Лекция принципы обработки информации компьютером

Арифметические и логические основы работы компьютера

Ответы на вопросы необходимо отправить на электронную почту Chemisova_urtatis@mail.ru (если делали в рукописном варианте – отправляете фотографию сделанной работы, если работа сделана в электронном варианте – отправляете сам файл с ответами).

Задание выполнить до 27 марта 2020г.

ПЛАН:

Принципы обработки информации компьютером

Арифметические и логические основы работы компьютера

Вопросы самоконтроля

Принципы обработки информации компьютером

Компьютер или ЭВМ (электронно-вычислительная машина) – это универсальное техническое средство для автоматической обработки информации.

Аппаратное обеспечение(Hardwear) компьютера – это все устройства, входящие в его состав и обеспечивающие его исправную работу.

Несмотря на разнообразие компьютеров в современном мире, все они строятся по единой принципиальной схеме, основанной на фундаменте идеи программного управления Чарльза Бэббиджа (середина XIX в). Эта идея была реализована при создании первой ЭВМ ENIAC в 1946 году коллективом учёных и инженеров под руководством известного американского математика Джона фон Неймана, сформулировавшего концепцию ЭВМ с вводимыми в память программами и числами -программный принцип. Главные элементы концепции: двоичное кодирование информации; программное управление; принцип хранимой программы; принцип параллельной организации вычислений, согласно которому операции над числом проводятся по всем его разрядам одновременно.

С тех пор структуру (архитектуру) современных компьютеров часто называют неймановской.

ОБЩАЯ СХЕМА КОМПЬЮТЕРА

Персональный компьютер (ПК) в своём минимальном необходимом составе, согласно этой схеме, включает:

· основные устройства ввода: клавиатуру и манипулятор «мышь»;

· основное устройство вывода: монитор; центральная часть располагается в системном блоке;

· внешняя память располагается на носителях – дисках и приводится в действие специальными приводами – дисководами;

· в единую конфигурацию все части ПК соединены с помощью устройств сопряжения.

В основе строения ПК лежат два важных принципа: магистрально-модульный принцип и принцип открытой архитектуры.

Согласно первому, все части и устройства изготавливаются в виде отдельных блоков, информация между которыми передаётся по комплекту соединений, объединённых в магистраль. При этом общую схему ПК можно представить в следующем виде:

Второй принцип построения ПК – открытая архитектура – предполагает возможность сборки компьютера из независимо изготовленных частей, доступную всем желающим (подобно детскому конструктору).

Арифметические и логические основы работы компьютера

Логика, как наука развивается с IV в. до н. э. начиная с трудов Аристотеля. Именно он подверг анализу человеческое мышление, такие его формы, как понятие, суждение, умозаключение.

Логика – (от греч. “логос”, означающего “слово” и “смысл”) – наука о законах, формах и операциях правильного мышления. Ее основная задача заключается в нахождении и систематизации правильных способов рассуждения.

Рис. 1. Основные формы абстрактного мышления

Понятие – это форма мышления, в которой отражаются существенные признаки отдельного предмета или класса однородных предметов. Всякое понятие имеет содержание и объем. Например, понятие “Черное море” – отражает единичный предмет, “Сиамская кошка” – отражает класс сиамских кошек.

Высказывание (суждение) – некоторое предложение, которое может быть истинно (верно) или ложно. Например, Абакан – столица Хакасии. Утверждение – суждение, которое требуется доказать или опровергнуть. Рассуждение – цепочка высказываний или утверждений, определенным образом связанных друг с другом.

Умозаключение – логическая операция, в результате которой из одного или нескольких данных суждений получается (выводится) новое суждение. Умозаключения бывают:

Дедуктивные (от общего к частному) – Все ученики ходят в школу. Вася – ученик. Вася ходит в школу.

Индуктивные (от частного к общему) – Банан и персик – сладкие. Значит, все фрукты сладкие на вкус. Аналогия – Наши коровы едят траву и дают молоко. В Австралии есть поля, коровы едят эту траву. Следовательно, австралийские коровы тоже дают молоко.

В алгебре логики высказывания обозначаются именами логических переменных (А, В, С). Истина, ложь – логические константы.

Логическое выражение – запись или устное утверждение, в которое, наряду с постоянными, обязательно входят переменные величины (объекты). В зависимости от значений этих переменных логическое выражение может принимать одно из двух возможных значений: ИСТИНА (логическая 1) или ЛОЖЬ (логический 0).

Сложное логическое выражение– логическое выражение, составленное из одного или нескольких простых (или сложных) логических выражений, связанных с помощью логических операций.

Принципы обработки информации компьютером.

Схема устройства компьютера впервые была предложена в 1946 году американским ученым Джоном фон Нейманом. Дж. фон Нейман сформулировал основные принципы работы ЭВМ, которые во многом сохранились и в современных компьютерах.

Основу компьютеров образует аппаратура, построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств.

Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций

Программа – это указание на последовательность действий (команд), которую должен выполнить компьютер, чтобы решить поставленную задачу обработки информации.

Команда — это описание элементарной операции, которую должен выполнить компьютер.

Программный принцип работы компьютера, состоит в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе.

Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера.

Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ).

Центральный процессор — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Функции процессора:

обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
программное управление работой устройств компьютера.

Функции памяти:

приём информации из других устройств;
запоминание информации;
выдача информации по запросу в другие устройства машины.

Принципы фон-Неймана:

1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности.

2. Принцип адресности. Основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору времени доступна любая ячейка.

3. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Таким образом, компьютер представляет собой совокупность устройств и программ, управляющих работой этих устройств.

Принцип работы компьютера :

· С помощью внешнего устройства в память компьютера вводится программа.

· Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы и организует ее выполнение. Команда может задавать:

o выполнение логических или арифметических операций;

o чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций;

o запись результатов в память;

o ввод данных из внешнего устройства в память;

o вывод данных из памяти на внешнее устройство.

· Устройство управления начинает выполнение команды из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему необходимо продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в иной ячейки памяти.

· Результаты выполнения программы выводятся на внешнее устройство компьютера.

· Компьютер переходит в режим ожидания сигнала от внешнего устройства.

Решение разного рода задач основано на пошаговом исполнении алгоритма.

Основные источники:

1. Цветкова М.С., Хлобыстова И.Ю. Информатика и ИКТ. Практикум для профессий и специальностей естественно-научного и гуманитарного профилей, учеб. пособие для нач. и сред. проф. образования – М.: «Академия», 2017.

2. Цветкова М.С., Великович Л.С. Информатика и ИКТ: учебник для нач. и сред. проф. образования – М.: Академия, 2017.

Интернет-ресурсы: http://www/pk13.ru/lms, http://www/fcior.edu.ru

Дата добавления: 2020-12-22 ; просмотров: 91 ; Мы поможем в написании вашей работы!

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.01)

Лекция 1 — ЭУМК по Информатике — UNREGISTERED VERSION

Компьютер или ЭВМ (электронно- вычислительная машина)- это универсальное техническое средство для автоматической обработки информации.
Аппаратное обеспечение компьютера- это все устройства, входящие в его состав и обеспечивающие его исправную работу.

Несмотря на разнообразие компьютеров в современном мире, все они строятся по единой принципиальной схеме, основанной на фундаменте идеи программного управления Чарльза Бэббиджа (середина XIX в). Эта идея была реализована при создании первой ЭВМ ENIAC в 1946 году коллективом учёных и инженеров под руководством известного американского математика lt Джона фон Неймана , сформулировавшего концепцию ЭВМ с вводимыми в память программами и числами — программный принцип.
Главные элементы концепции:

двоичное кодирование информации;
программное управление;
принцип хранимой программы;
принцип параллельной организации вычислений, согласно которому операции над числом проводятся по всем его разрядам одновременно.

Алгебра логики (булева алгебра) – это раздел математики, возникший в XIX веке благодаря усилиям английского математика Дж. Буля. Поначалу булева алгебра не имела никакого практического значения. Однако уже в XX веке ее положения нашли применение в разработке различных электронных схем. Законы и аппарат алгебры логики стали использоваться при проектировании различных частей компьютеров (память, процессор).
Алгебра логики оперирует с высказываниями. Под высказыванием понимают повествовательное предложение, относительно которого имеет смысл говорить, истинно оно или ложно. Над высказываниями можно производить определенные логические операции, в результате которых получаются новые высказывания. Наиболее часто используются логические операции, выражаемые словами «не», «и», «или».
Логические операции удобно описывать так называемыми таблицами истинности, в которых отражают результаты вычислений сложных высказываний при различных значениях исходных простых высказываний. Простые высказывания обозначаются переменными (например, A и B).
Конъюнкция (логическое умножение). Сложное высказывание А&В истинно только в том случае, когда истинны оба входящих в него высказывания. Истинность такого высказывания задается следующей таблицей:

Принципы обработки информации компьютером. Архитектура персонального компьютера

Под архитектурой персонального компьютера

Компьютеры, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру.

Архитектура компьютера определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера.

Конструктивно персональные компьютеры выполнены в виде

Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет

Системная шина является основной интерфейсной системой компьютера, обеспечивающей сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

Порты ввода-вывода всех устройств через соответствующие разъемы (слоты)

Основная память предназначена для

Внешняя память используется для

Генератор тактовых импульсов

Внешние устройства компьютера

В основу построения большинства компьютеров положены принципы, сформулированные Джоном фон Нейманом.

Принципы обработки информации компьютером

Компьютер или ЭВМ (электронно-вычислительная машина) – это универсальное техническое средство для автоматической обработки информации.
Аппаратное обеспечение (Hardwear) компьютера – это все устройства, входящие в его состав и обеспечивающие его исправную работу.
Несмотря на разнообразие компьютеров в современном мире, все они строятся по единой принципиальной схеме, основанной на фундаменте идеи программного управления Чарльза Бэббиджа (середина XIX в). Эта идея была реализована при создании первой ЭВМ ENIAC в 1946 году коллективом учёных и инженеров под руководством известного американского математика Джона фон Неймана, сформулировавшегоконцепцию ЭВМ с вводимыми в память программами и числами —программный принцип.

двоичное кодирование информации;
программное управление;
принцип хранимой программы;
принцип параллельной организации вычислений, согласно которому операции над числом проводятся по всем его разрядам одновременно.

С тех пор структуру (архитектуру) современных компьютеров часто называют неймановской. Это в полной мере относится и к персональным компьютерам как инструменту школьной информатики.

основные устройства ввода: клавиатуру и манипулятор «мышь»;
основное устройство вывода: монитор;
центральная часть располагается в системном блоке;
внешняя память располагается на носителях – дисках и приводится в действие специальными приводами – дисководами;
в единую конфигурацию все части ПК соединены с помощью устройств сопряжения.

В основе строения ПК лежат два важных принципа: магистрально-модульный принцип и принцип открытой архитектуры. Согласно первому все части и устройства изготавливаются в виде отдельных блоков, информация между которыми передаётся по комплекту соединений, объединённых в магистраль. При этом общую схему ПК можно представить в следующем виде:

Презентация «Принципы обработки информации компьютером. Арифметические и логические основы работы компьютера. Алгоритмы и способы их описания»

Принципы обработки информации компьютером. Арифметические и логические основы работы компьютера. Алгоритмы и способы их описания. Медицинский колледж железнодорожного транспорта ФГБОУ ВО ИрГУПС Автор: преподаватель информатики Демидова Людмила Владимировна Иркутск, 2018

Компьютер и его функциональное устройство

Компьютер – это техническое средство преобразования информации, в основу работы которого заложены те же принципы обработки электрических сигналов, что и в любом электронном устройстве: Компьютер – это техническое средство преобразования информации, в основу работы которого заложены те же принципы обработки электрических сигналов, что и в любом электронном устройстве: 1. Входная информация, представленная различными физическими процессами, как электрической, так и неэлектрической природы (буквами, цифрами, звуковыми сигналами и т.д.), преобразуется в электрический сигнал; 2. Сигналы обрабатываются в блоке обработки; 3. С помощью преобразователя выходных сигналов обработанные сигналы преобразуются в неэлектрические сигналы (изображения на экране).

С позиции функционального назначения компьютер – это система, состоящая из 4-х основных устройств, выполняющих определенные функции: запоминающего устройства или памяти, которая разделяется на оперативную и постоянную, арифметико-логического устройства (АЛУ), устройства управления (УУ) и устройства ввода-вывода (УВВ). С позиции функционального назначения компьютер – это система, состоящая из 4-х основных устройств, выполняющих определенные функции: запоминающего устройства или памяти, которая разделяется на оперативную и постоянную, арифметико-логического устройства (АЛУ), устройства управления (УУ) и устройства ввода-вывода (УВВ).

Запоминающее устройство (память) предназначается для хранения информации и команд программы в ЭВМ. Информация, которая хранится в памяти, представляет собой закодированные с помощью 0 и 1 числа, символы, слова, команды, адреса и т.д. Запоминающее устройство (память) предназначается для хранения информации и команд программы в ЭВМ. Информация, которая хранится в памяти, представляет собой закодированные с помощью 0 и 1 числа, символы, слова, команды, адреса и т.д. Характеристики памяти : 1) емкость памяти – максимальное количество хранимой информации в байтах; 2) быстродействие памяти – время обращения к памяти, определяемое временем считывания или временем записи информации.

Виды памяти Внутренняя ОЗУ ПЗУ Внешняя Диски Флешки Дискеты Магнитные ленты

Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Производит арифметические и логические действия. Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Производит арифметические и логические действия. Следует отметить, что любую арифметическую операцию можно реализовать с использованием операции сложения. Сложная логическая задача раскладывается на более простые задачи, где достаточно анализировать только два уровня: ДА и НЕТ.

Устройство управления (УУ) управляет всем ходом вычислительного и логического процесса в компьютере, т.е. выполняет функции «регулировщика движения» информации. УУ читает команду, расшифровывает ее и подключает необходимые цепи для ее выполнения. Считывание следующей команды происходит автоматически. Устройство управления (УУ) управляет всем ходом вычислительного и логического процесса в компьютере, т.е. выполняет функции «регулировщика движения» информации. УУ читает команду, расшифровывает ее и подключает необходимые цепи для ее выполнения. Считывание следующей команды происходит автоматически. Фактически УУ выполняет следующий цикл действий: 1. формирование адреса очередной команды; 2. чтение команды из памяти и ее расшифровка; 3. выполнение команды.

В современных компьютерах функции УУ и АЛУ выполняет одно устройство, называемое центральным процессором. В современных компьютерах функции УУ и АЛУ выполняет одно устройство, называемое центральным процессором.

Устройства ввода и вывода — устройства взаимодействия компьютера с внешним миром: с пользователями или другими компьютерами. Устройства ввода и вывода — устройства взаимодействия компьютера с внешним миром: с пользователями или другими компьютерами. Устройства ввода позволяют вводить информацию в компьютер для дальнейшего хранения и обработки. Устройства вывода — получать информацию из компьютера.

Задание 1. Из данных блоков составьте Функциональную схему компьютера

АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ЭВМ

Правила выполнения арифметических действий над двоичными числами задаются таблицами сложения, вычитания и умножения. Правила выполнения арифметических действий над двоичными числами задаются таблицами сложения, вычитания и умножения. Сложение Вычитание Умножение 0+0 = 0 0 – 0 = 0 0 х 0 = 0 0+1 = 1 1 – 0 = 1 0 х 1 = 0 1+0 = 1 1 – 1 = 0 1 х 0 = 0 1+1 = 10 10 – 1 = 1 1 х 1 = 1

В ВТ с целью упрощения реализации арифметических операций применяют специальные коды: прямой, обратный, дополнительный. В ВТ с целью упрощения реализации арифметических операций применяют специальные коды: прямой, обратный, дополнительный.

Прямой код Прямой код складывается из знакового разряда (старшего) и собственно числа. Знаковый разряд имеет значение 0 – для положительных чисел; 1 – для отрицательных чисел. Например: прямой код для чисел –4 и 5: -4 410=1002 1_100 5 510=1012 0_101

Обратный код Обратный код образуется из прямого кода заменой нулей — единицами, а единиц — нулями, кроме цифр знакового разряда. Для положительных чисел обратный код совпадает с прямым. Используется как промежуточное звено для получения дополнительного кода. Например: Прямой код 1_100 1_101 Обратный код 1_011 1_010

Дополнительный код Дополнительный код образуется из обратного кода добавлением 1 к младшему разряду. Например: найти дополнительный код -710 -710=1112 Прямой код 1_111 Обратный код 1_000 Дополнительный код :1_001 (1_000+1)

Правило сложения двоичных чисел: При алгебраическом сложении двоичных чисел с использованием дополнительного кода положительные слагаемые представляют в прямом коде, а отрицательные – в дополнительном коде. Затем производят суммирование этих кодов, включая знаковые разряды, которые при этом рассматриваются как старшие разряды. При возникновении переноса из знакового разряда единицу переноса отбрасывают. В результате получают алгебраическую сумму в прямом коде, если эта сумма положительная, и в дополнительном коде, если сумма отрицательная.

Задание 2. Найдите дополнительный код для числа -12.

Решения -12 = 1100 Прямой код: 1_1100 Обратный код: 1_0011 Дополнительный код: 1_0111

Задание 3. Вычислите: а) 10112+100012; б) 11002 – 10012; в) 1102 * 110012.

Решение а)+10001 б) -1100 1011 1001 11100 11 в) х11001 110 11001 11001 10010110

ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ЭВМ

Алгебра логики Булева алгебра оперирует логическими переменными, которые могут принимать только два значения: истина или ложь (true или false), обозначаемые соответственно 1и 0. Для описания логики функционирования аппаратных и программных средств ЭВМ используется или, как ее часто называют, булева алгебра (по имени основоположника этого раздела математики – Дж. Буля).

Логической функцией называется функция, которая может принимать только 2 значения – истина или ложь (1 или 0). Любая логическая функция может быть задана с помощью таблицы истинности. В левой ее части записываются возможные наборы аргументов, а в правой – соответствующие им значения функции. Логической функцией называется функция, которая может принимать только 2 значения – истина или ложь (1 или 0). Любая логическая функция может быть задана с помощью таблицы истинности. В левой ее части записываются возможные наборы аргументов, а в правой – соответствующие им значения функции.

А ¬А 0 1 1 0 Таблица истинности Логическая операция ИНВЕРСИЯ (операция отрицания) – новое высказывание, которое ложно, когда высказывание истинно и истинно, когда само высказывание ложно. Cоответствует частице НЕ, обозначается: ¬А

Логическая операция КОНЪЮНКЦИЯ Конъюнкция двух переменных истинна тогда и только тогда, когда оба высказывания истинны. Cоответствует союзу И, обозначается знаками &, , *. Таблица истинности A B А В 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

Логическая операция ДИЗЪЮНКЦИЯ Дизъюнкция двух переменных ложна тогда и только тогда, когда оба высказывания ложны. Cоответствует союзу ИЛИ, обозначается знаками , +. Таблица истинности A B А В 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

Задание 4 Постройте таблицу истинности для логической формулы:

Решение x y 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1

Задание 5 Для какого символьного выражения истинно высказывание ¬ (Первая буква согласная)  ¬ (Вторая буква гласная)? 1) abcde 2) bcade 3) babas 4) cabab

Решение 1 согл 2 гл ¬1 согл ¬2 гл ¬1 согл ¬2 гл abcde 0 0 1 1 1 bcade 1 0 0 1 0 babas 1 1 0 0 0 cabab 1 1 0 0 0 Ответ: abcde

Алгоритм – система точных и понятных предписаний (команд, инструкций, директив) о содержании и последовательности выполнения конечного числа действий, необходимых для решения любой задачи данного типа. В качестве исполнителя алгоритмов можно рассматривать человека, любые технические устройства, среди которых особое место занимает компьютер. Система команд исполнителя (СКИ) – набор действий, которые может совершить исполнитель

Свойства алгоритма Дискретность (от лат. discretus – разделенный, прерывистый) указывает, что любой алгоритм должен состоять из конкретных действий, следующих в определенном порядке. Детерминированность (от лат. determinate – определенность, точность) указывает, что любое действие алгоритма должно быть строго и недвусмысленно определено в каждом случае. Конечность определяет, что каждое действие в отдельности и алгоритм в целом должны иметь возможность завершения. Результативность означает, при точном исполнении всех команд процесс решения задачи должен прекратиться за конечное число шагов и при этом должен быть получен определенный постановкой задачи результат (ответ). Массовость. Это свойство показывает, что один и тот же алгоритм можно использовать с разными исходными данными, т.е. применять при решении всего класса задач данного типа, отвечающих общей постановке задачи.

Типовые конструкции алгоритмов: Линейный. Циклический. Разветвляющийся. Вспомогательный.

Линейный (последовательный) алгоритм – описание действий, которые выполняются однократно в заданном порядке. Линейный (последовательный) алгоритм – описание действий, которые выполняются однократно в заданном порядке. Циклический – описание действий или группы действий, которые должны повторяться указанное число раз или пока не выполнено заданное условие. Совокупность повторяющихся действий – тело цикла. Разветвляющийся – алгоритм, в котором в зависимости от условия выполняется либо одна, либо другая последовательность действий. Условие – выражение, находящееся между словом «если» и словом «то» и принимающее значение «истина» (ветвь «да») или «ложь» (ветвь «нет»). Возможна полная и неполная форма ветвления. Вспомогательный – алгоритм, который можно использовать в других алгоритмах, указав только его имя. Вспомогательному алгоритму должно быть присвоено имя.

Способы описания алгоритмов. на естественном языке; на специальном (формальном) языке; с помощью формул, рисунков, таблиц; с помощью стандартных графических объектов (геометрических фигур) – блок-схемы.

Основные элементы блок схемы

Задание 6 Составьте блок-схему для решения полного квадратного уравнения ax2+bx+c=0/

Задание 7 Разгадайте кроссворд 6 1 3 5 4 8 9 2 10 7 По горизонтали: 2. Свойство алгоритма, означающее однозначность действий. 7. Повторяющаяся последовательность действий. 8. Синоним слову алгоритм. 10. Фигура, в которой записывается условие в блок-схеме. По вертикали: Способ описания алгоритма. 3. Объект, умеющий выполнять определенный набор действий. 4. Строго определенная последовательность действий при решении задачи. 5. Свойство, показывающие, что алгоритм можно применять для решения класса задач . 6. Фигура ввода-вывода данных. 9. Алгоритм, действия в котором выполняются однократно в заданном порядке.