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Binärrechner

Binärrechner arbeitet mit ganzen Zahlen, die ausschließlich durch die Ziffern null und eins dargestellt werden.

Calculate with binary numbers

Binäre Operanden
Rechenart auswählen

Verwende nur 0 und 1. Ein Minuszeichen am Anfang ist erlaubt; Leerzeichen und Unterstriche können Ziffern gruppieren.

Rechenergebnis

Wähle eine Rechenart. Die Berechnung liefert Binär- und Dezimalergebnis sowie eine Erklärung der Schritte.

Binärrechner vorbereiten und nachvollziehen

1Eingabe

Die Stellenwerte folgen Zweierpotenzen; die Rechenregeln entsprechen dennoch den bekannten mathematischen Operationen. Hier kannst du den Binärrechner mit eigenen Werten durchführen und das Ergebnis in einer zweiten Darstellung kontrollieren. Die Zahlen bleiben während der Berechnung im Browser. Für den Binärrechner brauchst du keine Anmeldung und musst keine Datei an einen Server schicken. Gib im Binärrechner jeden Operanden in sein eigenes Feld ein.

2Bedeutung

Leerzeichen und Unterstriche dürfen Ziffern gruppieren; führende Nullen sind erlaubt. Ein Minuszeichen steht nur am Anfang. Für den Binärrechner sind Dezimalpunkte, Kommas, Basispräfixe und Buchstaben keine gültigen Bestandteile einer Binärzahl. Überprüfe die Eingabe aus einer fremden Quelle deshalb vor dem Start, statt einen Fehler durch zufälliges Entfernen von Zeichen zu verdecken. Ein Binärrechner führt Addition, Subtraktion, Multiplikation und ganzzahlige Division aus.

3Prüfung

Die Auswahl der Operation ist deshalb Teil der Eingabe. Bevor du ein Ergebnis übernimmst, prüfe beim Binärrechner nicht nur die Ziffern, sondern auch das gewählte Rechenzeichen. Die beiden gleichen Operanden können je nach Operation vier unterschiedliche Ergebnisse liefern. Bei Addition und Subtraktion nutzt der Binärrechner die üblichen Stellenwertregeln: Eine zu große Spaltensumme erzeugt einen Übertrag; beim Subtrahieren kann eine Entleihung nötig werden. Die Multiplikation im Binärrechner lässt sich durch verschobene Teilprodukte erklären.

4Anwendung

Ein Einsbit des Multiplikators trägt einen entsprechend verschobenen Betrag bei. Ein Nullbit trägt nichts bei. Die Division im Binärrechner ist ausdrücklich eine Ganzzahldivision. Sie liefert einen ganzzahligen Quotienten und gegebenenfalls einen Rest, keine periodische oder gerundete binäre Nachkommastelle. Für den Binärrechner gilt deshalb als Kontrollgleichung: Erster Operand gleich zweiter Operand mal Quotient plus Rest. Eine Division durch null wird als Fehler abgewiesen, weil dafür kein definiertes Ergebnis existiert.

Ein Rechenbeispiel für den Binärrechner

Der Binärrechner verwendet zum Vergleich die beiden Binärzahlen 1010 und 11. Sie entsprechen dezimal zehn und drei. Bei der Addition ergibt der Binärrechner 1101, also dreizehn. Bei der Subtraktion entstehen 111 und damit sieben. Die Multiplikation liefert 11110, entsprechend dreißig. Schon diese drei Antworten zeigen, weshalb ein versehentlich gewähltes Rechenzeichen nicht durch eine bloße Kontrolle der Eingabe auffällt.

Für dieselben Operanden liefert der Binärrechner bei der Division den Quotienten 11 und den Rest 1. Die Dezimalkontrolle lautet zehn gleich drei mal drei plus eins. Der Binärrechner zeigt damit einen vollständigen ganzzahligen Divisionsfall. Die Ausgabe 11 allein wäre ohne Restangabe noch keine vollständige Beschreibung der Rechnung, denn zehn ist nicht ohne Rest durch drei teilbar.

Rechenarten und Schritte

Im Binärrechner sind Ergebnis und erklärende Spur getrennte Dinge. Ein richtiges vorzeichenbehaftetes Ergebnis benötigt nicht zwingend dieselbe Spaltendarstellung wie ein ausschließlich positiver Beispielwert. Beachte im Binärrechner die Hinweise direkt am Werkzeug, wenn eine Tabelle nur für nichtnegative Operanden erscheint. Eine fehlende grafische Spur bedeutet in diesem Fall nicht, dass ein anderes Rechenverfahren oder eine gerundete Näherung verwendet wurde.

Grundrechenarten mit Binärzahlen
RechenartRegelBeispiel
AdditionSpaltenweise addieren und Überträge weitergeben.1010 + 11 = 1101
SubtraktionSpaltenweise subtrahieren, bei Bedarf entleihen.1010 - 11 = 111
MultiplikationVerschobene Teilprodukte addieren.1010 x 11 = 11110
GanzzahldivisionQuotient und Rest bestimmen.1010 / 11 = 11 R 1

Vorzeichen, Stellenbreite und Rechenweg

Die Vorzeichenbehandlung im Binärrechner ist mathematisch: Ein Minus bezeichnet eine negative ganze Zahl. Es wird keine feste Breite vorausgesetzt und kein höchstes Bit stillschweigend als Vorzeichen interpretiert. Wenn du den Binärrechner mit Registerwerten verwenden möchtest, kläre vorher, ob die Eingabe vorzeichenlos, vorzeichenbehaftet oder als Zweierkomplement zu lesen ist. Dieselbe Bitfolge kann unter verschiedenen Vereinbarungen unterschiedliche Werte beschreiben.

Der Rechner für den Binärrechner arbeitet mit exakten Ganzzahlen. Er verwendet für das eigentliche Ergebnis keine gerundete Gleitkommadarstellung. Trotzdem muss Binärrechner nicht jede technisch mögliche Eingabelänge auf jedem Gerät angenehm verarbeiten können. Sehr lange Werte erzeugen große Ergebnisfolgen und ausführliche Erklärungen. Beginne mit einem kurzen Test und übertrage erst danach die vollständige Aufgabe, wenn du Eingaberichtung und Rechenart sicher erkannt hast.

Division mit Vorzeichen
  1. Ein weiterer Test für den Binärrechner verwendet -1011 und 10 bei der Division.
  2. Das bedeutet minus elf durch zwei. Der ganzzahlige Quotient beträgt minus fünf, binär -101; der Rest ist minus eins.
  3. Der Binärrechner verwendet das Verhalten exakter Ganzzahldivision mit Kürzung in Richtung null. Es handelt sich nicht um die Abrundung gegen minus unendlich und auch nicht um eine Division mit erzwungenem positivem Rest.

Ergebnisse unabhängig prüfen

Ein Binärrechner ist kein Ersatz für eine technische Datentypdefinition. Eine ganzzahlige Rechnung kann ein korrektes Ergebnis liefern, das nicht mehr in ein bestimmtes Acht-Bit-Feld passt. Der Binärrechner schneidet das Ergebnis nicht automatisch auf diese gedachte Breite ab. Bestimme zuerst den erlaubten Bereich und entscheide danach, ob eine Begrenzung überhaupt fachlich zulässig ist.

Verwende den Binärrechner auch nicht als automatischen Zweierkomplementdecoder. Die Eingabe 11111111 ist hier ein positiver Wert, während ein Minus ausdrücklich als Zeichen geschrieben wird. Der Binärrechner macht diese Interpretation absichtlich sichtbar. Für gespeicherte Bitmuster aus einem vorzeichenbehafteten Register brauchst du zunächst dessen Wortbreite und Kodierungsregel. Erst dann kennst du den mathematischen Wert, mit dem du weiterrechnen möchtest.

Ergebnisse kontrollieren

Dezimale Gegenprobe

Die Dezimaldarstellung ist im Binärrechner eine unabhängige Plausibilitätskontrolle. Rechne die beiden Ausgangswerte zunächst einzeln in das Dezimalsystem um und wende dort dieselbe Operation an.

Eingaben vergleichen

Für den Binärrechner müssen anschließend beide Ergebnisse wieder denselben Wert bezeichnen. Wenn die Zahlen nicht übereinstimmen, untersuche zuerst ein vertauschtes Feld, ein übersehenes Vorzeichen oder eine falsche Basisangabe, bevor du kompliziertere Ursachen vermutest. Ein häufiges Missverständnis im Binärrechner ist der Unterschied zwischen einem vollständigen mathematischen Ergebnis und einem festen Speicherfeld.

Überlauf prüfen

Das Werkzeug behält das Ergebnis, auch wenn es mehr Stellen als ein gedachtes Register benötigt. Nach der Rechnung im Binärrechner musst du einen möglichen Überlauf daher gesondert prüfen. Das Abschneiden oberer Bits wäre eine zusätzliche fachliche Entscheidung und darf nicht heimlich als normale Umrechnung behandelt werden.

Arbeitsweise im Alltag

Darstellung

Verwende Binärrechner zunächst mit einem Beispiel, dessen Antwort du schon kennst.

Wert

Damit prüfst du, ob die eingegebenen Zeichen tatsächlich als Binärwerte interpretiert werden.

Format

Dokumentiere für den Binärrechner danach beide Operanden, die Rechenart und gegebenenfalls eine angenommene Wortbreite. Eine kopierte Ergebnisfolge ohne diese Informationen ist später schwer zu beurteilen, selbst wenn sie im Moment der Berechnung richtig war.

Kontrolle

Wenn du den Binärrechner für Unterricht oder Prüfungsvorbereitung nutzt, vergleiche die Erklärung Schritt für Schritt mit deiner eigenen Rechnung.

Vergleich

Der Nutzen von „Binärrechner“ liegt nicht nur im schnellen Ergebnis, sondern im Erkennen eines konkreten Denkfehlers.

Grenzen

Schreibe beispielsweise auf, an welcher Stelle ein Übertrag, ein Entleihen oder eine Verschiebung beginnt. So lässt sich dieselbe Regel auch auf einen neuen Zahlenwert übertragen.

Häufige Fragen

Multipliziere den Quotienten mit dem zweiten Operanden und addiere anschließend den Rest. Das Ergebnis muss genau die erste Eingabe ergeben. Bei einem positiven Beispiel mit 1011 und 10 erhältst du den Quotienten 101 und den Rest 1. Dezimal bedeutet das elf gleich fünf mal zwei plus eins. Ein Binärrechner zeigt dir beide Bestandteile, damit du diese Kontrolle ohne eine gerundete Nachkommastelle durchführen kannst. Notiere dabei die gewählte Operation mit den Eingaben; eine isolierte Ergebnisfolge könnte sonst fälschlich als Produkt oder Summe gelesen werden.

Nein. Binärrechner erwartet Binärzahlen. Eine Eingabe wie 10 bezeichnet deshalb den Wert zwei und nicht zehn. Für den Binärrechner muss die Quelle deiner Werte eindeutig sein. Nutze bei Bedarf vorher Dezimal in Binär, damit eine zufällig aus null und eins bestehende Dezimalzahl nicht unbemerkt falsch gelesen wird.

Im Binärrechner verändern führende Nullen den mathematischen Zahlenwert nicht. Sie können trotzdem eine vereinbarte Feldbreite darstellen, die in einer Gerätebeschreibung wichtig ist. Das Ergebnis von „Binärrechner“ ist keine Garantie für eine bestimmte Anzahl Ausgabezeichen. Ergänze eine gewünschte Breite erst nach der Rechnung und prüfe dabei die Regeln für Vorzeichen und Überlauf.

Binärrechner ist eine arithmetische Operation. Bitweises UND, ODER und XOR sind andere Aufgaben und können andere Ergebnisse liefern. Wenn du den Binärrechner beim Programmieren einsetzt, prüfe daher, ob du Werte verrechnen oder einzelne Bits kombinieren möchtest. Eine ähnlich aussehende Schreibweise ersetzt keine Entscheidung über die tatsächlich benötigte Operation.