Aufgabenbeispiele von Informatik

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Dezimal und Hexdezimal aus Binär

Beispiel:

Gib die Zahl (1100.1100)2 sowohl im Dezimal- als auch im Hexdezimalsystem an.

Lösung einblenden

Als Dezimalzahl

20 = 1
21 = 2
22 = 4
23 = 8
24 = 16
25 = 32
26 = 64
27 = 128
28 = 256
29 = 512
...

Um die (für uns normale) Dezimalzahl zu berechnen, müssen wir einfach jede Ziffer mit der zugehörigen 2er-Potenz ihrer Stelle (siehe rechts) multiplizieren. Am besten tun wir das von rechts nach links:

(1100.1100)2 = 0⋅1 + 0⋅2 + 1⋅4 + 1⋅8 + 0⋅16 + 0⋅32 + 1⋅64 + 1⋅128= 204

Somit ergibt sich die Dezimaldarstellung von (1100.1100)2 = 204

Als Hexadezimalzahl

Jeder 4-er-Block wird in eine Hexadezimalzahl umgewandelt und diese werden hintereinander gesetzt:

(1100)2 = 1⋅8 + 1⋅4 + 0⋅2 + 0⋅1 = 12 = (C)16

(1100)2 = 1⋅8 + 1⋅4 + 0⋅2 + 0⋅1 = 12 = (C)16

Somit ergibt sich die Hexadezimaldarstellung von (1100.1100)2 = (CC)16

endliche binäre Komma-Zahl

Beispiel:

Gib die Zahl 4,8671875 als binäre Kommazahl an.

Lösung einblenden

Wir zerlegen die Zahl 4,8671875 in ihre ganze Zahl (Interger) und ihren Rest als Kommazahl,
also 4,8671875 = 4 + 0,8671875

Jetzt wandeln wir ersmal die ganze Integer-Zahl 4 in eine Binärzahl um:

20 = 1
21 = 2
22 = 4
23 = 8
24 = 16
25 = 32
26 = 64
27 = 128
28 = 256
29 = 512
...

Zuerst versuchen wir Schritt für Schritt die Zahl 4 als Summe von 2er-Potenzen (siehe rechts) zu schreiben:

4

= 1⋅4 + 0⋅2 + 0⋅1

Somit ergibt sich die Binärdarstellung von 4 = (100)2

Es hätte auch einen schnelleren Weg gegeben um die Binärdarstellung der ganzen Zahl 4 zu bestimmen:

Wir gehen nach dem folgendem Algorithmus vor, dass die Kommazahl immer halbiert und dann auf den Rest geschaut wird. Dieser Rest wird dann in die entsprechende Binärstelle geschrieben.

4 -> 4:2 = 2 Rest 0, also kommt nun an die 20-Stelle eine 0.

4 = 2⋅2 + 0, also 4 = ( 2⋅2 + 0)⋅1 = 2⋅2 + 0⋅1

2 -> 2:2 = 1 Rest 0, also kommt nun an die 21-Stelle eine 0.

2 = 1⋅2 + 0, also 4 = ( 1⋅2 + 0)⋅2 + 0⋅1 = 1⋅4 + 0⋅2 + 0⋅1

1 -> 1:2 = 0 Rest 1, also kommt nun an die 22-Stelle eine 1.

1 = 0⋅2 + 1, also 4 = ( 0⋅2 + 1)⋅4 + 0⋅2 + 0⋅1 = 0⋅8 + 1⋅4 + 0⋅2 + 0⋅1

So erhalten wir die Binärdarstellung von 4 = (100)2

Jetzt müssenn wir noch die Nachkommastellen 0,8671875 in eine binäre Kommazahl umwandeln:

Wir gehen nach dem folgendem Algorithmus vor, dass die Kommazahl immer verdoppelt wird.
Wenn dann das Ergebnis der Verdopplung > 1 ist, kommt eine 1 an die Binärstelle, ansonsten eine 0.

0.8671875 -> 0.8671875⋅2 = 1.734375, da 1.734375>1 ist, kommt nun an die 2-1-Stelle eine 1

0.8671875⋅ 1 1 = 1.734375⋅ 1 2 , also ist 0.8671875 = 1⋅ 1 2 + 0.734375⋅ 1 2

0.734375 -> 0.734375⋅2 = 1.46875, da 1.46875>1 ist, kommt nun an die 2-2-Stelle eine 1

0.734375⋅ 1 2 = 1.46875⋅ 1 4 , also ist 0.8671875 = 1⋅ 1 2 + 1⋅ 1 4 + 0.46875⋅ 1 4

0.46875 -> 0.46875⋅2 = 0.9375, da 0.9375<1 ist, kommt nun an die 2-3-Stelle eine 0

0.46875⋅ 1 4 = 0.9375⋅ 1 8 , also ist 0.8671875 = 1⋅ 1 2 + 1⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 0.9375⋅ 1 8

0.9375 -> 0.9375⋅2 = 1.875, da 1.875>1 ist, kommt nun an die 2-4-Stelle eine 1

0.9375⋅ 1 8 = 1.875⋅ 1 16 , also ist 0.8671875 = 1⋅ 1 2 + 1⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 1⋅ 1 16 + 0.875⋅ 1 16

0.875 -> 0.875⋅2 = 1.75, da 1.75>1 ist, kommt nun an die 2-5-Stelle eine 1

0.875⋅ 1 16 = 1.75⋅ 1 32 , also ist 0.8671875 = 1⋅ 1 2 + 1⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 1⋅ 1 16 + 1⋅ 1 32 + 0.75⋅ 1 32

0.75 -> 0.75⋅2 = 1.5, da 1.5>1 ist, kommt nun an die 2-6-Stelle eine 1

0.75⋅ 1 32 = 1.5⋅ 1 64 , also ist 0.8671875 = 1⋅ 1 2 + 1⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 1⋅ 1 16 + 1⋅ 1 32 + 1⋅ 1 64 + 0.5⋅ 1 64

0.5 -> 0.5⋅2 = 1, da 1>1 ist, kommt nun an die 2-7-Stelle eine 1

0.5⋅ 1 64 = 1⋅ 1 128 , also ist 0.8671875 = 1⋅ 1 2 + 1⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 1⋅ 1 16 + 1⋅ 1 32 + 1⋅ 1 64 + 1⋅ 1 128 + 0⋅ 1 128

Die Binärdarstellung von 0.8671875 ist somit 0,1101111

Zusammen mit der 4 = (100)2 von oben ergibt sich somit die binäre Kommazahl 4,8671875 = (100,1101.111)2

endliche binäre Komma-Zahl 32Bit

Beispiel:

Gib die Zahl 5,6015625 als binäre 32-Bit Kommazahl an.

Lösung einblenden

Wir zerlegen die Zahl 5,6015625 in ihre ganze Zahl (Interger) und ihren Rest als Kommazahl,
also 5,6015625 = 5 + 0,6015625

Jetzt wandeln wir ersmal die ganze Integer-Zahl 5 in eine Binärzahl um:

20 = 1
21 = 2
22 = 4
23 = 8
24 = 16
25 = 32
26 = 64
27 = 128
28 = 256
29 = 512
...

Zuerst versuchen wir Schritt für Schritt die Zahl 5 als Summe von 2er-Potenzen (siehe rechts) zu schreiben:

5 = 4 + 1

= 1⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1

Somit ergibt sich die Binärdarstellung von 5 = (101)2

Es hätte auch einen schnelleren Weg gegeben um die Binärdarstellung der ganzen Zahl 5 zu bestimmen:

Wir gehen nach dem folgendem Algorithmus vor, dass die Kommazahl immer halbiert und dann auf den Rest geschaut wird. Dieser Rest wird dann in die entsprechende Binärstelle geschrieben.

5 -> 5:2 = 2 Rest 1, also kommt nun an die 20-Stelle eine 1.

5 = 2⋅2 + 1, also 5 = ( 2⋅2 + 1)⋅1 = 2⋅2 + 1⋅1

2 -> 2:2 = 1 Rest 0, also kommt nun an die 21-Stelle eine 0.

2 = 1⋅2 + 0, also 5 = ( 1⋅2 + 0)⋅2 + 1⋅1 = 1⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1

1 -> 1:2 = 0 Rest 1, also kommt nun an die 22-Stelle eine 1.

1 = 0⋅2 + 1, also 5 = ( 0⋅2 + 1)⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1 = 0⋅8 + 1⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1

So erhalten wir die Binärdarstellung von 5 = (101)2

Jetzt müssenn wir noch die Nachkommastellen 0,6015625 in eine binäre Kommazahl umwandeln:

Wir gehen nach dem folgendem Algorithmus vor, dass die Kommazahl immer verdoppelt wird.
Wenn dann das Ergebnis der Verdopplung > 1 ist, kommt eine 1 an die Binärstelle, ansonsten eine 0.

0.6015625 -> 0.6015625⋅2 = 1.203125, da 1.203125>1 ist, kommt nun an die 2-1-Stelle eine 1

0.6015625⋅ 1 1 = 1.203125⋅ 1 2 , also ist 0.6015625 = 1⋅ 1 2 + 0.203125⋅ 1 2

0.203125 -> 0.203125⋅2 = 0.40625, da 0.40625<1 ist, kommt nun an die 2-2-Stelle eine 0

0.203125⋅ 1 2 = 0.40625⋅ 1 4 , also ist 0.6015625 = 1⋅ 1 2 + 0⋅ 1 4 + 0.40625⋅ 1 4

0.40625 -> 0.40625⋅2 = 0.8125, da 0.8125<1 ist, kommt nun an die 2-3-Stelle eine 0

0.40625⋅ 1 4 = 0.8125⋅ 1 8 , also ist 0.6015625 = 1⋅ 1 2 + 0⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 0.8125⋅ 1 8

0.8125 -> 0.8125⋅2 = 1.625, da 1.625>1 ist, kommt nun an die 2-4-Stelle eine 1

0.8125⋅ 1 8 = 1.625⋅ 1 16 , also ist 0.6015625 = 1⋅ 1 2 + 0⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 1⋅ 1 16 + 0.625⋅ 1 16

0.625 -> 0.625⋅2 = 1.25, da 1.25>1 ist, kommt nun an die 2-5-Stelle eine 1

0.625⋅ 1 16 = 1.25⋅ 1 32 , also ist 0.6015625 = 1⋅ 1 2 + 0⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 1⋅ 1 16 + 1⋅ 1 32 + 0.25⋅ 1 32

0.25 -> 0.25⋅2 = 0.5, da 0.5<1 ist, kommt nun an die 2-6-Stelle eine 0

0.25⋅ 1 32 = 0.5⋅ 1 64 , also ist 0.6015625 = 1⋅ 1 2 + 0⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 1⋅ 1 16 + 1⋅ 1 32 + 0⋅ 1 64 + 0.5⋅ 1 64

0.5 -> 0.5⋅2 = 1, da 1>1 ist, kommt nun an die 2-7-Stelle eine 1

0.5⋅ 1 64 = 1⋅ 1 128 , also ist 0.6015625 = 1⋅ 1 2 + 0⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 1⋅ 1 16 + 1⋅ 1 32 + 0⋅ 1 64 + 1⋅ 1 128 + 0⋅ 1 128

Die Binärdarstellung von 0.6015625 ist somit 0,1001101

Zusammen mit der 5 = (101)2 von oben ergibt sich somit die binäre Kommazahl 5,6015625 = (101,1001.101)2

Darstellung als 32-Bit Kommazahl:

(101,1001.101)2 = (1,0110.0110.1)2 ⋅ 22 (Normierte Darstellung)

Eigentlich müsste man die letzte Binärstelle runden, aber der Einfachheit wegen schneiden wir einfach nur ab!

Das Vorzeichen-Bit ist 0, da 5.6015625 positiv ist.

Wegen der ⋅ 22 ist der Exponent ist 2 + 127 (Exzess) = 129, oder eben (1000.0001)2.

Als Mantisse können wir einfach die Bits der normierten Darstellung abschreiben, wobei wir das erste Bit weglassen, da dieses bei der normierten Darstellung ja immer eine 1 ist (hidden bit). Somit erhalten wir:

0 10000001 011.0011.0100.0000.0000.0000

unendliche binäre Komma-Zahl

Beispiel:

Gib die Zahl 9,55 als binäre 32-Bit Kommazahl an.

Lösung einblenden

Wir zerlegen die Zahl 9,55 in ihre ganze Zahl (Interger) und ihren Rest als Kommazahl,
also 9,55 = 9 + 0,55

Jetzt wandeln wir ersmal die ganze Integer-Zahl 9 in eine Binärzahl um:

20 = 1
21 = 2
22 = 4
23 = 8
24 = 16
25 = 32
26 = 64
27 = 128
28 = 256
29 = 512
...

Zuerst versuchen wir Schritt für Schritt die Zahl 9 als Summe von 2er-Potenzen (siehe rechts) zu schreiben:

9 = 8 + 1

= 1⋅8 + 0⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1

Somit ergibt sich die Binärdarstellung von 9 = (1001)2

Es hätte auch einen schnelleren Weg gegeben um die Binärdarstellung der ganzen Zahl 9 zu bestimmen:

Wir gehen nach dem folgendem Algorithmus vor, dass die Kommazahl immer halbiert und dann auf den Rest geschaut wird. Dieser Rest wird dann in die entsprechende Binärstelle geschrieben.

9 -> 9:2 = 4 Rest 1, also kommt nun an die 20-Stelle eine 1.

9 = 4⋅2 + 1, also 9 = ( 4⋅2 + 1)⋅1 = 4⋅2 + 1⋅1

4 -> 4:2 = 2 Rest 0, also kommt nun an die 21-Stelle eine 0.

4 = 2⋅2 + 0, also 9 = ( 2⋅2 + 0)⋅2 + 1⋅1 = 2⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1

2 -> 2:2 = 1 Rest 0, also kommt nun an die 22-Stelle eine 0.

2 = 1⋅2 + 0, also 9 = ( 1⋅2 + 0)⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1 = 1⋅8 + 0⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1

1 -> 1:2 = 0 Rest 1, also kommt nun an die 23-Stelle eine 1.

1 = 0⋅2 + 1, also 9 = ( 0⋅2 + 1)⋅8 + 0⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1 = 0⋅16 + 1⋅8 + 0⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1

So erhalten wir die Binärdarstellung von 9 = (1001)2

Jetzt müssenn wir noch die Nachkommastellen 0,55 in eine binäre Kommazahl umwandeln:

Wir gehen nach dem folgendem Algorithmus vor, dass die Kommazahl immer verdoppelt wird.
Wenn dann das Ergebnis der Verdopplung > 1 ist, kommt eine 1 an die Binärstelle, ansonsten eine 0.

0.55 -> 0.55⋅2 = 1.1, da 1.1>1 ist, kommt nun an die 2-1-Stelle eine 1

0.55⋅ 1 1 = 1.1⋅ 1 2 , also ist 0.55 = 1⋅ 1 2 + 0.1⋅ 1 2

0.1 -> 0.1⋅2 = 0.2, da 0.2<1 ist, kommt nun an die 2-2-Stelle eine 0

0.1⋅ 1 2 = 0.2⋅ 1 4 , also ist 0.55 = 1⋅ 1 2 + 0⋅ 1 4 + 0.2⋅ 1 4

0.2 -> 0.2⋅2 = 0.4, da 0.4<1 ist, kommt nun an die 2-3-Stelle eine 0

0.2⋅ 1 4 = 0.4⋅ 1 8 , also ist 0.55 = 1⋅ 1 2 + 0⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 0.4⋅ 1 8

0.4 -> 0.4⋅2 = 0.8, da 0.8<1 ist, kommt nun an die 2-4-Stelle eine 0

0.4⋅ 1 8 = 0.8⋅ 1 16 , also ist 0.55 = 1⋅ 1 2 + 0⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 0⋅ 1 16 + 0.8⋅ 1 16

0.8 -> 0.8⋅2 = 1.6, da 1.6>1 ist, kommt nun an die 2-5-Stelle eine 1

0.8⋅ 1 16 = 1.6⋅ 1 32 , also ist 0.55 = 1⋅ 1 2 + 0⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 0⋅ 1 16 + 1⋅ 1 32 + 0.6⋅ 1 32

0.6 -> 0.6⋅2 = 1.2, da 1.2>1 ist, kommt nun an die 2-6-Stelle eine 1

0.6⋅ 1 32 = 1.2⋅ 1 64 , also ist 0.55 = 1⋅ 1 2 + 0⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 0⋅ 1 16 + 1⋅ 1 32 + 1⋅ 1 64 + 0.2⋅ 1 64

0.2 -> 0.2⋅2 = 0.4, da 0.4<1 ist, kommt nun an die 2-7-Stelle eine 0

0.2⋅ 1 64 = 0.4⋅ 1 128 , also ist 0.55 = 1⋅ 1 2 + 0⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 0⋅ 1 16 + 1⋅ 1 32 + 1⋅ 1 64 + 0⋅ 1 128 + 0.4⋅ 1 128

0.4 -> 0.4⋅2 = 0.8, da 0.8<1 ist, kommt nun an die 2-8-Stelle eine 0

0.4⋅ 1 128 = 0.8⋅ 1 256 , also ist 0.55 = 1⋅ 1 2 + 0⋅ 1 4 + 0⋅ 1 8 + 0⋅ 1 16 + 1⋅ 1 32 + 1⋅ 1 64 + 0⋅ 1 128 + 0⋅ 1 256 + 0.8⋅ 1 256

Die 0.4 (und dann 0.4⋅2 = 0.8) hatten wir aber schon, d.h. die binäre Kommazahl ist periodisch und beginnt jetzt wieder von vorne. Also sind ab hier immer die nächsten 4 Zahlen wieder 0.4, 0.8, 0.6 und 0.2 mit den Binärzahlen 0110.

Die Binärdarstellung von 0.55 ist somit (0,1000.1100.1100.1100.1100.1100.1100.110)2

Zusammen mit der 9 = (1001)2 von oben ergibt sich somit die binäre Kommazahl 9,55 = (1001,1000.1100.1100.1100.1100.1100.1100)2

Darstellung als 32-Bit Kommazahl:

(1001,1000.1100.1100.1100.1100.1100.1100)2 = (1,0011.0001.1001.1001.1001.1001.1001.100)2 ⋅ 23 (Normierte Darstellung)

Eigentlich müsste man die letzte Binärstelle runden, aber der Einfachheit wegen schneiden wir einfach nur ab!

Das Vorzeichen-Bit ist 0, da 9.55 positiv ist.

Wegen der ⋅ 23 ist der Exponent ist 3 + 127 (Exzess) = 130, oder eben (1000.0010)2.

Als Mantisse können wir einfach die Bits der normierten Darstellung abschreiben, wobei wir das erste Bit weglassen, da dieses bei der normierten Darstellung ja immer eine 1 ist (hidden bit). Somit erhalten wir:

0 10000010 001.1000.1100.1100.1100.1100

Binäres Addieren

Beispiel:

Berechne ohne die Binärzahlen in Dezimalzahlen umzuwandeln:

               ( 1001.0110)2
            + (1.0001.1110)2

Lösung einblenden

Wir schreiben die beiden Binärzahlen untereinander und gehen wie beim schriftlichen Addieren von Dezimalzahlen vor:

               ( 1001.0110)2
            + (1.0001.1110)2
                   11 11 
              (1 1011 0100)2

negative Binärzahlen

Beispiel:

Gegeben ist die 8-Bit-Binärzahl (0100.0011)2 = 67.

Bestimme -67 als 8-Bit-Binärzahl (in der Zweierkomplement-Darstellung):

Lösung einblenden

Wir invertieren im ersten Schritt unsere Binärzahl (d.h. aus jeder 0 wird eine 1 und aus jeder 1 wird eine 0).

so wird (0100.0011)2
zu (1011.1100)2

Jetzt müssen wir nur noch die binäre 1 auf diese invertierte Zahl draufaddieren:

               ( 1011.1100)2
             + ( 0000.0001)2
                         
               ( 1011 1101)2

Binäres Subtrahieren

Beispiel:

Berechne ohne die Binärzahlen in Dezimalzahlen umzuwandeln:

               ( 0101.1010)2
             - ( 0010.1110)2

Lösung einblenden

Wir wandeln erst den Subtrahend b, also die untere Zahl, die angezogen wird, in ihre negative Zahl um, so dass wir dann einfach die beiden Zahlen addieren können (a-b = a+(-b).

Wir invertieren im ersten Schritt unsere Binärzahl (d.h. aus jeder 0 wird eine 1 und aus jeder 1 wird eine 0).

so wird (0010.1110)2
zu (1101.0001)2

Jetzt müssen wir nur noch die binäre 1 auf diese invertierte Zahl draufaddieren:

               ( 1101.0001)2
             + ( 0000.0001)2
                        1
               ( 1101 0010)2

Jetzt können wir einfach a=(0101.1010)2 und -b = (1101.0010)2 addieren:

               ( 0101.1010)2
             + ( 1101.0010)2
               1 1 1   1 
              (1 0010 1100)2

Da wir ja aber nur 8-Bit Speicherplatz haben "verpufft der Overflow" und als Ergebnis stehen nur die 8 rechten Bit:

(0010.1100)2

Binäres Multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne die Binärzahlen in Dezimalzahlen umzuwandeln:

(111.1110)2 ⋅ (11)2 =

Lösung einblenden

Der zweite Faktor (11)2 lässt sich als Summe von reinen 2-er-Potenzen schreiben:

                        (1)2
                    +  (10)2
                       (11)2

somit gilt:

(111.1110)2 ⋅ (11)2 = 111.1110 ⋅ (10 + 1)

Das Multiplizieren mit einer 2-er-Potenz bedeutet aber ja, dass man einfach die entsprechende Anzahl an Nullen hintenanhängt, somit gilt:

(111.1110)2 ⋅ (11)2 = (1111.1100)2 + (111.1110)2

Diese 2 Summanden können wir nun schrittweise addieren:

                 (111.1110)2
             + ( 1111.1100)2
               1 1111 1  
              (1 0111 1010)2

Das Ergebnis ist somit: (1.0111.1010)2

(Zum Vergleich in Dezimalzahlen: 126 ⋅ 3 = 378)

Binäres Dividieren

Beispiel:

Berechne ohne die Binärzahlen in Dezimalzahlen umzuwandeln:

(1.1000.0110)2 : (1111)2 =

Lösung einblenden
110000110 : 1111 = 11010    
- 1111                       
10010                      
- 1111                      
00111                     
- 0000                     
01111                    
- 1111                    
00000                   
- 0000                   
0000                   
  • Die obige Differenz (11000)2 - (1111)2 = (1001)2 kann man entweder mit binärer Subtraktion berechnen oder - oft schneller - durch Umrechnen in Dezimalzahlen: 24 - 15 = 9
  • Die obige Differenz (10010)2 - (1111)2 = (11)2 kann man entweder mit binärer Subtraktion berechnen oder - oft schneller - durch Umrechnen in Dezimalzahlen: 18 - 15 = 3
  • Die obige Differenz (01111)2 - (1111)2 = (0)2 kann man entweder mit binärer Subtraktion berechnen oder - oft schneller - durch Umrechnen in Dezimalzahlen: 15 - 15 = 0

(Zum Vergleich in Dezimalzahlen: 390 : 15 = 26)