二进制本质:几八几四几二几一
摘要:二进制是数字技术的根基。中小学生在信息技术课程中就需要开始学习二进制的相关知识。多年来,在二进制的教学中,讲授者普遍照搬教材内容,依葫芦画瓢,死板教条地用公式法来表达二进制的计数原理,用短除取余法来进行十进制数与二进制数之间的转换。这种方法,只是简单地教学生“怎么做?”却很难让学生明白“为什么?”学习者在初学阶段,很难真正理解那些枯燥的数学表达式,极易产生畏惧情绪和抵触心理,进而严重影响后续进阶知识的学习。所以,我们必须另辟蹊径,在二进制入门教学阶段就下足功夫,使讲授内容具有趣味性、直观性和可操作性。从生活经验和原有十进制常识出发,引入二进制知识,使学习者在避开繁冗数学表达式的前提下也能真正理解二进制计数原理,通过草稿勾划甚至心算就能比较轻松地完成十进制数和二进制数之间的相互转换。
关键词:十进制、二进制、二进制转换、8421序列、几八几四几二几一
1、二进制教学中存在的问题。
1.1教材内容不够生动。二进制是计算机系统内核使用的计数制,二进制相关知识在计算机、数控、电子等专业的教材中是不可或缺的重要内容,中小学信息技术教材中也不同程度地讲述了二进制知识。现行许多相关教材普遍都是从生活中存在多种计数制这种现象来引入二进制,逐步介绍二进制的数码符号、进位关系、四则运算、二进制数与十进制数的相互转换规则等内容,脱离学生生活实际和原有知识基础,内容枯燥,缺乏趣味性。在十进制数转换为二进制数这个知识点上,都是采用逐步除2取余反序列出二进制数码的方法。实际上,这种方法只是简单地教学生“怎么做?”却很难让学生明白“为什么?”。学生就算把习题算出答案了,内心仍是一头雾水,不知所以。
1.2教师的讲授内容缺乏创新。二进制是非常重要的知识,入门阶段的教学效果会严重影响学生后续的学习态度,甚至在很大程度上影响到他们未来的学业深造和择业方向。面对初学者,教师在授课时如果不能激发起他们的浓厚兴趣,那他们后续的学习将会变得很被动。比如二进制数转换成十进制数这个知识点,老师们在讲授时普遍使用2的n次幂逐项相加的方法,硬生生的把二进制变成了数学题。实际上,可以使用很直观的8421比表装填法,不仅容易计算,而且能帮助理解。学习二进制,目的是开拓新视野,培养新思路,而不应该只是多做几道数学题。
2、由十进制引入二进制。
2.1十进制的产生。人类认识世界和改造世界总是遵循着由近及远、由已知到未知、由简单到复杂的原则。上古时代,人类自然而然地把双手10根手指作为首选计数工具[1]。为了腾出双手做其他更重要的事,除了临时性的小数值计数外,普遍使用与双手十指同等数目的小石头、贝壳等其他小物件代替手指。10个小石头能记录的数值很有限,无法完成较大数值的记录。当需要记录比较大的数值(比如果树相近两次开花之间间隔的天数)时,古人摸索出了进位的计数方法,当堆满10个小石头后,在旁边另放一个小石头,这个小石头以一当十,这就是进位的概念。然后把第一堆10个小石头挪出来,在后续计数中重复使用。同理,第二堆小石头又满10个时再次进位,这就产生了“个”、“十”、“百”、“千”等数位的概念。这种朴素的计数方法沿用至今,就是现在我们生产生活中普遍使用的十进制,它的基本规则是满十进一。
2.2其它计数制。十进制是因为人类双手有10根手指而产生的,而我们所处的世界是多元化的,各种事物各有其特点和规律,和它们对应的数值并不都是以10为基数。比如,把啤酒瓶装进纸厢里,每个纸厢装12瓶比装10瓶更整齐也更合理,12瓶为1厢就是十二进制。记录日期和时间的年、月、日、时、分、秒是一套综合进制,里面包含了十二进制、三十进制、二十四进制、六十进制等。计算机系统存储和读取数据则普遍使用二进制和十六进制。
2.3计算机系统中采用二进制的原因。首先举个例,一个人用手臂举起和放下的手势向另一个人传递信息,如果手臂举到不同的高度分别表示0-9十个数,很难准确比划,也很难准确识别。如果改变一下规则,不用比划十个数,只比划0和1两个数,手臂放下表示0,手臂举起表示1,比划和识别都变得很容易、很准确了。计算机系统里的数值是以电信号来表示的,十进制中,每一位数有0-9十种可能的状态,如果采用十进制,那就需要10种不同电平的电信号,制造成本高,运行效率低,抗干扰能力弱。电信号本身具有两种明确且稳定的状态:“高电平”和“低电平”(可以简单理解为“通”和“断”),直接用这两种状态来表示数值的大小,一方面容易实现,同时运行效率高,抗干扰能力强[2]。反复使用两种不同状态的电信号(书写时用数码符号)来表示数值的大小,这就是二进制。
3、计数制中的相关概念。
3.1数码:人为规定的用于计数的符号。十进制中需要0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个数码符号。二进制中则只需要0和1两个数码符号。十六进制需要16个数码符号,除了沿用十进制中0-9外,增加了A、B、C、D、E、F六个字母,分别表示10、11、12、13、14、15。几种常用计数制中数的书写举例:十进制数“237”,二进制数“1101”,十六进制数“27E1”。特别提醒:二进制中只使用0和1两个数码符号,任何一个二进制数中不可能出现2、3等额外的符号。
3.2基数:计数制中所使用数码的个数[3]。其实在几进制的名称里就显示出来了,十进制使用10个数码符号,基数就是10。二进制使用0和1两个数码符号,基数就是2。基数还有另一层意思,即计数制中的一位能表示多少种状态,十进制中的一位可表示0-9共10种状态,二进制中的一位仅可表示0和1两种状态。
3.3位权:处于不同数位的数码代表的数值大小。十进制中237这个数,从右到左(从低位到高位),第一位7表示7个1,第二位3表示3个10,第三位2表示2个100,这里的1、10、100(俗称“个”、“十”、“百”、“千”)就是位权值,它和计数制密切相关,十进制从右到左每位的位权值依次是10^0,10^1,10^2……十进制满十进一,每高出一位,它的位权值就变成前一个位权值的10倍。同理,二进制满二进一,每高出一位,它的位权值就变成前一个位权值的2倍,二进制从右到左(低位到高位)每位的位权值依次是2^0,2^1,2^2……,也就是1、2、4、8……这样不断翻倍的等比数列(以下简称“8421序列”)。二进制中1101这个数,从右到左,第一位1表示1个1,第二位0表示0个2,第三位1表示1个4,第四位1表示1个8,这里的“1”、“2”、“4”、“8”就相当于十进制里的“个”、“十”、“百”、“千”。将所有数位的权值相加就得出这个数的实际大小,二进制数1101等于十进制中的13,记为(1101)2=(13)10。
4、二进制数转换成十进制数的方法——位权相加。
4.1熟记8421序列。二进制数的位权序列:1、2、4、8……1024……65536……教学中要求中小学生至少熟记到1024,大学生至少熟记到65536。
4.2二进制数与十进制数对比理解。十进制数的大小我们说是“几千几百几十几个”,其实二进制数的大小我们可以理解为“几八几四几二几一”。这里的“几”,在十进制中有0-9十种可能,而在二进制中仅有0和1两种可能。比如,二进制数1101,它的大小我们可以理解为“1八1四0二1一”。
4.3将所有数位的权值相加。例:(11101101)2=(?)10。先在草稿纸上写出8421序列,这个二进制数共八位,从右向左由低到高写出八项。然后在下方对应写出二进制数的八位数码。
128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
二进制数中,如果某位为1,它的权值就是8421序列中对应的那位数值。如果某位为0,它的权值就是0。本题中,将八个数位的权值相加:128+64+32+0+8+4+0+1=237,结果:(11101101)2=(237)10。
5、十进制数转换成二进制数的方法——比表装填。
5.1思路说明。将十进制数转换成二进制数,其实就是把“几千几百几十几个”转换成“几八几四几二几一”,所以其本质就是要把十进制数拆分成8421序列中各种不同大小的值,然后逐位装填到二进制数的各个数位里去。
5.2用接近法确定最高位。例:(100)10=(?)2。将十进制数100和8421序列进行比对,100左侧接近128,右侧接近64。由于这个数的值小于128且大于64,所以将它转换成二进制数时,在8421序列中128对应的那位以及更高的数位就是0,它的最高位就是8421序列中64对应的那一位。整个二进制数对应的8421序列为64,32,16,8,4,2,1共七位,至于这七位分别是0还是1,下面继续分析。
…… | 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
0 | 0 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
5.3用比表装填法依次确定二进制数的每一位。
100≥64,8421序列中64对应的那一位填1。
64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
1 | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
100-64=36,装填64以后,余下36。继续与后面的8421序列进行比对,36≥32,8421序列中32对应的那一位填1。
64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
1 | 1 | ? | ? | ? | ? | ? |
36-32=4,装填完前面两个数位以后,余下4。继续与后面的8421序列逐位比对,4<16,4<8。所以8421序列中16和8对应的这两位都填0,余下的值仍是4。
64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
1 | 1 | 0 | 0 | ? | ? | ? |
装填完前面四个数位以后,余下的4,继续比对,4≥4,所以8421序列中4对应的那一位填1。
64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
1 | 1 | 0 | 0 | 1 | ? | ? |
装填完前面五位以后,已无余数,所以8421序列中2和1对应的这两位都填0。
64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
最后得出结果:(100)10=(1100100)2。
6、二进制应用趣题。
这道趣题名为“切割七节金手链”,让学生积极参与讨论,寻找最优答案,可以激发他们的学习兴趣,并加深对二进制知识的理解。格罗莉亚要去旅店租一间房,准备住7天,旅店要求每天支付房费。格罗莉亚没有现金,但有一条七节的金手链,她与旅店商议,每天抵押一节金手链作为房费,待有现金时再赎回金手链。为了尽量减少切割次数以便将来修复,应如何切割这条金手链?正确答案是:切割为三段,分别为1节、2节和4节。七天支付的节数分别为:1、2、1+2、4、1+4、2+4、1+2+4。这道趣题包含了二进制的重要知识。其中三段金手链的节数1、2、4,对应着二进制中三个数位的位权值。每天支付节数的变化,对应着二进制的进位规则。把每天支付哪几段金手链的情况写成二进制数分别是:001、010、011、100、101、110、111。这道趣题的内容可以扩展:3位二进制数能表示的最大数值是多少?4位的呢?8位的呢?如果用15节的金手链租房15天,如何切割?
7、计算机系统数据存储原理。
当今信息化时代,生产生活中种类繁多的各种数据普遍存储在计算机系统中。由于计算机系统只能识别二进制数据,所以文字、图片、音频、视频、程序代码等不同格式的数据都要按照一定的编码规则转换成二进制数据再进行处理。比如字母“A”,转换成八位二进制数01000001。在存储和读取数据时,每八位二进制数封装为一个单元,称为“1字节”,英文记作“1byte”,可简写为“1B”。字母“A”存储在计算机系统中就占据1B的空间。字节是一个很小的计量单位,由于计算机系统中存储的数据量巨大,为了书写和叙述方便,又增加了更大的计量单位,千字节(1KB)、兆字节(1MB)、吉字节(1GB)等。注意,1KB并不恰好是1000B,而是1024B,因为计算机系统不使用十进制,对它而言十进制数1000并不是一个很整齐的数,而1024(2^10)才是,因为(1000)10=(1111101000)2,(1024)10=(10000000000)2。同样的道理:1MB=1024KB,1GB=1024MB。
江苏省南通市养老现状观察之一:谁来养老,去哪养老
谁来养老,去哪养老
江苏省南通市养老现状观察之一
朋友是独子,聚餐前不久,父母先后因为摔跤,做手术换了股骨头,走路要靠助行器。“屋里空间狭小,俩老人端着助行器经常相撞。家里面要装红绿灯了,红灯停,绿灯行,遵守交通规则,他们就不会‘撞车’了。”朋友说完,满座皆笑,随后是一片沉默……
国家统计局发布公报显示,截至2022年末,我国60岁及以上人口28004万人,占全国人口的19.8%,其中65岁及以上人口20978万人,占全国人口的14.9%。
我国的老龄化程度仍在加深,养老压力激增。谁来养老?这是一个无法回避的问题。很多人还在思考,很多人已面临抉择。
不靠子女靠自己
江苏南通是著名的长寿之乡,1982年率先进入老龄化社会,比全国提前17年、比江苏提早4年。第七次全国人口普查数据表明,南通市60周岁以上人口231.87万人,占常住人口的30.01%,这一比例目前上升为32.75%。南通如何应对老龄化社会,有一定的代表意义。
中国有“养儿防老”的传统观念,养老的第一责任还在家庭。但子女在城市落户后,多数老人选择留在农村,除非子女希望他们进城。靠子女还是靠自己?成了一个模糊的概念。
南通市通州区十总镇是建筑之乡,大量青壮年常年跟着建筑公司在外打工,区域内60周岁以上人口占比高达45%。多数老人的子女都已在城市安家立业,老人却故土难离,也不愿离开农村的那种自由自在。
十总镇党委书记龚志军曾经把母亲接到城里住过一段时间,但老人在家每天除了看电视,偶尔才会下楼转一转。“等我把农村的房子翻新后,她就再不愿意去城里住了。”
通州区先锋街道70多岁的蔡龙,一直在打理自己的色织厂,即使女儿女婿再三邀请他进城安享晚年。“我不想到女儿那边生活,不习惯。隔壁老张跟儿子进城没几年,人变得木讷了。一上楼,没活动空间,时间一长,不傻才怪。城里哪有农村自在呢!”
如果说,过了60岁就算老人,绝大多数农村老人是闲不住的。崇川区幸福街道管园村66岁的徐德林,每天忙着送货取件接订单,其名下的汇卓密封件有限公司,聘用的也是村里的“小老人”,每天都来上班。在他们眼里,六七十岁还是当打之年,远没到“退休”的年龄。
海安市海安街道三塘村75岁的高永平几乎每天都到村里的居家养老服务站打牌。他安心养老了,老伴却闲不住,坚持到建筑工地找活干。“那么瘦的身子骨,还要拎着泥浆桶爬上爬下,工钱每天80多元……嗨,我拗不过她,她忙她的,我玩我的。她总要回来的。”高永平每月有2800多元退休金,两个女儿都嫁在外地。
农村人自在惯了,即使子女再孝顺,很多老人不愿意跟着子女被动地成为“城里人”,因为一旦进了城,就“不接地气”,浑身不自在。一些老人在农村身体好好的,进了城,就会出现各种不舒服的症状。等回到农村,这些症状又“神奇”地消失了。
当然,能自主选择去哪里养老或生活的,是那些有一定经济基础的活力老人。但等他们实在忙不动了,总要选一个归宿的。会是哪里呢?
莫道桑榆晚
与闲不住的农村老人不同,城市里的老人要论自由度和成就感,可能不如有些农村老人,但城市老人有自己的活法。
每天早上,街上除了上班的人流,还有行色匆匆的老人,他们大多是去买菜的。哪里的菜便宜,哪里的菜品种多,他们门儿清。
锻炼身体,是很多老人“不得已”的选择。一来,权当找件事做做。二来,保持健康,还能为子女减轻一些负担。广场舞在中国盛行,“广场舞大妈”也成了特别有影响力的一个群体,中间不乏老年人。
棋牌室,则是最容易聚集男性老人的场所。在海安市海安街道居家养老服务中心,记者见到了颇为“壮观”的打牌场面——100多平方米的棋牌室,10多张牌桌上全是老人。
这里的居家养老服务中心不仅免费提供棋牌室,还有观影室、阅览室、书画室、舞蹈培训场所等,但棋牌室最受欢迎。周边的老人像候鸟一样,早晨潮水般来,棋牌室难寻空座,中午潮水般去,中心门可罗雀。下午再次潮水涌来,三四点后,再次潮水般退去。时间节点一到,老人们要么去学校接孙子孙女,要么回家准备晚饭,拦都拦不住。
很多农村老人想打牌,不仅没有合适的活动场所,还缺乏“合作伙伴”。通州区十总镇爱民村党总支副书记邢超有一次想帮老人打黄豆,老人却说,“我不要你打黄豆,要不你陪我打牌吧。”邢超很为难,上班时间,他可以助老干活,却不能陪老人打牌。
“别人会说,不就是个棋牌室吗?但公办的、免费的棋牌室,最受老人欢迎。”海安市民政局局长于俊卿笑着说。
不同群体的老人,有不同的追求。通州区金沙街道朝阳社区有个银杏合唱团,每周二、周五下午,50多位老人都会集中排练,场地就在社区办公楼的二楼。他们经常参加社区、街道的文艺汇演,很有成就感,他们还自筹经费,聘请一位退休音乐老师给他们培训。社区协调了小区一处位于一楼的空置房,50平方米,准备改造成老年人活动室。届时,银杏合唱团日常的排练、培训,都可以搬过来,免得再爬楼。
城市的“小老人”,有的还在发挥余热。2020年,朝阳社区成立了“时代朝阳志愿服务队”,平均年龄超过65岁。他们为年长、体弱的老人提供力所能及的服务,比如,上门看望社区内的5名孤寡老人,协助开展日常网格巡查,帮助做好移风易俗和文明新风的宣传引导等。
南通市崇川区还成立居家和社区养老联合会,争取各级财政资金400多万,引导“老来乐睦邻兴趣社”“夕阳红志愿者服务队”等500多个老年互助服务组织,开展爱心敲门、日常送餐、精神慰藉等服务,努力帮助那些独居、空巢、失独老人告别“在家一盏灯、出门一把锁”的冷清。
不管是老有所乐还是老有所为,他们安好,便是子女的晴天。
谁来养老?
“小老人”总有一天会变成“老老人”,忙不动了,需要人照顾,到时候会选择去哪里养老呢?记者调查发现,南通市目前六七十岁的人大多还习惯家庭养老,四五十岁的人,已经基本接受将来去养老机构了。
通州区十总镇爱民村的葛汉均年轻时走南闯北赚了点钱,78岁的他现在还在做保洁。“敬老院肯定是不会去的。老两口只要有一人能忙得动,就会相互扶持。如果只剩下一人了,再去投靠子女。”儿子在附近社区买了200平方米的商品房,那是葛汉均未来的住所:“如果我去了敬老院,别人会笑话我,也会笑话我儿子的。我不是没钱,但不能瞎花钱。”
5月30日,海安市曲塘镇敬老院的老人在院子里闲坐。新华每日电讯记者 朱旭东 摄
爱民村党总支书记张晓燕说:“很多老人说不愿意去敬老院,舍不得花钱,主要是观念没转过来,还有就是面子问题。平心而论,谁不愿意轻松点?辛苦了一辈子,谁不想开开心心安度晚年,非得还要忙忙碌碌?他们的思想还是偏保守,未必是完全真实的想法。”
很多老人对金钱的需求并不高,更需要的是精神慰藉,尤其是独居老人。“白天他们还可以出去散散步串串门、钓钓鱼打打牌,到了晚上,真的就孤身一人了。去了养老院,起码还能多几个说话的人。”张晓燕说,说服老人去养老机构,是很现实的选择。
将来去不去养老机构,很多人还在纠结,纠结的原因不只是钱,还有对养老机构的莫名担忧。
“敬老院怎么可能有在家里自由?那里需要接受管理,缺少亲情和温暖,就是一个冷冰冰的流程。定时吃饭,你吃也好,不吃也好,人家才不会管你。”通州区东社镇唐洪村邱建说,他们这一辈,将来突然走了,反而是好事,就怕不死不活地拖累儿女。他跟亲家商量好了,将来住在一起,相互照顾。“谁身体好,谁就辛苦点,最后一个死。不到万不得已,肯定不会去敬老院。”
对于农村“五保户”和城里“三无”人员,各级政府是托底的——乡镇有敬老院,县城有福利院。曾经有一段时间,个别敬老院和福利院出现打骂老人、虐待老人的事件,在社会上造成了恶劣影响,至今还是不少老人的心理阴影。
邱建今年60岁,即将退休。“我这一代人,兄弟姐妹挺多,相互间还能照应一下。我们的子女,都是独生子女。我的女儿女婿都是独生子女,他们要面对4个老人,将来养老压力很大。如果没有合适的养老场所,他们根本忙不过来。”
既害怕去敬老院,又担心居家给子女负担,邱建的纠结,是很多人的真实心态。因为如果夫妻双方都是独生子女,就要为4位甚至更多的老人养老。
大量的农村老人,在自己还能动的时候,坚持留在农村。等到那一天,他们总得做出选择。敬老院,未必不是选项之一。
“9073”养老现状
“我们能为老人做些什么?”眼见老龄化程度越来越高,十总镇党委书记龚志军经常问自己,只是很多问题,仅靠一个乡镇根本无法解决。
近年来,江苏省积极推进居家养老服务中心和居家养老服务站的建设工作,努力为辖区内有需求的老人,尤其是高龄、空巢、独居、生活困难的老人,提供居家和社区养老服务。南通市率先打破机构养老、社区养老和居家养老界限,将机构专业养老服务延伸、辐射到社区、家庭,探索可持续发展的“链式养老”模式,形成以机构养老为支撑、社区养老为依托、居家养老为基础的服务体系,帮助更多老人实现“老有所养”。
崇川区民政局副局长姚国泉说,中国目前普遍是“9073”养老现状,即90%的老人居家养老,7%的老人在社区养老,只有3%的老人会选择去养老机构。“全区有38家养老机构,近7000张床位,老人入住率近60%。这个比例,已经算高的,还有提升空间。由此也可看出,提高居家养老和社区养老的服务水平,迫在眉睫。”
姚国泉表示,养老服务快速发展的同时,存在三个主要难题。一是有效供给不足,结构不平衡,存在养老服务供给能力城市强、农村弱,机构养老服务能力较强、社区和居家养老服务弱等问题。二是服务质量不高,医养结合深度融合不够,养老专业服务力量不足,专业化、精细化水平不高。三是产业发展滞后,养老服务市场化机制尚未建立,社会投资养老机构小而分散,产业规模效应尚未形成。
为确保每个社区有一个养老“阵地”,2020年,南通市通过政府文件的形式明确,新建小区必须配备养老用房,老旧小区则通过回购的方式配备,确保每百户居民有20平方米的养老用房,产权属于政府。
“有了养老用房,却无法提供养老服务,社区的养老服务一度空心化。”南通市民政局养老处处长俞灏介绍,南通市曾经委托物业公司或社会组织等第三方运行养老用房,因为服务不专业,没有好的盈利点,没多久就名存实亡。“后来考虑由专业机构来承担社区养老服务,首先在崇川区试点,实现社区、机构、居民协调发展。目前,崇川区所有街道的居家养老服务,都是由专业机构来承接运营的。”
另据了解,南通市近300家专业养老机构承接社区居家养老服务后,以执业护士和持证护理员为主的专业照护团队,已基本覆盖所有失能、长期卧床以及患有各种慢性病的老人。比如,位于城郊接合部的申丞小海护理院是家小型养老机构,小海护理院及下设的两家长者驿家共40名工作人员,在照顾好入住养老机构的老人外,还为周边4000位老人提供助餐、助浴、助医以及精神慰藉等专业的居家养老服务。这表明,南通市的“链式养老”正在有效运行,护理专业机构已经兼顾到另外的97%。(记者 朱旭东)
来源:新华每日电讯