Introduction au Codage Binaire | Sciences de l'Ingénieur 1ère
Introduction au codage binaire
Découvrez les bases du codage binaire et son importance dans les systèmes numériques
Définition du codage binaire
Qu'est-ce que le codage binaire ?
Le codage binaire est un système de numération qui n'utilise que deux chiffres : 0 et 1.
C'est un système de base 2, contrairement au système décimal (base 10) que nous utilisons habituellement.
Chaque chiffre binaire s'appelle un bit (binary digit).
- Les ordinateurs traitent l'information en binaire
- Les circuits logiques utilisent des états binaires (0 ou 1)
- La transmission d'information se fait en binaire
- Le stockage de données est codé en binaire
Le nombre 5 en décimal s'écrit 101 en binaire.
101₂ = 1×2² + 0×2¹ + 1×2⁰ = 4 + 0 + 1 = 5₁₀
Systèmes de numération
Comparaison des bases
Utilise 10 symboles : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
Position des chiffres : unités, dizaines, centaines, etc.
Exemple : 253 = 2×10² + 5×10¹ + 3×10⁰ = 200 + 50 + 3
Utilise 2 symboles : 0, 1
Position des bits : 2⁰, 2¹, 2², 2³, etc.
Exemple : 1101₂ = 1×2³ + 1×2² + 0×2¹ + 1×2⁰ = 8 + 4 + 0 + 1 = 13₁₀
Utilise 16 symboles : 0-9, A-F
Facilite la lecture des nombres binaires longs
Exemple : A3₁₆ = 10×16¹ + 3×16⁰ = 160 + 3 = 163₁₀
Conversion décimal vers binaire
Méthode de conversion
Pour convertir un nombre décimal en binaire :
- Diviser le nombre par 2
- Note le reste (0 ou 1)
- Recommencer avec le quotient
- Arrêter quand le quotient est 0
- Le résultat est constitué des restes lus de bas en haut
25 ÷ 2 = 12 reste 1
12 ÷ 2 = 6 reste 0
6 ÷ 2 = 3 reste 0
3 ÷ 2 = 1 reste 1
1 ÷ 2 = 0 reste 1
11001₂ = 1×2⁴ + 1×2³ + 0×2² + 0×2¹ + 1×2⁰
= 16 + 8 + 0 + 0 + 1 = 25₁₀ ✓
Conversion binaire vers décimal
Méthode de conversion inverse
Pour convertir un nombre binaire en décimal :
- Attribuer à chaque bit une puissance de 2
- Commencer par 2⁰ pour le bit de droite
- Multiplier chaque bit par sa puissance de 2
- Additionner tous les résultats
Bits : 1 1 0 1 0
Puissances : 2⁴ 2³ 2² 2¹ 2⁰
Valeurs : 16 8 0 2 0
11010₂ = 1×2⁴ + 1×2³ + 0×2² + 1×2¹ + 0×2⁰
= 1×16 + 1×8 + 0×4 + 1×2 + 0×1
= 16 + 8 + 0 + 2 + 0 = 26₁₀
Opérations binaires
Calculs en binaire
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 0 = 1
1 + 1 = 10 (soit 0 avec une retenue de 1)
1011 (11₁₀)
+ 1101 (13₁₀)
= 11000 (24₁₀)
0 × 0 = 0
0 × 1 = 0
1 × 0 = 0
1 × 1 = 1
101 (5₁₀)
× 11 (3₁₀)
= 1111 (15₁₀)
Représentation des entiers
Codage des nombres entiers
Sur n bits, on peut représenter des entiers de 0 à 2ⁿ - 1
Exemple sur 8 bits : 0 à 255
Exemple : 42₁₀ = 00101010₂
Le bit de poids fort indique le signe (0 = positif, 1 = négatif)
Sur n bits, on peut représenter des entiers de -2^(n-1) à 2^(n-1) - 1
Exemple sur 8 bits : -128 à 127
Pour -42₁₀ sur 8 bits :
- Écrire 42 en binaire : 00101010
- Inverser tous les bits : 11010101
- Ajouter 1 : 11010110
Applications concrètes
Utilisation du codage binaire
Les processeurs exécutent des instructions codées en binaire.
La mémoire stocke les données sous forme binaire.
Les fichiers sont constitués de séquences binaires.
Les circuits logiques manipulent des signaux binaires (0 ou 1).
Les portes logiques (ET, OU, NON) effectuent des opérations binaires.
Les automates et microcontrôleurs traitent des données binaires.
- Smartphones : photos, vidéos, musique en binaire
- Internet : transmission des données en binaire
- Automobile : systèmes électroniques embarqués
- Médecine : imagerie médicale numérique
Exercice 1 : Conversion
Exercice d'application
1. Convertir 45₁₀ en binaire.
2. Convertir 1100101₂ en décimal.
3. Convertir 255₁₀ en binaire.
4. Que remarquez-vous pour la question 3 ?
Solution exercice 1
Correction détaillée
45 ÷ 2 = 22 reste 1
22 ÷ 2 = 11 reste 0
11 ÷ 2 = 5 reste 1
5 ÷ 2 = 2 reste 1
2 ÷ 2 = 1 reste 0
1 ÷ 2 = 0 reste 1
1100101₂ = 1×2⁶ + 1×2⁵ + 0×2⁴ + 0×2³ + 1×2² + 0×2¹ + 1×2⁰
= 64 + 32 + 0 + 0 + 4 + 0 + 1 = 101₁₀
255 ÷ 2 = 127 reste 1
127 ÷ 2 = 63 reste 1
63 ÷ 2 = 31 reste 1
31 ÷ 2 = 15 reste 1
15 ÷ 2 = 7 reste 1
7 ÷ 2 = 3 reste 1
3 ÷ 2 = 1 reste 1
1 ÷ 2 = 0 reste 1
255 = 2⁸ - 1, donc 255₁₀ = 11111111₂ (8 bits à 1).
C'est le plus grand nombre représentable sur 8 bits non signés.
Exercice 2 : Opérations binaires
Exercice sur les opérations
1. Effectuer l'addition : 1011₂ + 1101₂
2. Effectuer la multiplication : 101₂ × 11₂
3. Convertir les résultats en décimal pour vérifier.
Solution exercice 2
Correction détaillée
1011 (11₁₀)
+ 1101 (13₁₀)
------
11000 (24₁₀)
Explication : 1+1=0 avec retenue, 1+0+1=0 avec retenue, etc.
101 (5₁₀)
× 11 (3₁₀)
------
101
101
------
1111 (15₁₀)
Question 1 : 11000₂ = 1×2⁴ + 1×2³ = 16 + 8 = 24₁₀
11₁₀ + 13₁₀ = 24₁₀ ✓
Question 2 : 1111₂ = 1×2³ + 1×2² + 1×2¹ + 1×2⁰ = 8 + 4 + 2 + 1 = 15₁₀
5₁₀ × 3₁₀ = 15₁₀ ✓
Synthèse
Points clés
- Base 10 : 0-9, utilisé par les humains
- Base 2 : 0-1, utilisé par les machines
- Base 16 : 0-9,A-F, pour représenter de manière compacte
- Décimal → Binaire : divisions successives par 2
- Binaire → Décimal : multiplication par les puissances de 2
- Vérifier toujours ses conversions
- Addition : attention aux retenues
- Multiplication : similaire au décimal
- Essentiel pour les circuits logiques
Conclusion
Félicitations !
Continuez à pratiquer pour renforcer vos compétences