Конспект лекции _Принципы обработки информации при помощи компью. Лекция Принципы обработки информации при помощи компьютера
 Скачать 1.64 Mb.
|
|
Лекция № 2.3. Принципы обработки информации при помощи компьютера Арифметические и логические основы работы компьютера Лекция № 2.3. Принципы обработки информации при помощи компьютера. Арифметические и логические основы работы компьютера. План: I. Принципы обработки информации при помощи компьютера II. Арифметические и логические основы работы компьютера III. Примеры работы сумматоров I. Принципы обработки информации при помощи компьютера Очень важен принцип программного управления компьютером. Он заключается в том, что компьютер работает под управлением программ, представляющих собой последовательность команд (инструкций, операций), каждая из которых «понятна» компьютеру. В современных компьютерах и программа, и данные находятся в одной оперативной памяти. Этот принцип восходит к самым первым ЭВМ и называется неймановским принципом, по имени американского ученого Джона фон Неймана, сформулировавшего его. 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 учѐных 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. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ — заранее заданных, четко определѐнных 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. II. Арифметические и логические основы работы компьютера В жизни мы часто используем логические зависимости. Первый пример: Мы говорим: «Чтобы приготовить это блюдо, мне необходимо обязательно иметь мясо, соус, соль и зелень». Перефразируя, можно сказать: «И мясо, И соус, И соль, И зелень» То есть при отсутствии чего-либо, мы не сможем приготовить блюдо. Второй пример: направляясь в магазин, вы знаете, что можете доехать до него ИЛИ на трамвае, ИЛИ на автобусе, ИЛИ на троллейбусе. Третий пример: собираясь в поход, вы предполагаете: «Надену любую обувь, только НЕ эти кроссовки, поскольку они неудобны». Привычная алгебра оперирует числами, а алгебра логики (алгеброй высказываний) – событиями. Любая формальная математическая система состоит из множеств: - операндов (данных для обработки, т.е. информации); - операций (операторов или действий над информацией); - постулатов (законов, правил, теорем, аксиом, формул) В алгебре логики возьмем в качестве множества только «0» и «1». Это константы алгебры логики. «1» - ИСТИНА (логическая единица) «0» - ЛОЖЬ (логический ноль) Условимся, что если некоторое событие А произошло, то это записывается: А = 1 Если событие А не произошло, то: А = 0 Наиболее распространенные логические операции 1. Логическое умножение (конъюнкция) или операция И (обозначают символами «&» или «*») Пример 1. Елочная гирлянда из 10 лампочек, которые включены последовательно. Если хотя бы одна лампочка перегорит, то ток прекратится и гирлянда гореть не будет. Пример 2. При каких условиях состоится урок информатики? Пусть событие S – урок состоялся (1) или не состоялся (0) событие А – присутствие (1) или отсутствие (0) преподавателя событие В – присутствие (1) или отсутствие (0) студентов группы, тогда A B S 0 (группа не пришла) 0 (преподаватель не пришел) 0 (урок не состоялся) 0 (группа не пришла) 1 (преподаватель пришел) 0 (урок не состоялся) 1 (группа пришла) 0 (преподаватель не пришел) 0 (урок не состоялся) 1 (группа пришла) 1 (преподаватель пришел) 1 (урок состоялся) то есть A B S = А*B 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 2. Логическое сложение (дизъюнкция) или операция ИЛИ (обозначают символами «˅» или «+») Пример 3. В комнате висит светильник из трех лампочек, каждая из которых может включаться отдельно. Когда произойдет событие S – в комнате горит свет? Свет будет отсутствовать, только если все три лампочки не горят. Пример 4. Сотрудник «Гидрометцентра» говорит: «Завтра будут осадки». Пусть событие S – будут осадки (1) или не будут осадки (0) событие А – присутствие (1) или отсутствие (0) дождя событие В – присутствие (1) или отсутствие (0) снега тогда A B S 0 (дождь не идет) 0 (снег не идет) 0 (осадков нет) 0 (дождь не идет) 1 (снег идет) 1 (осадки есть) 1 (дождь идет) 0 (снег не идет) 1 (осадки есть) 1 (дождь идет) 1 (снег идет) 1 (осадки есть) то есть A B S = А+B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 3. Логическое отрицание (инверсия) или операция НЕ (обозначают сверху чертой, т.е. ̅) Если значение А = 1, то ̅ 0 A ̅ 0 1 1 0 Пример 1. ( ) ( ̅ ̅) 1 2 3 4 5 6 1,2 ̅ 1 ̅ 2 ̅ ̅ 4,5 ( ) ( ̅ ̅) 3,6 1 0 0 0 1 1 1 0 2 0 1 1 1 0 1 1 3 1 0 1 0 1 1 1 4 1 1 1 0 0 0 0 Пример 2. ̅ ̅ 1 2 3 4 5 6 1,2 ̅ 1 ̅ 2,4 ̅ 2 ̅ ̅ 3,5,6 1 0 0 0 1 0 1 1 2 0 1 0 1 1 0 1 3 1 0 0 0 0 1 1 4 1 1 1 0 0 0 1 Логические схемы составляют основу построения технических систем обработки информации в компьютере. Логические схемы выполняются из диодов и транзисторов и их работа описывается алгеброй логики. А & А ˅ S = A*B S = A+B В В А ̅ Логическая схема И Логическая схема ИЛИ Логическая схема НЕ Логические функции и схемы – основа элементной базы компьютера Основные логические схемы: Схема И Схема ИЛИ Схема НЕ III. Примеры работы сумматоров Пусть 0 – выключатель выключен, 1 – выключатель включен лампочка не горит лампочка горит Тогда логическую схему ИЛИ можно рассмотреть так: Оба выключатели выключены – при операции ИЛИ лампочка не горит Один выключатель включен, второй выключен – при операции ИЛИ лампочка горит Оба выключателя включены – при операции ИЛИ лампочка горит Логическую схему И можно рассмотреть так: Оба выключатели выключены – при операции И лампочка не горит Один выключатель включен, второй выключен – при операции И лампочка не горит Оба выключателя включены – при операции И лампочка горит Сумматор — это вид регистра, обладающий способностью сложения двоичных кодов. Сумматор – основная часть процессора Напомним, что для хранения нескольких бит информации используется столько элементов, сколько бит надо хранить. Эти элементы называются триггеры, они образуют интегральную схему, которая называется регистром. Регистр — это совокупность элементов, которые могут принимать, хранить и выдавать информацию в компьютере. Пример сумматора 1) Сумматор 2) Пример работы сумматора внутри Восемь сумматоров 3) Подсоединим выключатели и лампочки к сумматорам 4) Пример работы сумматоров: складывание 00000001+00000001=00000010 5) Пример работы сумматоров: складывание 00000010+00000010=00000100 6) Пример работы сумматоров: складывание 00001010+0001010=00010100 7) Пример работы сумматоров: складывание 11011011+00100100=11111111 Этот процесс происходит миллион раз в секунду |