Правила построения таблицы истинности

1. Количество строк таблицы (M) определяется по формуле M=2ⁿ, n – количество логических переменных.

2. Количество столбцов таблицы равно сумме логических переменных и логических операций.

Пример:

Составим таблицу истинности для формулыF=, которая содержит 2 переменные x и y и 5 логических операций. В первых двух столбцах таблицы запишем четыре возможных пары значений этих переменных, в последующих столбцах — значения промежуточных формул и в последнем столбце — значение формулы. В результате получим таблицу:

 

 

Переменные	Промежуточные действия	Результат

Импликацию можно выразить через дизъюнкцию и отрицание:

А В = v В.
Эквиваленцию можно выразить через отрицание, дизъюнкцию и конъюнкцию:

А В = (v В) ^. (v А).

Импликацию можно выразить через дизъюнкцию и отрицание:

А В = v В.
Эквиваленцию можно выразить через отрицание, дизъюнкцию и конъюнкцию:

А В = (v В) ^. (v А).

Таким образом, операций отрицания, дизъюнкции и конъюнкции достаточно, чтобы описывать и обрабатывать логические высказывания.

Порядок выполнения логических операций задается круглыми скобками. Но для уменьшения числа скобок договорились считать, что сначала выполняется операция отрицания ("не"), затем конъюнкция ("и"), после конъюнкции — дизъюнкция ("или") и в последнюю очередь — импликация.

С помощью логических переменных и символов логических операций любое высказывание можно формализовать, то есть заменить логической формулой.

Определение логической формулы:

1. Всякая логическая переменная и символы "истина" ("1") и "ложь" ("0") — формулы.

2. Если А и В — формулы, то , А ^. В , А v В , А B , А В — формулы.

3. Никаких других формул в алгебре логики нет.

В алгебре логики выполняются следующие основные законы, позволяющие производить тождественные преобразования логических выражений:

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ

Закон	Для ИЛИ	Для И
Переместительный
Сочетательный
Распределительный
Правила де Моргана
Дизъюнкция (конъюнкция) одной переменной
Поглощения
Склеивания
Операция переменной с ее инверсией
Операция с константами
Двойного отрицания

 

Лекция 2. Технические средства реализации информационных процессов

2.1. История развития ЭВМ

История развития ЭВМ берет свое начало в 1946 г., когда американцы Дж. Эккерт и Дж. Моучли сконструировали первый электронный цифровой компьютер "Эниак" (Electronic Numerical Integrator and Computer). Машина имела 20 тысяч электронных ламп и 1,5 тысячи реле. Она выполняла за одну секунду 300 умножений или 5000 сложений.

Развитие ЭВМ можно представить в виде нескольких поколений.

К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х годов. В их схемах использовались электронные лампы. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла.

Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства.

Отечественные машины первого поколения: МЭСМ (малая электронная счётная машина), БЭСМ, Стрела, Урал, М—20.

Второе поколение компьютерной техники — машины, сконструированные примерно в 1955—65 гг. Характеризуются использованием в них как электронных ламп, так и дискретныхтранзисторных логических элементов.

В это время стал расширяться диапазон применяемого оборудования ввода-вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.

Машины третьего поколения созданы примерно после 60-x годов. Машины третьего поколения — это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами.

Примеры машин третьего поколения — семейства IBM—360, IBM—370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.

Четвёртое поколение — это поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года.

В аппаратном отношении для них характерно широкое использование интегральных схем в качестве элементной базы, а также наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой ёмкостью в десятки мегабайт.

В компьютерах пятого поколения произойдёт качественный переход от обработки данных к обработке знаний.

2.2. Понятие и основные виды архитектуры ЭВМ

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д.

Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Наиболее распространены следующие виды архитектуры ЭВМ:

1) Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа. Это однопроцессорный компьютер.

2) Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи.

3) Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную).

4) Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд.

2.3. Состав и назначение основных устройств персонального компьютера, их характеристики

Современный персональный компьютер представляет собой совокупность взаимосвязанных между собой устройств, каждый из которых выполняет определенное действие над информацией (информационный процесс). Это устройства:

· ввода;

· вывода;

· обработки;

· хранения;

· передачи.

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Магистральный принцип означает то, что все устройства компьютера подсоединены к одной общей информационной магистрали, предназначенной для обмена данными, для указания адресов устройств, для управления потоками данных.

Для обработки информации используется устройство компьютера, называемое процессором.

Функции процессора:

· обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;

· программное управление работой устройств компьютера.

Основными характеристиками процессора являются:

· тактовая частота – она определяет быстродействие процессора и всего компьютера. Она измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц).

· разрядность – количество двоичных разрядов, которые могут передаваться и обрабатываться процессором одновременно.

Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает.

Объем ОЗУ обычно составляет от 128 до 1024 Мбайт.

2.4. Запоминающие устройства: классификация, принцип работы, основные характеристики

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором.

Гибкий диск (англ. floppy disk), или дискета, — носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.

Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием.

В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты со следующими характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), ёмкость 1,44 Мбайт.

Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) или винчестерский накопитель — это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации — программ и данных.

Винчестерские накопители имеют очень большую ёмкость: от 10 до 300 Гбайт.

Накопители на компакт-дисках - Здесь носителем информации является CD-ROM (Сompact Disk Read-Only Memory - компакт диск, из которого можно только читать). Для работы с CD-ROM нужно подключить к компьютеру накопитель CD-ROM. Емкость CD достигает 800 Мбайт.

На смену технологии СD-ROM стремительно идет технология цифровых дисков DVD. Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают до 17 Гбайт данных.

Записывающие оптические и магнитооптические накопители - Записывающий накопитель CD-R, DVD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, однократно записывать информацию на специальные оптические диски емкостью 650 Мбайт на CD-R и 4,7 Гб на DVD-R. Для неоднократной записи необходимо использовать носители CD-RW и DVD-RW.

Flash-память – это энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Информационная емкость карт памяти достигает 4 Гб.

2.5. Устройства ввода/вывода данных, их разновидности и основные характеристики

Клавиатура компьютера — устройство для ввода информации в компьютер и подачи управляющих сигналов.

Манипулятор мышь - предназначена для ввода графической информации и для работы с графическим интерфейсом программ. В настоящее время используются оптические проводные и беспроводные мыши. Основной характеристикой мыши является разрешающая способность в точках на дюйм (dpi). Обычно она составляет 600 dpi, означающая, что при перемещении мыши на 1 дюйм (1 дюйм = 2,54 см), указатель мыши на экране перемещается на 600 точек.

Сканер предназначен для оптического ввода в компьютер и преобразования в цифровую форму изображений и текста. Разрешающая способность сканеров составляет 600 dpi и выше, т.е. на полоске изображения длиной 1 дюйм сканер может распознавать 600 и более точек.

Цифровые фото и видеокамеры – могут быть подключены к компьютеру, что позволяет сохранять фото и видеозаписи в цифровых форматах.

ТВ-тюнеры – позволяют просматривать на компьютере телепередачи и радиопередачи.

Звуковая плата – производит преобразование звука из аналоговой формы в цифровую. Для ввода звука используется подключенный к входу звуковой карты микрофон.

Монитор — устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др.). Подключается монитор к видеокарте компьютера.

1) Монитор на базе электронно-лучевой трубки

Основной элемент дисплея — электронно-лучевая трубка. Её передняя, обращенная к зрителю часть с внутренней стороны покрыта люминофором — специальным веществом, способным излучать свет при попадании на него быстрых электронов. Характеристиками мониторов являются:

· точечным шагом монитора (обычно 0,24 мм);

· частота развертки (60-120 Гц).

· разрешение экрана.

· размер экрана (в дюймах).

2) Жидкокристаллические мониторы

Большинство ЖК-мониторов использует тонкую плёнку из жидких кристаллов, помещённую между двумя стеклянными пластинами.

Преимущество ЖК-мониторов перед мониторами на ЭЛТ состоит в отсутствии вредных для человека электромагнитных излучений и компактности.

3) Сенсорный экран

Общение с компьютером осуществляется путём прикосновения пальцем к определённому месту чувствительного экрана. Этим выбирается необходимый режим из меню, показанного на экране монитора. Сенсорными экранами оборудуют рабочие места операторов и диспетчеров, их используют в информационно-справочных системах и т.д.

Принтер — печатающее устройство. Осуществляет вывод из компьютера закодированной информации в виде печатных копий текста или графики.

Существуют тысячи наименований принтеров. Но основных видов принтеров три: матричные, лазерные и струйные.

1) Матричные принтеры используют комбинации маленьких штырьков, которые бьют по красящей ленте, благодаря чему на бумаге остаётся отпечаток символа. Недостатками этих недорогих принтеров являются их шумная работа и невысокое качество печати.

2) Лазерные принтеры работают примерно так же, как ксероксы. Компьютер формирует в своей памяти "образ" страницы текста и передает его принтеру. Принтер с помощью специального горячего валика протягивает бумагу под барабаном; тонер переносится на бумагу и "вплавляется" в неё, оставляя стойкое высококачественное изображение. Цветные лазерные принтеры пока очень дороги.

3) Струйные принтеры генерируют символы в виде последовательности чернильных точек. Эти принтеры требовательны к качеству бумаги. Цветные струйные принтеры создают цвета, комбинируя чернила четырех основных цветов — ярко-голубого, пурпурного, желтого и черного.

Плоттер (графопостроитель) — устройство, которое чертит графики, рисунки или диаграммы под управлением компьютера.

Плоттеры используются для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем. Принцип действия у плоттеров такой же, как и у струйных принтеров.

Акустические колонки и наушники – предназначены для прослушивания звука, подключаются к выходу звуковой платы.

Лекция 3. Программные средства реализации информационных процессов

3.1. Понятие и виды программного обеспечения компьютера

Для того чтобы выполнить какой-либо информационный процесс с использованием компьютера, необходим набор (список) инструкций по его выполнению, который называется программой.

Программа – это последовательность команд, записанная на языке, понятному компьютеру.

Ранние вычислительные машины могли выполнять только команды, поступающие извне, и выполнять операции только поочередно. Иногда подключение проводки к электрическому табло, установка системы переключателей и их настройка для решения всего одной задачи занимали целый рабочий день. Для перестройки машины на решение новой задачи операторам приходилось проделывать всю работу заново.

В противоположность этому, у современных компьютеров программы отделены от конструкции, что позволяет выделить у компьютера две его части: аппаратную (hardware) и программную (software). В русской терминологии последняя часть получила название программного обеспечения.

Программное обеспечение компьютера – совокупность программ, хранящихся во внешней памяти компьютера и предназначенных для выполнения различных задач обработки данных.

В зависимости от выполняемых задач все программное обеспечение можно разделить на системное, прикладное и инструментальное. Рассмотрим классификацию ПО на схеме:

 

 

Программное обеспечение компьютера

Базовое (основное)

Системное ПО предназначено для обеспечения работоспособности компьютера, его устройств и других программ. Оно разделяется на базовое и сервисное. Базовое (основное) системное ПО включает в себя операционную систему, программы-драйверы. Сервисное системное ПО включает в себя программы, взаимодействующие с устройствами компьютера и его операционной системой (программы-утилиты): антивирусные программы, архиваторы, программы для записи компакт-дисков, файловые менеджеры и т.п.

Прикладное ПО предназначено для решения конкретных пользовательских задач. Данное ПО составляют программы, применяемые любыми пользователями – ППО общего назначения (текстовые редакторы, электронные таблицы, СУБД, программы для создания презентаций, графические редакторы, так и программы для автоматизации деятельности специалистов в некоторой отрасли (бухгалтерские программы, АРМ, САПР, педагогические программные средства – ППС и пр.).

Инструментальное ПО предназначено для создания системных и прикладных программ. В его состав входят языки и среды программирования (Turbo Pascal, QBasic, C, Delphi, Visual Basic, Visual C, Java и пр.).

3.2. Операционная система

Операционная система — это комплекс взаимосвязанных системных программ, предназначенных для организации взаимодействия пользователя с компьютером и выполнения всех других программ.

В функции операционной системы входит:

- осуществление диалога с пользователем (интерфейс);

- ввод-вывод и управление данными;

- планирование и организация процесса выполнения программ;

- распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних устройств);

- всевозможные вспомогательные операции обслуживания;

- программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.).

Для выполнения данных функций в состав операционной системы входят следующие ее компоненты:

- драйверы устройств – специализированные программы для управления различными устройствами, входящими в состав компьютера (драйвер сканера, драйвер принтера, и т.д.);

- ядро (командный интерпретатор) – так называемый «переводчик» с языка программ на язык машинных кодов. Ведь компьютер «понимает» лишь последовательность неких символов, а не те команды, которые видим мы;

- интерфейс (организация диалога пользователя с компьютером).

В зависимости от назначения и возможностей все операционные системы можно классифицировать по следующим параметрам:

- по типу интерфейса: операционные системы с интерфейсом командной строки (MS DOS), операционные системы с графическим интерфейсом (Windows, Linux);

- по числу одновременно работающих пользователей: однопользовательские (MS DOS, Windows 95/98/ME), многопользовательские (Windows 2000/XP/Vista);

- по числу одновременно выполняемых задач: однозадачные (MS DOS), многозадачные (Windows).

3.3. Файловая система компьютера

Файл — это именованная совокупность любых данных, размещенная на внешнем запоминающем устройстве и хранимая, пересылаемая и обрабатываемая как единое целое. Файл может содержать программу, числовые данные, текст, закодированное изображение и др.

Файловая система — это составная часть операционной системы, предназначенная для организации хранения файлов на каком-либо носителе.

Существует два вида файловых систем:

1) Одноуровневая файловая система.

Она обычно используется на носителях, имеющих небольшой объем (например, дискетах).

Для того чтобы найти нужный файл на нужном диске, необходимо указать путь к этому файлу.

В одноуровневой файловой системе путь состоит из имени диска и самого имени файла:

<имя диска>:\<имя файла>

Например:

Если файл реферат по биологии.txt находится на дискете, то путь к нему будет следующим:

A:\реферат по биологии.txt

2) Многоуровневая файловая система.

Она представляет собой древовидную (иерархическую) структуру и используется на дисках большого объема (жестком диске, компакт-диске, и пр.).

В многоуровневой файловой системе путь к файлу состоит из имени диска, последовательности каталогов и самого имени файла:

<имя диска>:\<каталог 1 уровня>\< каталог 2 уровня>\...\< каталог n уровня>\<имя файла>

В процессе работы на компьютере наиболее часто над файлами и каталогами производятся следующие операции: копирование, перемещение, удаление, переименовывание. Операции копирование и перемещение выполняются с использованием буфера обмена.

Перед тем, как произвести какие-либо операции над объектами (файлами или каталогами), эти объекты следует выделить нажатием на него левой клавишей мыши. Существует множество способов задания необходимых операций, кроме этого, графический интерфейс Windows позволяет проводить операции над файлами и каталогами с помощью мыши с использованием метода Drag&Drop (перетащи и оставь). Для этого на необходимый объект нажимают левой или правой клавишей мыши (в зависимости от операции) и, не отпуская клавишу мыши, перетаскивают объект в нужное место и отпускают клавишу мыши.

3.4. Технологии обработки текстовой информации

Текстовый файл – это простейшая форма организации текстовых данных, состоящая из кодов таблицы символьной кодировки.

Текстовый документ – это текстовый файл, имеющий определенную структуру содержания.

Текстовый редактор – прикладная программа, предназначенная для работы с текстом.

В зависимости от конкретного назначения и возможностей текстового редактора, существует три их вида:

- простейшие текстовые редакторы (Блокнот, WordPad);

- текстовые процессоры (Microsoft Word, Лексикон);

- настольные издательские системы (Adobe PageMaker).

Создание текстового документа обычно организуется в несколько этапов:

1. Установка параметров страницы.

2. Ввод и редактирование текста.

3. Форматирование текста.

4. Предварительный просмотр текстового документа.

5. Печать текста.

Установка параметров страницы, шрифта и абзаца

Для установки параметров страницы, необходимо в пункте меню «Файл» выбрать команду «Параметры страницы». Данная команда позволяет установить следующие параметры страницы: поля, размер бумаги, книжная или альбомная ориентация листа и пр.

 

Для установки параметров шрифта и применения их для нужного фрагмента текста необходимо выделить нужный фрагмент текста с помощью левой клавиши мыши и в пункте меню «Формат» выбрать команду «Шрифт».

Данная команда позволяет установить следующие параметры шрифта: размер, тип, цвет, начертание (обычный, курсив, полужирный), подчеркивание и пр.

 

Для установки параметров абзаца, необходимо сначала выделить нужный абзац, затем в пункте меню «Формат» выбрать команду «Абзац».

Данная команда позволяет установить следующие параметры абзаца: выравнивание (по центру, по ширине, по левому краю, по правому краю), отступы слева и справа, отступ первой строки, интервалы.