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Binäres Zahlensystem

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Das Binäre Zahlensystem

Computer, Mikrocontroller und digitale Schaltungen arbeiten mit dem Binärsystem (auch Dualsystem genannt). Während wir im Alltag mit dem Dezimalsystem (10 Ziffern: 0-9) rechnen, nutzt die Elektronik nur zwei Ziffern: 0 und 1.

Warum Binär in der Elektronik?

Frage EA201: Der große Vorteil des Binärsystems ist die einfache technische Umsetzung:

Die zwei Zustände lassen sich einfach darstellen:
  • 0 = Schalter AUS, kein Strom, niedrige Spannung (z.B. 0V)
  • 1 = Schalter EIN, Strom fließt, hohe Spannung (z.B. 5V)
Ein Transistor kann diese zwei Zustände perfekt abbilden: leitend oder sperrend.

Stellenwerte im Binärsystem

Im Dezimalsystem hat jede Stelle einen 10er-Potenz als Stellenwert (1, 10, 100, 1000...).
Im Binärsystem verdoppelt sich der Stellenwert mit jeder Stelle - es sind 2er-Potenzen:

Stelle87654321
Stellenwert1286432168421
Als Potenz$2^7$$2^6$$2^5$$2^4$$2^3$$2^2$$2^1$$2^0$
Merkhilfe - Die Zweierpotenzen:
1 → 2 → 4 → 8 → 16 → 32 → 64 → 128 → 256 → 512 → 1024
(Jede Zahl ist das Doppelte der vorherigen)

Anzahl möglicher Zustände

Fragen EA202, EA203, EA204: Mit n Bit lassen sich $2^n$ verschiedene Zustände darstellen.

Anzahl BitFormelAnzahl ZuständeWertebereich
1 Bit$2^1$20 - 1
2 Bit$2^2$40 - 3
3 Bit$2^3$80 - 7
4 Bit$2^4$160 - 15
5 Bit$2^5$320 - 31
8 Bit (1 Byte)$2^8$2560 - 255
💡 Prüfungstipp: Die Formel ist einfach: $2^n$ Zustände bei n Bit.
$2^3 = 8$, $2^4 = 16$, $2^5 = 32$ - diese drei Werte kommen in der Prüfung vor!

Umrechnung: Binär → Dezimal

Fragen EA205, EA206, EA207, EA208: So rechnest du eine Binärzahl in eine Dezimalzahl um:

Methode: Stellenwerte addieren

  1. Schreibe über jede Ziffer ihren Stellenwert (128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1)
  2. Addiere alle Stellenwerte, unter denen eine 1 steht
  3. Ignoriere alle Stellen mit einer 0

Beispiel EA205: 01001110

Stellenwert:  128  64  32  16   8   4   2   1
Binärzahl:      0   1   0   0   1   1   1   0
                   ↓           ↓   ↓   ↓
Addieren:      64      +       8 + 4 + 2     = 78

Beispiel EA206: 10001110

Stellenwert:  128  64  32  16   8   4   2   1
Binärzahl:      1   0   0   0   1   1   1   0
                ↓               ↓   ↓   ↓
Addieren:     128      +        8 + 4 + 2    = 142

Beispiel EA207: 10011100

Stellenwert:  128  64  32  16   8   4   2   1
Binärzahl:      1   0   0   1   1   1   0   0
                ↓           ↓   ↓   ↓
Addieren:     128     +    16 + 8 + 4        = 156

Beispiel EA208: 11111000

Stellenwert:  128  64  32  16   8   4   2   1
Binärzahl:      1   1   1   1   1   0   0   0
                ↓   ↓   ↓   ↓   ↓
Addieren:     128+ 64+ 32+ 16+  8            = 248

Zusammenfassung für die Prüfung

FrageThemaRichtige Antwort
EA201Vorteil BinärsystemEinfache Darstellung als zwei Schaltzustände
EA2023 Bit = ? Zustände8 ($2^3$)
EA2034 Bit = ? Zustände16 ($2^4$)
EA2045 Bit = ? Zustände32 ($2^5$)
EA20501001110 = ?78 (64+8+4+2)
EA20610001110 = ?142 (128+8+4+2)
EA20710011100 = ?156 (128+16+8+4)
EA20811111000 = ?248 (128+64+32+16+8)
💡 Rechentrick: Schreibe dir die Stellenwerte 128 64 32 16 8 4 2 1 auf dein Schmierblatt und markiere die Einsen. Die Addition geht dann schnell!

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EA201

Was ist der Vorteil des binären Zahlensystems gegenüber dem dezimalen Zahlensystem in elektronischen Schaltungen?

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EA202

Wie viele unterschiedliche Zustände können mit einer Dualzahl dargestellt werden, die aus einer Folge von 3 Bit besteht?

EA203

Wie viele unterschiedliche Zustände können mit einer Dualzahl dargestellt werden, die aus einer Folge von 4 Bit besteht?

EA204

Wie viele unterschiedliche Werte können mit einer fünfstelligen Dualzahl dargestellt werden?

EA205

Berechnen Sie den dezimalen Wert der Dualzahl 01001110. Die Dezimalzahl lautet:

EA206

Berechnen Sie den dezimalen Wert der Dualzahl 10001110. Die Dezimalzahl lautet:

EA207

Berechnen Sie den dezimalen Wert der Dualzahl 10011100. Die Dezimalzahl lautet:

EA208

Berechnen Sie den dezimalen Wert der Dualzahl 11111000. Die Dezimalzahl lautet:

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