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

Решение

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

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/

Решение

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.