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Numérique · Compétences informatiques

Système binaire

Le système binaire écrit les nombres avec deux chiffres, 0 et 1, chaque position valant une puissance de 2. C’est le langage de base des ordinateurs, dont les circuits ont deux états.

Mis à jour le 4 min de lecture

Nous comptons habituellement en base 10 (système décimal), avec dix chiffres de 0 à 9. Le système binaire est la base 2 : il n’utilise que 0 et 1. Chaque chiffre binaire s’appelle un bit (contraction de binary digit). Le mathématicien allemand Gottfried Wilhelm Leibniz en a donné une présentation systématique en 1703 ; George Boole a fondé au XIXe siècle l’algèbre logique qui lui est associée, et Claude Shannon a montré en 1937-1938 qu’on pouvait réaliser cette logique avec des circuits électriques.

Le principe : la valeur de position

En base 10, dans 345, le 3 vaut 3 centaines, le 4 vaut 4 dizaines, le 5 vaut 5 unités : chaque rang vaut dix fois le précédent. En binaire, chaque rang vaut deux fois le précédent :

Rang (de droite à gauche)76543210
Puissance de 22⁷2⁶2⁵2⁴2³2²2¹2⁰
Valeur1286432168421

Convertir du binaire au décimal

On additionne les valeurs des rangs où figure un 1.

Convertir du décimal au binaire

Méthode des divisions successives

On divise par 2 en notant les restes, jusqu’à obtenir un quotient nul, puis on lit les restes de bas en haut.

DivisionQuotientReste
13 ÷ 261
6 ÷ 230
3 ÷ 211
1 ÷ 201

Lecture de bas en haut : 13 = 1101 en binaire.

Méthode des puissances de 2

On retire la plus grande puissance de 2 possible, puis on recommence. Pour 45 : 45 − 32 = 13 ; 13 − 8 = 5 ; 5 − 4 = 1 ; 1 − 1 = 0. On met un 1 aux rangs 32, 8, 4 et 1, un 0 ailleurs : 45 = 101101.

Table de correspondance de 0 à 15

DécimalBinaireHexadécimal
000000
100011
200102
300113
401004
501015
601106
701117
810008
910019
101010A
111011B
121100C
131101D
141110E
151111F

Additionner en binaire

Les règles tiennent en quatre lignes : 0 + 0 = 0 ; 0 + 1 = 1 ; 1 + 1 = 10 (on pose 0, on retient 1) ; 1 + 1 + 1 = 11 (on pose 1, on retient 1).

C’est exactement ce que fait un circuit additionneur dans un processeur, à l’aide de portes logiques (ET, OU, OU exclusif).

L’hexadécimal, raccourci du binaire

Les longues suites de 0 et de 1 sont illisibles. On utilise donc la base 16 (hexadécimal), avec les chiffres 0 à 9 puis A à F. Un chiffre hexadécimal correspond exactement à 4 bits, et un octet à deux chiffres : 11001010 = 1100 1010 = CA. On le retrouve dans les codes couleur du Web (#FF0000 = rouge pur), les adresses IPv6 (voir adresse IP) et les adresses mémoire.

Pourquoi les ordinateurs utilisent-ils le binaire ?

  • Un transistor se comporte comme un interrupteur : le courant passe ou ne passe pas. Deux états suffisent, et sont faciles à distinguer de façon fiable malgré le bruit électrique.
  • L'algèbre de Boole (vrai / faux) se traduit directement en circuits, ce qui permet de construire tout calcul à partir de portes logiques élémentaires.
  • Le binaire se stocke facilement : charge électrique (mémoire flash), aimantation (disque dur), creux et plats (disques optiques).

Voir fonctionnement d’un ordinateur.

Tout est codé en binaire

InformationCodage
Nombre entierBinaire positionnel (avec un procédé appelé complément à deux pour les négatifs)
Nombre à virguleNorme IEEE 754 (signe, exposant, mantisse)
TexteChaque caractère a un numéro : ASCII (7 bits, « A » = 65 = 1000001), puis Unicode encodé en UTF-8 pour toutes les écritures du monde
ImageChaque pixel est codé par des valeurs de rouge, vert et bleu (souvent 8 bits chacune)
SonAmplitude de l’onde mesurée des milliers de fois par seconde (44 100 fois pour le CD audio)

Avec n bits, on peut représenter 2ⁿ valeurs différentes : 8 bits (un octet) donnent 256 valeurs, de 0 à 255. C’est pourquoi chaque nombre d’une adresse IPv4 va de 0 à 255.

Questions fréquentes

Comment écrit-on 10 en binaire ?

10 = 8 + 2, donc 1010. Attention : « 10 » écrit en binaire vaut 2 en décimal ; on précise souvent la base (10₂ ou 0b10).

Combien de bits dans un octet ?

Huit. Un octet permet de représenter 256 valeurs (de 00000000 à 11111111, soit de 0 à 255).

Quel est le plus grand nombre sur 8 bits ?

11111111, soit 255 (2⁸ − 1).

Qui a inventé le système binaire ?

Le principe apparaît chez plusieurs auteurs ; Leibniz en publie l’exposé de référence en 1703 (« Explication de l’arithmétique binaire »). Son application aux circuits électriques est due à Claude Shannon, en 1937-1938.

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