين يحتاج الناتج إلى بتات أكثر من المتاحة: ففي ٤ بتات ⁦1011 + 0110 = 10001⁩ لكن لا يتسع إلا ⁦0001⁩. والفكرة نفسها تعمل في العشري: بمنزلة واحدة يكون متمم العشرة للعدد ٣ هو ١٠ − ٣ = ٧، والمجموع ٣ + ٧ = ١٠ يسقط حمله.

جمع ٠١١٠ ١٠١١ (١٠٧) و٠٠١٠ ٠١١٠ (٣٨)البتات من اليسار إلى اليمين
الحمل إلى العمود1 1 0 1 1 1 0 0
العدد الأول0 1 1 0 1 0 1 1
العدد الثاني0 0 1 0 0 1 1 0
المجموع1 0 0 1 0 0 0 1
أمثلة محلولة
خطوة العمود٤ بتات
العدد الأول1 0 1 1
العدد الثاني0 1 1 0
المجموع الحقيقي (٥ بتات)1 0 0 0 1
ما تحتفظ به ٤ بتات0 0 0 1
المجموع ⁦1001 0001⁩ يساوي ١٢٨ + ١٦ + ١ = ١٤٥، و١٠٧ + ٣٨ = ١٤٥، فالجمع صحيح. والآن الفيض: في سجل من ٤ بتات، ⁦1011⁩ (١١) + ⁦0110⁩ (٦) = ١٧، وهذا يحتاج إلى ٥ بتات (⁦10001⁩). يحتفظ السجل بـ ⁦0001⁩ فقط، فيكون الجواب خاطئًا. والعلاج بتات أكثر.
الخطوةالبتات
٥0000 0101
نقلب كل بت1111 1010
نضيف ١: هذا هو ‎−٥1111 1011
تحقق: ٥ + (‎−٥)، ٨ بتات0000 0000
متمم الاثنين للعدد ٥ في ٨ بتات خطوة بخطوة مع التحقق.
نشاط الفصل

اكتب ٧ في ٨ بتات. أوجد متمم الاثنين لها لتحصل على ‎−٧، وتحقق من أن ٧ + (‎−٧) يعطي ⁦0000 0000⁩ في ٨ بتات. ثم أزح ٧ منزلة إلى اليسار وقل أي عدد تحصل عليه.

تدرّب
1
اجمع ⁦0110⁩ و⁦0011⁩.
2
ماذا تعطي إزاحة ⁦0000 0100⁩ منزلة إلى اليسار؟
3
اكتب ‎−٤ في ٨ بتات: ⁦4 = 0000 0100⁩.
4
ما الفيض؟