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

Подписи к слайдам:

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

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