కంప్యూటర్ నాలెడ్జ్ (Computer Awareness) / కంప్యూటర్ ప్రాథమికాంశాలు (Computer Fundamentals)

నంబర్ సిస్టమ్ – బైనరీ (Number Systems)

బైనరీ, డెసిమల్, ఆక్టల్, హెక్సాడెసిమల్ సంఖ్యా పద్ధతులు, మార్పిడి విధానాలు, బైనరీ లెక్కలు, ASCII, Unicode, లాజిక్ గేట్లు – ఉదాహరణలతో.

7 notes 60 questions

Notes in this chapter

  1. 1సంఖ్యా పద్ధతులు – బేస్, రకాలు (Number Systems and Base)Read notePractice 9
  2. 2డెసిమల్ నుండి బైనరీ మార్పిడి (Decimal to Binary Conversion)Read notePractice 6
  3. 3బైనరీ నుండి డెసిమల్ మార్పిడి (Binary to Decimal Conversion)Read notePractice 7
  4. 4ఆక్టల్, హెక్సాడెసిమల్ మార్పిడులు (Octal & Hexadecimal Conversions)Read notePractice 12
  5. 5బైనరీ కూడిక, తీసివేత (Binary Arithmetic)Read notePractice 9
  6. 6కంప్యూటర్ కోడ్‌లు – ASCII, Unicode, BCD (Computer Codes)Read notePractice 9
  7. 7లాజిక్ గేట్లు – AND, OR, NOT, NAND, NOR (Logic Gates)Read notePractice 8
By ExamBadi

1. సంఖ్యా పద్ధతులు – బేస్, రకాలు (Number Systems and Base)

సంఖ్యలను రాయడానికి వాడే పద్ధతిని సంఖ్యా పద్ధతి (Number System) అంటారు. ప్రతి పద్ధతికి ఒక 'బేస్' లేదా 'రేడిక్స్' (Base/Radix) ఉంటుంది. బేస్ అంటే ఆ పద్ధతిలో వాడే మొత్తం అంకెల సంఖ్య.

ముఖ్య విషయాలు

  • డెసిమల్ (Decimal) – బేస్ 10: అంకెలు 0 నుండి 9 వరకు (10 అంకెలు). మనం రోజూ వాడేది ఇదే.
  • బైనరీ (Binary) – బేస్ 2: అంకెలు 0, 1 మాత్రమే. కంప్యూటర్ అర్థం చేసుకునే పద్ధతి. ప్రతి అంకెను 'బిట్' (Bit) అంటారు.
  • ఆక్టల్ (Octal) – బేస్ 8: అంకెలు 0 నుండి 7 వరకు (8 అంకెలు). 8, 9 ఉండవు.
  • హెక్సాడెసిమల్ (Hexadecimal) – బేస్ 16: అంకెలు 0–9 మరియు అక్షరాలు A–F (మొత్తం 16).
  • A = 10, B = 11, C = 12, D = 13, E = 14, F = 15.
  • స్థాన విలువ (Positional Value): ప్రతి అంకె విలువ దాని స్థానాన్ని బట్టి బేస్ యొక్క ఘాతం (power) గా మారుతుంది.
  • డెసిమల్: ...1000, 100, 10, 1 (10³, 10², 10¹, 10⁰)
  • బైనరీ: ...8, 4, 2, 1 (2³, 2², 2¹, 2⁰)
  • సూచించే విధానం: బేస్‌ను చిన్న అంకెగా కింద రాస్తారు, ఉదా: (1011)₂, (25)₁₀, (17)₈, (2F)₁₆.
  • కంప్యూటర్ ఎందుకు బైనరీ వాడుతుంది?: ఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్‌లో రెండు స్థితులే (స్విచ్ ఆన్ = 1, ఆఫ్ = 0) సులభంగా గుర్తించగలవు కాబట్టి.

సులభమైన ఉదాహరణ

డెసిమల్ సంఖ్య 345 = 3×100 + 4×10 + 5×1. బైనరీ 101 = 1×4 + 0×2 + 1×1 = 5.

2. డెసిమల్ నుండి బైనరీ మార్పిడి (Decimal to Binary Conversion)

డెసిమల్ సంఖ్యను బైనరీగా మార్చడానికి సులభ పద్ధతి 'రెండుతో భాగించడం' (Repeated Division by 2). భాగహారం చేస్తూ మిగిలిన శేషాలను (Remainders) నమోదు చేసి, కింద నుండి పైకి చదవాలి.

ముఖ్య విషయాలు

  • పద్ధతి:
    1. సంఖ్యను 2 తో భాగించండి; శేషం (0 లేదా 1) రాయండి.
    2. భాగఫలాన్ని మళ్లీ 2 తో భాగించండి; భాగఫలం 0 అయ్యే వరకు కొనసాగించండి.
    3. శేషాలను కిందినుండి పైకి (చివరి శేషం నుండి మొదటి శేషం వరకు) చదవండి.
  • ఉదాహరణ 1: (25)₁₀ → బైనరీ
  • 25 ÷ 2 = 12, శేషం 1
  • 12 ÷ 2 = 6, శేషం 0
  • 6 ÷ 2 = 3, శేషం 0
  • 3 ÷ 2 = 1, శేషం 1
  • 1 ÷ 2 = 0, శేషం 1
  • కింద నుండి పైకి: 11001. కాబట్టి (25)₁₀ = (11001)₂.
  • ఉదాహరణ 2: (45)₁₀ → బైనరీ
  • 45 ÷ 2 = 22 శేషం 1
  • 22 ÷ 2 = 11 శేషం 0
  • 11 ÷ 2 = 5 శేషం 1
  • 5 ÷ 2 = 2 శేషం 1
  • 2 ÷ 2 = 1 శేషం 0
  • 1 ÷ 2 = 0 శేషం 1.
  • చదవగా: 101101.
  • షార్ట్‌కట్ పద్ధతి (2 యొక్క ఘాతాలు): 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1 వాడండి. 45 = 32 + 8 + 4 + 1 → ఆ స్థానాల్లో 1, మిగిలిన స్థానాల్లో 0 → 101101.
  • తనిఖీ: 101101 = 32 + 0 + 8 + 4 + 0 + 1 = 45 ✓.

గుర్తుంచుకునే చిట్కా 2 యొక్క ఘాతాలు గుర్తుంచుకోండి: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024. ఇవి బైనరీ లెక్కలన్నిటికీ ఉపయోగపడతాయి.

3. బైనరీ నుండి డెసిమల్ మార్పిడి (Binary to Decimal Conversion)

బైనరీ సంఖ్యను డెసిమల్‌గా మార్చడం చాలా సులభం. ప్రతి అంకెను దాని స్థాన విలువ (2 యొక్క ఘాతం) తో గుణించి, అన్నీ కలపాలి.

ముఖ్య విషయాలు

  • పద్ధతి: కుడివైపు చివరి అంకె నుండి స్థానాలు 2⁰, 2¹, 2², 2³... గా లెక్కించండి. 1 ఉన్న స్థానాల విలువలను మాత్రమే కూడండి.
  • ఉదాహరణ 1: (1011)₂ → డెసిమల్
  • 1×8 + 0×4 + 1×2 + 1×1 = 8 + 0 + 2 + 1 = 11.
  • ఉదాహరణ 2: (11010)₂ → డెసిమల్
  • 1×16 + 1×8 + 0×4 + 1×2 + 0×1 = 16 + 8 + 2 = 26.
  • ఉదాహరణ 3: (1111)₂ → డెసిమల్
  • 8 + 4 + 2 + 1 = 15. (4-బిట్ గరిష్ఠ విలువ 15)
  • n బిట్లతో గరిష్ఠ విలువ:
    1. 2ⁿ − 1. అంటే 8 బిట్లతో గరిష్ఠం 255
    2. 4 బిట్లతో 15
    3. 16 బిట్లతో 65,535.
  • n బిట్లతో సంఖ్యల సంఖ్య: 2ⁿ. 8 బిట్లతో 256 వేర్వేరు విలువలు (0 నుండి 255).
  • కనీస బిట్లు: ఒక సంఖ్యను రాయడానికి కావలసిన బిట్ల సంఖ్య – 2 యొక్క ఘాతాన్ని చూసి కనుగొనవచ్చు. ఉదా: 13 కు 4 బిట్లు (1101).
  • పూర్ణాంకం తర్వాత భిన్నం: బైనరీ పాయింట్ తర్వాత అంకెలకు 2⁻¹, 2⁻²... విలువలు (0.5, 0.25...). ఉదా: (0.1)₂ = 0.5.

గుర్తుంచుకునే చిట్కా కుడినుండి ఎడమకు 1, 2, 4, 8, 16, 32... అని పైన రాసుకొని, ఏ స్థానాల్లో 1 ఉందో అవి కూడండి.

సులభమైన ఉదాహరణ

(101)₂ అంటే 4 + 0 + 1 = 5. అంటే '5 రూపాయలను 4 రూపాయల నాణెం + 1 రూపాయి నాణెం' గా ఇచ్చినట్టు ఊహించండి.

4. ఆక్టల్, హెక్సాడెసిమల్ మార్పిడులు (Octal & Hexadecimal Conversions)

ఆక్టల్, హెక్సాడెసిమల్ పద్ధతులు పొడవైన బైనరీ సంఖ్యలను చిన్నగా రాయడానికి వాడతారు. ఎందుకంటే 8 = 2³, 16 = 2⁴. అందుకే బైనరీతో వీటి మార్పిడి చాలా సులభం.

ముఖ్య విషయాలు

  • బైనరీ → ఆక్టల్: బైనరీ అంకెలను కుడినుండి 3 చొప్పున గ్రూపులుగా విభజించి, ప్రతి గ్రూప్‌కు ఆక్టల్ అంకె రాయండి.
  • ఉదా: (101110)₂ → 101 | 110 → 5 | 6 → (56)₈.
  • ఆక్టల్ → బైనరీ: ప్రతి ఆక్టల్ అంకెను 3 బిట్లుగా రాయండి.
  • ఉదా: (75)₈ → 7 = 111, 5 = 101 → (111101)₂.
  • బైనరీ → హెక్సాడెసిమల్: కుడినుండి 4 చొప్పున గ్రూపులు.
  • ఉదా: (10101111)₂ → 1010 | 1111 → A | F → (AF)₁₆.
  • హెక్సాడెసిమల్ → బైనరీ: ప్రతి అంకెను 4 బిట్లుగా రాయండి.
  • ఉదా: (2F)₁₆ → 2 = 0010, F = 1111 → (00101111)₂.
  • హెక్సా → డెసిమల్: (2F)₁₆ = 2×16 + 15 = 47. (FF)₁₆ = 15×16 + 15 = 255.
  • డెసిమల్ → హెక్సా (16 తో భాగించడం): (156)₁₀ → 156 ÷ 16 = 9 శేషం 12 (C) → (9C)₁₆.
  • ఆక్టల్ → డెసిమల్: (17)₈ = 1×8 + 7 = 15.
  • హెక్సాడెసిమల్ వాడకం: రంగుల కోడ్‌లు (HTML లో #FF0000 = ఎరుపు), మెమరీ చిరునామాలు, MAC అడ్రస్.

గుర్తుంచుకునే చిట్కా ఆక్టల్ = 3 బిట్ల గ్రూపులు (8 = 2³); హెక్సా = 4 బిట్ల గ్రూపులు (16 = 2⁴). కొన్నిసార్లు గ్రూప్ నింపడానికి ఎడమవైపు 0 లు చేర్చాలి.

సులభమైన ఉదాహరణ

మీరు 8 అంకెల బైనరీ సంఖ్య 11111111 ను హెక్సాలో 'FF' అని ఇద్దరే అక్షరాలతో రాయవచ్చు – ఇదే దాన్ని చిన్నదిగా చూపే మార్గం.

5. బైనరీ కూడిక, తీసివేత (Binary Arithmetic)

బైనరీ లెక్కలు డెసిమల్ లెక్కల్లాగే ఉంటాయి, కానీ అంకెలు 0, 1 మాత్రమే కాబట్టి కొన్ని నియమాలు గుర్తుంచుకుంటే చాలు.

ముఖ్య విషయాలు

  • బైనరీ కూడిక నియమాలు:
    1. 0 + 0 = 0
    2. 0 + 1 = 1
    3. 1 + 0 = 1
    4. 1 + 1 = 10 (అంటే 0 రాసి, 1 'క్యారీ' (Carry) చేయాలి)
    5. 1 + 1 + 1 = 11 (1 రాసి, 1 క్యారీ)
  • బైనరీ తీసివేత నియమాలు:
    1. 0 − 0 = 0; 1 − 0 = 1; 1 − 1 = 0
    2. 0 − 1 = 1 (పక్క అంకె నుండి 1 'బారో' (Borrow) చేసుకోవాలి)
  • ఉదాహరణ 1: 1011 + 110
  • కుడినుండి:
    1. 1+0 = 1
    2. 1+1 = 10 → 0 రాసి 1 క్యారీ
    3. 0+1+1(క్యారీ) = 10 → 0 రాసి 1 క్యారీ
    4. 1+1(క్యారీ) = 10 → 0 రాసి 1 క్యారీ
    5. చివరి క్యారీ 1.
  • ఫలితం: 10001. తనిఖీ: 11 + 6 = 17 = (10001)₂ ✓.
  • ఉదాహరణ 2: 1101 − 101
  • ఫలితం: 1000. తనిఖీ: 13 − 5 = 8 = (1000)₂ ✓.
  • ఉదాహరణ 3: 111 + 1 = 1000 (7 + 1 = 8).
  • బైనరీ గుణకారం:
    1. 1 × 1 = 1
    2. మిగిలినవి 0. బైనరీని ఎడమవైపు ఒక స్థానం జరిపితే 2 తో గుణించినట్టే.
  • 1's కాంప్లిమెంట్ (1's Complement): బైనరీ సంఖ్యలో 0 లను 1 గా, 1 లను 0 గా మార్చడం. 2's కాంప్లిమెంట్ = 1's కాంప్లిమెంట్ + 1. రుణ సంఖ్యలను కంప్యూటర్లో నిల్వ చేయడానికి 2's కాంప్లిమెంట్ వాడతారు.

సులభమైన ఉదాహరణ

కరెంట్ స్విచ్ లాగా 1 + 1 = 10 అంటే 'రెండు ఆన్‌లు కలిస్తే ఒక చోట 0, తర్వాత స్థానంలో 1' అని అర్థం చేసుకోండి.

6. కంప్యూటర్ కోడ్‌లు – ASCII, Unicode, BCD (Computer Codes)

కంప్యూటర్ అక్షరాలు, అంకెలు, చిహ్నాలను నేరుగా నిల్వ చేయలేదు. ప్రతి అక్షరానికి ఒక సంఖ్య కోడ్ (బైనరీ రూపంలో) కేటాయిస్తారు. ఈ కోడింగ్ ప్రమాణాలు పరీక్షలకు ముఖ్యం.

ముఖ్య విషయాలు

  • ASCII (American Standard Code for Information Interchange):
    1. ప్రామాణిక ASCII 7 బిట్లు వాడుతుంది → 2⁷ = 128 అక్షరాలు (0 నుండి 127).
    2. ఎక్స్‌టెండెడ్ ASCII 8 బిట్లు → 256 అక్షరాలు.
    3. ముఖ్య విలువలు: 'A' = 65, 'Z' = 90, 'a' = 97, 'z' = 122, '0' = 48.
    4. చిన్న అక్షరం – పెద్ద అక్షరం తేడా = 32 (ఉదా: 'a' 97 − 'A' 65).
  • EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code):
    1. IBM అభివృద్ధి చేసిన 8-బిట్ కోడ్ (256 అక్షరాలు)
    2. పాత IBM మెయిన్‌ఫ్రేమ్‌లలో వాడేవారు.
  • BCD (Binary Coded Decimal): ప్రతి డెసిమల్ అంకెకు 4 బిట్లు. ఉదా: 25 → 0010 0101.
  • Unicode: ప్రపంచంలోని అన్ని భాషల అక్షరాలను (తెలుగు, హిందీ, చైనీస్ సహా) సూచించే సార్వత్రిక కోడింగ్. UTF-8, UTF-16 దీని రూపాలు. తెలుగులో కంప్యూటర్‌లో రాయడం సాధ్యమైంది Unicode వల్లే.
  • Unicode కు ఇంగ్లీష్ భాగంలో ASCII తో అనుకూలత ఉంటుంది.
  • ISCII (Indian Script Code for Information Interchange): భారతీయ లిపుల కోసం 8-బిట్ కోడ్.
  • గ్రే కోడ్ (Gray Code): వరుస సంఖ్యల మధ్య ఒకే బిట్ తేడా ఉండే కోడ్.
  • పారిటీ బిట్ (Parity Bit): డేటా ప్రసారంలో లోపాలు గుర్తించడానికి చేర్చే అదనపు బిట్.

గుర్తుంచుకునే చిట్కా ASCII = 128 (7 బిట్), Extended ASCII = 256 (8 బిట్), Unicode = అన్ని భాషలు.

సులభమైన ఉదాహరణ

కీబోర్డ్‌పై 'A' నొక్కగానే కంప్యూటర్ అర్థం చేసుకునేది 65 (బైనరీలో 1000001). అదే 'a' నొక్కితే 97.

7. లాజిక్ గేట్లు – AND, OR, NOT, NAND, NOR (Logic Gates)

లాజిక్ గేట్లు డిజిటల్ సర్క్యూట్‌ల ప్రాథమిక నిర్మాణ ఘటాలు (Building Blocks). ఇవి బైనరీ ఇన్‌పుట్‌లను (0, 1) తీసుకొని ఒక అవుట్‌పుట్ ఇస్తాయి. CPU లోని ALU ఇవే గేట్లతో తయారవుతుంది.

ముఖ్య విషయాలు

  • AND గేట్:
    1. రెండు ఇన్‌పుట్‌లూ 1 అయితేనే అవుట్‌పుట్ 1. (1 AND 1 = 1
    2. మిగిలిన అన్నీ 0)
  • OR గేట్: ఏ ఒక్క ఇన్‌పుట్ 1 అయినా అవుట్‌పుట్ 1. రెండూ 0 అయితేనే 0.
  • NOT గేట్ (Inverter):
    1. ఒకే ఇన్‌పుట్
    2. విలోమం (వ్యతిరేకం) ఇస్తుంది. NOT 1 = 0
    3. NOT 0 = 1.
  • NAND గేట్:
    1. AND ఫలితానికి NOT. రెండు ఇన్‌పుట్‌లూ 1 అయితేనే అవుట్‌పుట్ 0
    2. మిగిలినప్పుడు 1.
  • NOR గేట్:
    1. OR ఫలితానికి NOT. రెండూ 0 అయితేనే అవుట్‌పుట్ 1
    2. మిగిలినప్పుడు 0.
  • XOR గేట్ (Exclusive OR):
    1. ఇన్‌పుట్‌లు వేరుగా ఉంటే అవుట్‌పుట్ 1
    2. ఒకేలా ఉంటే 0.
  • XNOR గేట్:
    1. XOR ఫలితానికి NOT
    2. ఇన్‌పుట్‌లు ఒకేలా ఉంటే 1.
  • యూనివర్సల్ గేట్లు (Universal Gates): NAND మరియు NOR. వీటితో ఏ ఇతర గేటునైనా తయారు చేయవచ్చు.
  • బూలియన్ ఆల్జీబ్రా (Boolean Algebra): లాజిక్ గేట్ల గణితం. దీన్ని జార్జ్ బూల్ (George Boole) రూపొందించారు.
  • ఫ్లిప్-ఫ్లాప్ (Flip-Flop):
    1. ఒక బిట్‌ను నిల్వ చేసే సర్క్యూట్
    2. మెమరీ, రిజిస్టర్‌లకు ఆధారం.
  • సాధారణ ఉపయోగం: AND – ఇన్‌పుట్‌లన్నీ సరిగా ఉంటేనే పని చేయాలి (ఉదా: భద్రతా వ్యవస్థ). OR – ఏదైనా ఒకటి చాలు.

సులభమైన ఉదాహరణ

AND = 'పరీక్షకు హాజరై, ఫీజు కూడా కడితేనే హాల్ టికెట్'. OR = 'ఫోన్ లేదా ఈమెయిల్ ఏదైనా ఒకటి ఇస్తే చాలు'. NOT = 'అవునును కాదుగా మార్చడం'.