Файл: Вопрос Понятие, структура и задачи информатики.docx

В цифровой технике для передачи информации используются сигналы (кодовые слова), которые поступают на вход каждого узла ЭВМ, а на выходе при этом образуются новые сигналы (кодовые слова), представляющие собой результат обработки входных слов. Поэтому можно говорить, что выходное слово есть функция, для которой входной сигнал является аргументом. Такие функции называются функциями алгебры логики.

Как и в классической математике, для задания функций алгебры логики обычно используется два способа:

1)      аналитический, когда функция записывается формулой; этот способ позволяет определять значения функций для отдельных комбинаций аргументов;

2)      табличный, когда строится таблица истинности, содержащая всевозможные сочетания значений аргументов и соответствующие им значения функций.

Поскольку цифровые вычислительные машины оперируют только информацией, представленной в виде набора двоичных цифр «0» и «1», то действия, выполняемые над ней, отличаются от общепринятых.

Основы алгебры логики, разработанные в XIX веке английским математиком Джорджем Булем, базируются на использовании только двух переменных: a и b. Алгебра логики (Булева алгебра) основана на трех операциях:

1.  Конъюнкция (логическое умножение) — операция «И», определяемая четырьмя правилами:

0 и 0 = 0; 0 и 1 = 0; 1 и 0 = 0; 1 и 1 = 1.

3.  Дизъюнкция (логическое сложение) — операция «ИЛИ», определяемая четырьмя правилами:

0 или 0 = 0; 0 или 1 = 1; 1 или 0 = 1; 1 или 1 = 1.

4.  Инверсия (логическое отрицание) — операция «НЕ», когда значение переменной изменяется на обратное (противоположное), то есть определяемая двумя правилами:

не 0 = 1; не 1 = 0.

Л

огические преобразования осуществляются в компьютере с помощью специальных логических устройств (элементов). Так как существует три основных логических операции, то выделяют три базовых логических элемента: «И», «ИЛИ», «НЕ» (рис. 1).

Рис. 1. Обозначения базовых логических элементов

Кроме того, существуют различные нестандартные элементы,

представляющие собой комбинации базовых элементов, например, элемент Шеффера, элемент Пирса (рис. 2).

Рис. 2. Обозначения нестандартных логических элементов

Принцип работы каждого логического элемента поясняется аналитически (формулой) или таблицей истинности, указывающей значение функции при заданных значениях переменных. В современных ЭВМ все логические элементы реализуются в виде специальных микросхем, которые выполняют определенные функции.

Практические задания:

1. Расставьте термины напротив их определений. Термины: система счисления, алфавит системы счисления, мощность алфавита, основание системы счисления.

Термин	Определение
Основание системы счисления	количество цифр, используемых при записи чисел
	набор цифр, используемых при записи чисел и правила записи чисел
	набор цифр, используемых при записи чисел
	количество знаков в алфавите позиционной системы счисления

2. Заполните пустые клетки таблицы последовательными числами в системах счисления с основанием 2, 8, 16.

Основание системы счисления	Запись чисел
10	50; 100; 200; 500
2
8
16

3.  Переведите следующие числа из двоичной системы счисления в десятичную:

а)      100101;

б)      110011;

в)      110011;

г)       100010;

д)      111000.

4.      Какое количество информации содержит сообщение о выпадении грани с числом 3 на шестигранном игральном кубике?

5.      Заполните таблицу вычисленными значениями логических операций при А = 1 и В = 0.

Операция	Результат вычисления
не А	0
А или неВ
А и В
В и неА
А или В

Тема 3. Технические средства (hardware)

Вопрос 1. Определение, назначение, структура.

Электронно-вычислительная машина или компьютер (англ. computer – вычислитель) – это программируемое электронное устройство, предназначенное для обработки информации, то есть способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи: ввод исходных данных и вывод результатов, построение изображений, диаграмм и графиков, синтезировать звук и т.д.

Классическая структура компьютера, используемая до наших дней, была разработана в 1946 году американским ученым Джоном фон Нейманом. Эта структура получила имя своего создателя. Схема компьютера по фон Нейману представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема компьютера по фон Нейману

В состав ЭВМ входят 5 основных устройств:

1.  Устройство ввода служит для ввода исходной информации.

2.  Устройство вывода служит для вывода результатов вычислений из памяти.

3.  Арифметико-логическое устройство (АЛУ) служит для выполнения арифметических и логических операций над числами.

4.  Запоминающее устройство (ЗУ) служит для приема, хранения и выдачи чисел.

5.  Устройство управления (УУ) служит для управления работой всего компьютера в процессе вычислений.

Основной принцип работы ЭВМ был предложен также Джоном фон Нейманом и получил название принципа программного управления. Этот принцип гласит, что переработка машиной исходных данных в конечный результат производится в соответствии с заранее составленной и введенной в машину программой – заранее заданной, четко определенной последовательности арифметических, логических и других операций.

Джон фон Нейман также сформулировал основную концепцию логической организации ЭВМ (хранения команд компьютера в его собственной внутренней памяти), что послужило огромным толчком к развитию электронно-вычислительной техники.

Работы по созданию ЭВМ проводились и в Советском Союзе. Так в декабре 1948 г. советские ученые И. С. Брук и Б. И. Рамеев получили первое в СССР авторское свидетельство на изобретение цифровой ЭВМ.

К настоящему времени разработано большое количество типов компьютеров – от миниатюрных вычислительных устройств, применяемых в самых различных областях техники, до суперкомпьютеров, производящих с высочайшей скоростью обработку больших объемов информации, например, расчеты траектории баллистических ракет, моделирование процессов ядерных реакций или обработку данных большого адронного коллайдера (БАК – ускоритель заряженных частиц, построенный в Европейском Центре ядерных исследований, является самой крупной экспериментальной установкой в мире). Компьютеры различаются по назначению, мощности, размерам, элементной базе и т.д.

Наиболее распространенным типом ЭВМ в настоящее время является персональный компьютер (англ. personal computer), предназначенный для использования одним пользователем (персоной) в текущий момент времени. Конечно, в разное время такой компьютер могут использовать различные персоны. К персональным компьютерам относятся также и все виды портативных компьютеров – ноутбуки, планшеты и пр.

Вопрос 2. Состав персонального компьютера.

Персональный компьютер (ПК) – универсальная техническая система. При необходимости его конфигурацию (состав оборудования) можно изменять для соответствия большинству решаемых задач. Начиная с 1999 г. в области персональных компьютеров действует международный сертификационный стандарт. Он регламентирует принципы классификации персональных компьютеров и оговаривает минимальные и рекомендуемые требования к каждой из категорий. Этот стандарт устанавливает следующие категории персональных компьютеров:

     Consumer PC (массовый ПК);

     Office PC (деловой ПК);

     Mobile PC (портативный ПК);

     Workstation PC (рабочая станция);

     Entertainmemt PC (развлекательный ПК).

Типовая (минимально необходимая) конфигурация персонального компьютера в настоящее время содержит следующие типовые устройства:

     системный блок;

     монитор;

     клавиатура;

     манипулятор типа «мышь».

Системный блок содержит в себе средства ввода/вывода информации (частично), обработки информации (процессор), хранения информации (жесткие диски, оперативная память) (рис. 4).