Логические основы работы компьютера кратко. Учебное пособие "логические основы компьютера". Разбирается дело Лёнчика, Пончика и Батончика. Кто-то из них нашел и утаил клад. На следствии каждый из них сделал по два заявления

Логический элемент – дискретный преобразователь, который после обработки входных сигналов выдает на выходе сигнал, являющийся значением одной из логических функций. В качестве входных и выходных сигналов используются двоичные сигналы.

Базовыми логическим и элементами компьютера являются : конъюктор, дизъюнктор, инвертор.

На основе базовых логических элементов строятся устройства компьютеров (сумматоры, полусумматоры, ячейки оперативной памяти и другие элементы памяти).

Триггер – устройство для хранения информации в оперативной памяти компьютера, во внутренних регистрах процессора. Триггер позволяет запоминать, хранить и считывать один вид информации. Триггер может находиться в одном из двух устойчивых состояний.

Триггер имеет 2 входа: S-установочный, R-вход сброса; и 2 выхода: Q-прямой и Q-инверсный.

Если на входы поступают сигналы «О,О», то триггер находится в режиме хранения. На выходах сохраняются ранее установленные значения. Если на вход S поступает кратковременный сигнал «1», то триггер переходит в состояние «1», когда сигнал на входе S станет равным нулю, триггер будет сохранять единицу на выходе.

При подаче единицы на вход R триггер переходит в состояние «0». Подача единицы на входы S и R одновременно ЗАПРЕЩЕНА!!!

ЗАКОНЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЛОГИЧЕСКИХ ВЫРАЖЕНИЙ.

Логические выражения называются равносильными, если их истинные значения совпадают при любых значениях переменной.

1) закон двойного отрицания. Инверсия

2) коммутативный закон

3) Сочетательный закон.

· A v (B v C)=(A v B) v C

· A & (B & C)=(A & B) & C

4) распределительный закон.

· Логическое умножение (A v B) & C=(A & C) v (B & C)

· (A & B) v C=(A v C) & (B v C)

5) законы Де Моргана.

· Инверсия(A v B)=инверсия A v инверсия A

6) Закон иденпотентности.

7) исключение констант.

· A v 1=1 логическое сложение A v 0=A

· A & 1=A логическое умножение A & 0=0

8) закон противоречия

· A & инверсия A=0

9) закон исключения третьего.

· Инверсия A v A=1

Алгебра высказываний

Алгебра это наука об общих операциях аналогичных сложению и умножению, которые могут выполняться над высказываниями и другими математическими объектами (множествами, векторами, числами).

Логические операции в алгебре высказываний:

· конъюнкция – это логическое умножение, & - символ

Конъюнкция – это логическая операция, ставящая в соответствие двум простым высказываниям – составное высказывание, являющееся истинным, тогда и только тогда, когда оба исходных высказывания – истины.

· 0 –ложь

· 1 – истина

Таблица истинности «&»

· инверсия – логическое отрицание, «»

Инверсия – это логическая операция, которая каждому простому высказыванию ставит в соответствие составное высказывание, заключающееся в том, что исходное высказывание – отрицается.

Таблица истинности «»

· операция эквиваленция – логическая равнозначность, «<=>»

Эквиваленция – это логическая операция, ставящая в соответствии двум высказываниям составное, являющееся истинным, тогда и только тогда, когда истины оба исходных высказывания или тогда, когда ложны исходное высказывания.

Таблица эквиваленции «<=>»

Алгебра логики и логические основы компьютера

Что такое алгебра логики?

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 описании функционирования и разработке различных электронных схем. Законы и аппарат алгебры логики стал использоваться при проектировании различных частей компьютеров (память, процессор). Хотя это не единственная сфера применения данной науки.

Что же собой представляет алгебра логики? Во-первых, она изучает методы установления истинности или ложности сложных логических высказываний с помощью алгебраических методов. Во-вторых, булева алгебра делает это таким образом, что сложное логическое высказывание описывается функцией, результатом вычисления которой может быть либо истина, либо ложь (1, либо 0). При этом аргументы функции (простые высказывания) также могут иметь только два значения: 0, либо 1.

Что такое простое логическое высказывание ? Это фразы типа «два больше одного», «5.8 является целым числом». В первом случае мы имеем истину, а во втором ложь. Алгебра логики не касается сути этих высказываний. Если кто-то решит, что высказывание «Земля квадратная» истинно, то алгебра логики это примет как факт. Дело в том, что булева алгебра занимается вычислениями результата сложных логических высказываний на основе заранее известных значений простых высказываний.

Логические операции. Дизъюнкция, конъюнкция и отрицание(инверсия)

Так как же связываются между собой простые логические высказывания, образуя сложные? В естественном языке мы используем различные союзы и другие части речи. Например, «и», «или», «либо», «не», «если», «то», «тогда». Пример сложных высказываний: «у него есть знания и навыки», «она приедет во вторник, либо в среду», «я буду играть тогда , когда сделаю уроки», «5 не равно 6». Как мы решаем, что нам сказали правду или нет? Как-то логически, даже где-то неосознанно, исходя из предыдущего жизненного опыта, мы понимает, что правда при союзе «и» наступает в случае правдивости обоих простых высказываний. Стоит одному стать ложью и все сложное высказывание будет лживо. А вот, при связке «либо» должно быть правдой только одно простое высказывание, и тогда все выражение станет истинным.

Булева алгебра переложила этот жизненный опыт на аппарат математики, формализовала его, ввела жесткие правила получения однозначного результата. Союзы стали называться здесь логическими операторами.

Алгебра логики предусматривает множество логических операций. Однако три из них заслуживают особого внимания, т.к. с их помощью можно описать все остальные, и, следовательно, использовать меньше разнообразных устройств при конструировании схем. Такими операциями являются конъюнкция (И), дизъюнкция (ИЛИ) и отрицание (НЕ). Часто конъюнкцию обозначают & , дизъюнкцию - || , а отрицание - чертой над переменной, обозначающей высказывание.

При конъюнкции истина сложного выражения возникает лишь в случае истинности всех простых выражений, из которых состоит сложное. Во всех остальных случаях сложное выражение будет ложно.

При дизъюнкции истина сложного выражения наступает при истинности хотя бы одного входящего в него простого выражения или двух сразу. Бывает, что сложное выражение состоит более, чем из двух простых. В этом случае достаточно, чтобы одно простое было истинным и тогда все высказывание будет истинным.

Отрицание – это унарная операция, т.к выполняется по отношению к одному простому выражению или по отношению к результату сложного. В результате отрицания получается новое высказывание, противоположное исходному.

Таблицы истинности

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).

Логические основы компьютера

В ЭВМ используются различные устройства, работу которых прекрасно описывает алгебра логики. К таким устройствам относятся группы переключателей, триггеры, сумматоры.

Кроме того, связь между булевой алгеброй и компьютерами лежит и в используемой в ЭВМ системе счисления. Как известно она двоичная. Поэтому в устройствах компьютера можно хранить и преобразовывать как числа, так и значения логических переменных.

Современные направления в разработке новых конструкционных материалов.

Дальнейший прогресс в области совершенствования крепления горных выработок может быть возможен за счет разработки и применения новых высоко эффективных крепежных материалов. Особенности работы крепи в подземных условиях:

· повышенная влажность и агрессивность среды;

· знакопеременные напряжения в элементах;

· влияние динамических проявлений горного давления и сейсмо-взрывных нагрузок, а также воздействие взорванных пород, с одной стороны, ограничивают область применения новых материалов в подземном строительстве;

· а с другой – постоянство температуры в шахте и руднике и в подавляющем числе случаев сравнительно ограниченный срок службы выработок (5-15 лет вместо 60-100 лет для поверхностных сооружений) расширяют области их применения.

Следовательно, для расширения вопроса о возможности применения новых материалов в конструкциях крепи необходимы исследования их физико-химических свойств в лабораторных условиях с учетом особенности работы в подземных условиях. Одновременно эти особенности обусловливают необходимость изыскания новых материалов для конструкций крепи.

1. Что такое алгебра логики?

Создателем алгебры логики является живший в ХIХ веке английский математик Джордж Буль, в честь которого алгебра логики также называется булевой алгеброй .

Так, например, предложение “ 6 - четное число ” следует считать логическим высказыванием, так как оно истинно.

Алгебра логики рассматривает любое высказывание только с точки зрения - является ли оно истинным или ложным.

Употребляемые в обычной речи слова и словосочетания "не”, “и”, “или”, “если... , то”, “тогда и только тогда” и некоторые другие позволяют из уже заданных высказываний строить новые логические высказывания. Такие слова и словосочетания называются логическими связками .

Bысказывания, образованные из других высказываний с помощью логических связок, называются составными . Высказывания, не являющиеся составными, т.е. без связок, называются элементарными .

Истинность или ложность составных высказываний зависит от истинности или ложности элементарных высказываний.

Чтобы формально обращаться к логическим высказываниям, им назначают имена переменных. Пусть через А обозначено элементарное высказывание “Тимур поедет летом на море ”, а через В - высказывание “Тимур летом отправится в горы ”. Тогда составное высказывание “Тимур летом побывает и на море, и в горах ” можно формально записать как А и В . Здесь “и ” - логическая связка, А, В - логические переменные , которые мoгут принимать только два значения - “истина ” или “ложь ”. В компьютере значения “истина” и “ложь” обозначаются просто как “1” и “0” соответственно.

Каждая логическая связка рассматривается в булевой алгебре как логическая операция над логическими высказываниями и имеет свое название и обозначение:

1. Операция , выражаемая словом “не ”, в алгебре логики называется отрицанием и обычно обозначается знаком ù иличертой над высказыванием. Высказывание ­ ­ истинно, когда A ложно, и ложно, когда A истинно. Например, “Луна - спутник Земли ” (А); “Луна - не спутник Земли ” ().

2. Операция , выражаемая связкой “и ”, называется конъюнкцией или логическим умножением и обозначается словом “and ” , или точкой " ", или знаками Ù и & (амперсенд).

Правило выполнения операции : Высказывание А В истинн о тогда и только тогда, когда оба высказывания А и В истинны , иначе оно ложно . Например, высказывание

“10 делится на 2 и 5 больше 3” истинно, а высказывания

“10 делится на 2 и 5 не больше 3”, ложны.

3. Операция, выражаемая связкой “или ” называется дизъюнкцией или логическим сложением и обозначается в логических формулах словом “OR ” , или знаком U , Ú или плюсом "+ " .

Правило выполнения операции: Высказывание А U В ложно тогда и только тогда, когда оба высказывания А и В ложны , иначе оно будет истинно .

Например, высказывание

“10 не делится нацело на 2 или 5 не больше 3” - ложно,

а все три высказывания: “10 делится на 2 или 5 больше 3”,“10 делится на 2 или 5 не больше 3” или “10 не делится на 2 или 5 больше 3” - будут истинны.

4. Операция , выражаемая связками вида “если.., то… ”, “из... следует … ” или “... влечет... ”, называется импликацией и обозначается в формулах знаком à.

Правило выполнения операции : Высказывание А à В ложн о тогда и только тогда, когда А истинно , а В - ложно .

Каким образом импликация связывает два элементарных высказывания? Покажем это на примере высказываний: “данный четырёхугольник - квадрат ” (А ) и “около данного четырёхугольника можно описать окружность ” (В ). Рассмотрим составное высказывание А à В , понимаемое как “если данный четырёхугольник квадрат, то около него можно описать окружность ”.

Есть три варианта, когда высказывание А àВ будет истинно :

1. А - истинно и В - истинно , то есть данный четырёхугольник квадрат, и около него можно описать окружность;

2. А- ложно и В - истинно , то есть данный четырёхугольник не является квадратом, но около него можно описать окружность (разумеется, это справедливо не для всякого четырёхугольника);

3. A - ложно и B - ложно , то есть данный четырёхугольник не является квадратом, и около него нельзя описать окружность.

Ложен только один вариант: А- истинно и В - ложно , то есть данный четырёхугольник является квадратом, но около него нельзя описать окружность.

В обычной речи связка “если..., то ” описывает причинно - следственную связь между высказываниями. Но в логических операциях смысл высказываний не учитывается, а рассматривается только их истинность или ложность.

5. Операция, выражаемая связками “тогда и только тогда ”, "необходимо и достаточно ”, “... равносильно ...”, называется эквиваленцией или двойной импликацией и обозначается знаком ~ (тильда) или º (тождество).

Правило : Высказывание А ~ В истинно тогда и только тогда, когда значения А и В совпадают.

Порядок выполнения логических операций в логических выражениях задается приоритетом операций и круглыми скобками .

В выражениях без скобок сначала выполняется операция отрицания (“ не ”), затем конъюнкция (“ и ”), потом - дизъюнкция (“или ”) и в последнюю очередь - сначала импликация , а затем эквиваленция .

2. Что такое логическая формула?

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

В качестве примера рассмотрим высказывание “если я куплю яблоки или абрикосы, то могу приготовить фруктовый пирог ”. Это высказывание формализуется в виде формулы (A Ú B ) à C . Как показывает анализ формулы

(A Ú B) à C , при определённых сочетаниях значений переменных A, B и C она принимает значение “истина ”, а при некоторых других сочетаниях - значение “ложь ”. Такие формулы называются выполнимыми .

Некоторые формулы принимают значение “истина ” при любых значениях истинности входящих в них переменных. Таковой будет, например, формула А Ú , соответствующая высказыванию “Этот треугольник прямоугольный или косоугольный ”. Эта формула истинна и тогда, когда треугольник прямоугольный, и тогда, когда треугольник не прямоугольный. Такие формулы называются тождественно истинными формулами илитавтологиями .

Высказывания, которые формализуются тавтологиями, называются логически истинными высказываниями.

В качестве другого примера рассмотрим формулу А , которой соответствует, например, высказывание “Катя самая высокая девочка в классе, и в классе есть девочки выше Кати ”. Очевидно, что эта формула всегда ложна , так как либо А , либо обязательно ложно. Такие формулы называются тождественно ложными формулами или противоречиями . Высказывания, которые формализуются противоречиями, называются логически ложными высказываниями .

Если две формулы A и B при одинаковых наборах значений входящих в них переменных принимают одинаковые значения, то они называются равносильными .

Равносильность двух формул алгебры логики обозначается символом “ = ” или символом “ Î ”. Замена формулы другой, ей равносильной , называется равносильным преобразованием данной формулы.

3.Какая связь между алгеброй логики и двоичным кодированием?

Математический аппарат алгебры логики удобен для обработки данных в компьютере, где применяется двоичная система счисления , в которой используются цифры 1 и 0, а значений логических переменных тоже два: “1” и “0”.

Поэтому одни и те же устройства компьютера могут применяться как для обработки и хранения как числовой информации, представленной в двоичной системе счисления, так и значений логических переменных.

Данные и команды в компьютере представляются в виде двоичных последовательностей 0 и 1 различной структуры и длины (в отличие от логических значений 0 и 1).

В электронике компьютера при кодировании двоичной информации единица кодируется более высоким уровнем напряжения , чем ноль (или наоборот).

4. Что такое логический элемент компьютера?

Логическими элементами компьютеров являются электронные схемы типа И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и другие (называемые также вентилями ), а также устройство - триггер.

С помощью этих логических схем можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств компьютера. Обычно у вентилей бывает от двух до восьми входов и один или два выхода.

Чтобы представить два логических состояния - “1” и “0” в вентилях, соответствующие им входные и выходные электрические сигналы имеют один из двух установленных уровней напряжения. Например, +5 вольт и 0 вольт. Высокий уровень обычно соответствует значению “истина” (“1”), а низкий - значению “ложь” (“0”).

Каждый логический элемент имеет свое условное обозначение в схеме, которое определяет его логическую функцию, но не указывает на то, какая именно электронная схема в нем реализована. Это упрощает запись и понимание сложных логических схем.

Работа логических элементов описывается с помощью таблиц истинности.

Компьютер состоит из элементов, связанных между собой и взаимодействующих во время его работы. Каждый элемент выполняет определенную операцию. Машинные элементы делятся на логические, запоминающие и вспомогательные. Логические элементы обеспечивают выполнение арифметических и логических операций; запоминающие элементы предназначаются для хранения информации, а вспомогательные элементы предназначаются для формирования стандартных сигналов и согласования работы всех элементов.

Информация, которую обрабатывает компьютер, может быть представлена в виде высказываний, в которых что-либо утверждается или отрицается. Высказывание - это любое предложение, в отношении которого имеет смысл утверждение об его истинности или ложности. При этом считается, что высказывание не может быть одновременно и истинным, и ложным. Примеры высказываний: "Май - весенний месяц" - это истинное утверждение; "2+3=6" - ложное утверждение. Разумеется, не всякое предложение является логическим высказыванием. Например, "Вася - самый высокий человек" - это утверждение может быть как истинным, так и ложным.

Наука, в которой с помощью формальных правил определяет истинность или ложность высказывания называется логикой. В алгебре логики все высказывания обозначаются буквами а, b, с и т. д., что позволяет манипулировать ими подобно тому, как в математике манипулируют обычными переменными, принимающие лишь два значения ИСТИНА (true) или ЛОЖЬ (false).

Переменные и функции, принимающие значение 0 (false) или 1 (true) носят название логических или булевских по имени английского математика Джорджа Буля (1815-1864), основателя математической логики.

При записи тех или иных логических выражений используется специальный язык, который принят в математической логике

Логическое И еще часто называют конъюнкцией, или логическим умножением (не правда ли, таблица для этой операции похожа как две капли воды на двоичную таблицу умножения?), а ИЛИ -дизъюнкцией, или логическим сложением.

Операция И имеет результат "истина" только в том случае, если оба ее операнда истинны. Схемы, реализующие эти операции, называют логическими элементами , и обозначаются на схемах:

Отрицание (дополнение или инверсия)

обозначают NOT_х или

Логическое И

(конъюнкция или логическое умножение)

Обозначают х AND y или x × y или x Ù y

Логическое ИЛИ

(дизъюнкция или логическое сложение)

Обозначают х OR y или x + y или x Ú y

Операции И, ИЛИ, НЕ образуют полную систему логических операций, из которой можно построить сколь угодно сложное логическое выражение. В вычислительной технике также часто используется операция исключающее ИЛИ (XOR), которая отличается от обыкновенного ИЛИ только при x =1 и y =1. Операция XOR фактически сравнивает на совпадение два двоичных разряда. Хотя теоретически основными базовыми логическими операциями всегда называют именно И, ИЛИ, НЕ, на практике по технологическим причинам в качестве основного логического элемента используется элемент И-НЕ. На базе элементов И-НЕ могут быть скомпонованы все базовые логические элементы (И, ИЛИ, НЕ), а значит и любые другие, более сложные.

Для любой операции, определенной в алгебре логики существуют таблицы истинности – таблицы, в которых приведены значения операции в зависимости от значений высказываний над которыми выполняется данная операция. Выше приведены таблицы истинности для функций NOT, AND, OR.

Приоритет выполнения операций в логических выражениях без скобок следующий: отрицание (NOT), конъюнкция (AND), дизъюнкция (OR).

Задать булевскую функцию можно, определив ее значения для всех наборов значений аргументов. Каждый аргумент может иметь два значения: 0 или 1, следовательно, n аргументов могут принимать 2 n различных наборов.

Для формулы, которая содержит две переменные, таких наборов значений переменных всего четыре: (0, 0), (0, 1), (1, 0), (1, 1).

Пусть, например, функция z(x,y) задана таблицей истинности.

Проверьте, что связь между выходом z и входами x и y можно записать следующим образом: , где читается как "инверсия x и y". Эта функция реализует элемент И-НЕ условное обозначение которого представлено на рисунке 1.

Рис. 1. Элемент И-НЕ Рис. 2. Элемент ИЛИ-НЕ

Для функции , где , читается как "инверсия x или y " таблица истинности имеет вид. Условное обозначение на структурных схемах схемы ИЛИ-НЕ с двумя входами представлено на рис.2.

Согласно определению, таблица истинности логической формулы (функции) выражает соответствие между всевозможными наборами значений переменных и значениями формулы (функции).

Удобной формой записи при нахождении значений формулы является таблица, содержащая кроме значений переменных и значений формулы также и значения промежуточных формул.

1. Составьте таблицу истинности для формулы , которая содержит две переменные x и y. 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:

Из таблицы видно, что при всех наборах значений переменных x и y формулапринимает значение 1, то есть является тождественно истинной .

2. Составьте таблицу истинности для формулы

Из таблицы видно, что при всех наборах значений переменных x и y формула принимает значение 0, то есть является тождественно ложной .

В вычислительных машинах коды нуля и единицы представляются электрическими сигналами, имеющими два различных состояния. Наиболее распространенными способами физического представления информации являются импульсный и потенциальный:

При импульсном способе отображения код единицы идентифицируется наличием электрического импульса, код нуля - его отсутствием (впрочем, может быть и наоборот). Импульс характеризуется амплитудой и длительностью, причем длительность должна быть меньше временного такта машины.

При потенциальном способе отображения код единицы - это высокий уровень напряжения, а код нуля - отсутствие сигнала или низкий его уровень. Уровень напряжения не меняется в течение всего такта работы машины. Форма и амплитуда сигнала при этом во внимание не принимаются, а фиксируется лишь сам факт наличия или отсутствия потенциала.

Был найден технический способ реализации логических операций посредством использования так называемых логических вентилей, которые строятся главным образом из транзисторов - переключательных устройств, способных либо проводить электрический ток (истина), либо препятствовать его прохождению (ложь). На вход каждого вентиля поступают электрические сигналы высокого и низкого уровней напряжения, которые он интерпретирует, в зависимости от своей функции, и выдает один выходной сигнал также либо высокого, либо низкого напряжения.

Каждый логический элемент имеет свое условное обозначение, которое выражает его логическую функцию. Работа логических элементов описывается с помощью таблиц истинности. Например, в вентиле НЕ (NOT) транзисторы соединены таким образом, что реализуется операция инвертирования: принимая сигнал низкого уровня, вентиль вырабатывает сигнал высокого уровня и наоборот.

Все логические схемы компьютера, предназначенные для выполнения различных операций (в том числе арифметических) над информацией, могут быть построены путем соединения в различные комбинации вентилей трех типов:И, ИЛИ, НЕ. На рисунке показана схема полусумматора, который складывает два одноразрядных двоичных числа и выдает один разряд их суммы и одноразрядный перенос.

Таким образом, одноразрядный двоичный сумматор есть устройство с тремя входами и двумя выходами, работа которого может быть описана следующей таблицей истинности:

Если требуется складывать двоичные слова длиной два и более бит, то можно использовать последовательное соединение таких сумматоров, причём для двух соседних сумматоров выход переноса одного сумматора является входом для другого. Совокупность таких сумматоров позволяет вычислять сумму многоразрядных двоичных чисел.

Совершенствование технологии изготовления транзисторов позволило уменьшить электронные схемы до микроскопических размеров. Это привело к созданию интегральных микросхем (ИС). Наиболее сложные современные ИС имеют размер несколько см и содержат до нескольких миллионов компонент. Благодаря этому вычислительные машины стали более дешевыми, универсальными, малогабаритными, надежными и более быстродействующими, т. к. теперь электрическим импульсам приходится преодолевать меньшие расстояния.

Вышесказанное обусловило то, что для анализа и синтеза схем в компьютере при алгоритмизации и программировании решения задач широко используется математический аппарат алгебры логики, оперирующий также с двумя понятиями «истина» или «ложь».

При составлении различных логических выражений используют следующие операции сравнения: равно (=), больше (>), меньше (<), больше или равно (³), меньше или равно (£), не равно (¹).

Если в одном выражении встречаются арифметические операции и операции cравнения, то они выполняются в порядке их перечисления. Например, логическое выражение x 2 + y 2 < 1 AND y>0 будет истинно, если точка (x,y) принадлежит полукругу.

7. Технические средства реализации информационных процессов

Люди учились считать, используя собственные пальцы. Когда этого оказалось недостаточно, возникли простейшие счетные приспособления. На Руси незаменимым инструментом торговцев и чиновников были счеты, которыми умели пользоваться просто виртуозно. С территории нашей страны этот простой и полезный прибор проник и в Западную Европу с остатками наполеоновской армии, разгромленной в России в 1812 году...

Первым механизирующим счет устройством была счетная машина, построенная в 1642 году выдающимся французским ученым Блезом Паскалем. Механический компьютер Паскаля содержал набор вертикально установленных колес с нанесенными на них цифрами от 0 до 9. Если такое колесо совершало полный оборот, оно сцеплялось с соседним колесом и поворачивало его на одно деление. Число колес определяло число разрядов. В 1673 году немецкий философ и математик Лейбниц создал механическое счетное устройство, которое не только складывало и вычитало, но и умножало и делило. Машина Лейбница имела зубчатые числовые колеса девяти различных длин и вычисления производились за счет сцепления колес. Именно несколько видоизмененные колеса Лейбница стали основой массовых счетных приборов - арифмометров, которыми широко пользовались не только в XIX веке, но и сравнительно недавно ваши дедушки и бабушки.

Есть в истории вычислительной техники ученые, чьи имена связаны с наиболее значительными открытиями в этой области. Среди них английский математик XIX века Чарльз Бэббидж, которого часто называют «отцом современной вычислительной техники».

В 1823 году Бэббидж начал работать над своей вычислительной машиной. Она должна была состоять из двух частей: вычисляющей и печатающей. Компьютер предназначался для помощи британскому морскому ведомству в составлении различных мореходных таблиц. Машина не была закончена, но, создавая ее, Бэббидж выдвинул идеи, без которых не было бы и современных компьютеров. Он пришел к выводу, что компьютер должен иметь устройство, где будут храниться числа, предназначенные для вычислений.

Одновременно там же должны находиться и указания (команды) машине о том, что с этими числами делать. Следующие одна за другой команды получили название программы работы компьютера, а устройство для хранения всей перечисленной информации назвали памятью машины.

Однако хранение чисел даже вместе с программой - только полдела. Главное, машина должна с этими числами производить указанные в программе операции: например, складывать их или делить, а может, возводить в степень. Рассуждая так, Бэббидж понял, что наиболее успешно это можно делать, только если в машине будет специальный вычислительный блок - процессор. Как мы скоро увидим, именно по такому принципу устроены современные компьютеры.

Первым программистом была англичанка Ада Ловлейс , в честь которой уже в наше время был назван язык программирования Аda.

История вычислительной техники уникальна прежде всего фантастическими темпами развития. Еще 5О лет назад в мире вообще не было ни одного компьютера. Слово "компьютер" (вычислитель) не имело никакого отношения к машине. Оно относилось к человеку, который в силу своей профессии должен был производить определенные расчеты, вычисления.

Первое поколение ЭВМ (1945-1955 гг.) имело базовую систему элементов на электронных лампах. Одна из первых ЭВМ была создана в 1946 году в США. Она весила около 3О тонн и имела скорость вычислений порядка 1000 операций в секунду. Размер ламповых ЭВМ составлял десятки квадратных метров, потребляемая мощность составляла до сотен киловатт. Такая мощность приводила к перегреву элементов.

Второе поколение ЭВМ (1955-1965 гг.) имело базовую систему элементов на транзисторах, которые были изобретены в 1948 г. Они отличались от электронных ламп малыми размерами и малой потребляемой мощностью. Было повышено быстродействие компьютеров до миллионов операций в секунду.

Третье поколение ЭВМ (1965-1980 гг.) было построено на интегральных схемах (ИС). Мощности, потребляемые компьютером уменьшилось до сотен ватт, а быстродействие удалось довести до десятков миллионов операций в секунду.

Четвертое поколение ЭВМ (с 1980 г.) было построено на больших и сверхбольших интегральных схемах.

В августе 1981 года корпорация IBM (International Business Machines) сообщила о выпуске самой компактной и недорогой компьютерной системы - IBM Personal Computer - для применения в бизнесе, школе и дома стоимостью 1565$. Новизна этого сообщения состояла в том, что тогда впервые было произнесено столь привычное сегодня словосочетание "Personal Computer" (PC).

Сегодня историю развития информационных технологий можно условно разделить на два этапа - "до" и "после" возникновения персональных компьютеров (ПК). Если до 80-х годов вычислительная техника развивалась без опоры на рынок (ЭВМ были отделены от массового пользователя - с ними работали только специалисты), то сегодня компьютер из инструмента для больших организаций стал орудием каждого. Это связано с тем, что за последние годы работать с ПК стало намного проще. Они становятся полезными широкому кругу людей и изменили сам характер трудовой деятельности.

Компьютер - это электронное устройство, которое выполняет операции ввода информации, хранения и обработки ее по определенной программе, вывод полученных результатов в форме, пригодной для восприятия человеком.

Вычислительные устройства, использующие непрерывную форму представления информации, называются аналоговыми вычислительными машинами (АВМ).

Вычислительные устройства, использующие дискретную форму представления информации, называются цифровыми вычислительными машинами (ЦВМ).

Для обработки информации компьютер должен иметь устройство, выполняющее основные арифметические и логические операции над числовыми данными. Такие устройства называются арифметико-логическими устройствами (АЛУ). В основе АЛУ лежит устройство, реализующее арифметическую операцию сложения двух целых чисел. Остальные арифметические операции реализуются с помощью представления чисел в дополнительном коде.

Впервые принцип вычислительной машины с автоматическим выполнением команд предложил американский ученый фон Нейман. Он описал основные узлы, которые должна содержать такая машина. Этот принцип получил название фон-неймановской вычислительной машины.

Машина фон Неймана состояла из памяти, АЛУ, устройства ввода-вывода и устройства управления. Большинство компьютерных систем в настоящее время построено именно по этому принципу.

Архитектура ПК - это общее описание структуры и функций компьютера на уровне, достаточном для понимания принципов его работы. Основные компоненты архитектуры компьютера - процессор, внутренняя (основная) память, внешняя память, устройства ввода, устройства вывода.

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

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров . Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему - тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

Память компьютера делится на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя память ПК включает в себя оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

В ОЗУ хранятся исполняемая в данный момент программа и данные, с которыми она непосредственно работает. ОЗУ - это память, используемая как для чтения, так и для записи информации. При отключении электропитания информация в ОЗУ исчезает (энергозависимость). Основные характеристики оперативной памяти: объем памяти и время доступа. Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти, чем меньше, тем лучше.

ПЗУ - быстрая, энергонезависимая память. ПЗУ - это память, предназначенная только для чтения. Информация заносится в нее один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно (при включенном и выключенном компьютере). В ПЗУ хранится программа первоначальной загрузки ЭВМ, программы контроля оборудования и другая информация.

Практически все модели современных ПК имеют магистральный тип архитектуры: информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через информационную магистраль (другое название - общая шина). Магистраль - это кабель, состоящий из множества проводов. По одной группе проводов (шина данных) передается обрабатываемая информация, по другой (шина адреса) - адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Есть еще третья часть магистрали - шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.). Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины. Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине (как письмо сопровождается адресом на конверте). Это может быть адрес ячейки в оперативной памяти или адрес (номер) периферийного устройства.

Внешняя память - это память, реализованная в виде устройств с разными принципами хранения информации и типами носителя, предназначенная для долговременного хранения информации. В частности, в внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Физически, внешняя память реализована в виде накопителей.

Самыми распространенными являются накопители на магнитных дисках, которые делятся на накопители нажестких магнитных дисках (НЖМД), накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на оптических дисках, такие как накопители CD-ROM и DVD-ROM. В настоящее время большое распространение получил новый тип памяти – флэш-память, которая представляет собой микросхему перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства с неограниченным числом циклов перезаписи.

НЖМД - это основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. Другие названия: жесткий диск, винчестер, HDD (Hard Disk Drive). Внешне, винчестер представляет собой плоскую, герметически закрытую коробку, внутри которой находятся на общей оси находятся несколько жестких алюминиевых или стеклянных пластинок круглой формы. Поверхность любого из дисков покрыта тонким ферромагнитным слоем (вещество, которое реагирует на внешнее магнитное поле), собственно на нем хранятся записанные данные. При этом запись проводится на обе поверхности каждой пластины (кроме крайних) с помощью блока специальных магнитных головок. Каждая головка находится над рабочей поверхностью диска на расстоянии 0,5-0,13 мкм. Пакет дисков вращается непрерывно и с большой частотой (4500-10000 об/мин), поэтому механический контакт головок и дисков недопустим. В накопителе может быть до десяти дисков. Существует огромное количество разных моделей жестких дисков многих фирм. Жесткий диск можно разбить на логические диски. Это удобно, поскольку наличие нескольких логических дисков упрощает структуризацию данных, хранящихся на жестком диске.

Гибкие носители для НГМД выпускают в виде дискет (другое название флоппи-диск), которые используются, в основном, для оперативного переноса небольших объемов информации с одного компьютера на другой. Основными параметрами дискеты является технологический размер (в дюймах) и полная емкость. В настоящее время стандартом являются дискеты размером 3,5 дюйма, имеющие емкость 1,44 Мбайта.

Аббревиатура CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) переводится как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-дисков. Принцип действия этого устройства состоит в считывании цифровых данных с помощью лазерного луча, который отражается от поверхности диска. В качестве носителя информации используется обычный компакт-диск CD. Цифровая запись на компакт-диск отличается от записи на магнитные диски высокой плотностью, поэтому стандартный CD имеет емкость порядка 700 Мбайт. Основной недостаток стандартных CD-ROM - невозможность записывания данных, но существуют устройства однократной записи CD-R и многоразовой записи CD-RW.

Накопитель DVD (Digital Video Disk) отличается от CD-ROM тем, что на одной стороне DVD-диска может быть записано до 4,7 Гбайт, а на двух - до 9,4 Гбайт.

Процесс взаимодействия пользователя с ПК непременно включает процедуры ввода входных данных и получение результатов обработки этих данных. Поэтому, обязательными составляющими типичной конфигурации ПК являются разнообразные устройства ввода-вывода, среди которых можно выделить стандартные устройства, без которых современный процесс диалога вообще невозможен, и периферийные, т.е дополнительные. К стандартным устройствам ввода-вывода относятся монитор, клавиатура и манипулятор "мышка".

Монитор (дисплей) - это стандартное устройство вывода, предназначенное для визуального отображения текстовых и графических данных. В зависимости от принципа действия, мониторы делятся на: мониторы с электронно-лучевой трубкой и дисплеи на жидких кристаллах.

С точки зрения пользователя, основными характеристиками монитора являются размер по диагонали и разрешающая способность. Экран монитора измеряется по диагонали в дюймах. Размеры колеблются от 9 дюймов (23 см) до 42 дюймов (106 см). Чем больше экран, тем дороже монитор. Распространенными являются размеры 14, 15, 17, 19 и 21 дюйма.

В графическом режиме работы изображение на экране монитора состоит из точек (пикселей). Количество точек по горизонтали и вертикали, которые монитор способный воссоздать четко и раздельно называется его разрешающей способностью. Выражение "разрешающая способность 800х600" означает, что монитор может выводить 600 горизонтальных строк по 800 точек в каждой. Стандартными являются такие режимы разрешающей способности: 800х600, 1024х768, 1152х864 и выше. Чем больше разрешающая способность, тем лучше качество изображения. Качество изображения также связанно с размером экрана.

Клавиатура - это стандартное клавишное устройство ввода, предназначенное для ввода алфавитно-цифровых данных и команд управления. Клавиатуры имеют по 101-104 клавише. Набор клавиш клавиатуры разбит на несколько функциональных групп: алфавитно-цифровые; функциональные; управления курсором; служебные; клавиши дополнительной панели.

Мышка - это устройство управления манипуляторного типа. Она имеет вид небольшой пластмассовой коробочки с двумя (или тремя) клавишами. Перемещение мышки по поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта, который называется курсор мышки, по экрану монитора. В отличие от клавиатуры, мышка не является стандартным устройством управления, поэтому для работы с ней требуется наличие специальной системной программы - драйвера мышки.

Существует понятие базовой конфигурации компьютера, которую можно считать типичной:

• системный блок;
• монитор;
• клавиатура;
• мышка.

Системный блок - основная составляющая ПК. Устройства, находящиеся в нем называют внутренними, а устройства, подсоединенные извне называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода и вывода информации называются также периферийными.

Основные узлы системного блока:

• электрические платы, руководящие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.п.);
• накопитель на жестком диске (винчестер), предназначенный для чтения или записи информации;
• накопители (дисководы) для гибких магнитных дисков (дискет).

Периферийные или внешние устройства расширяют возможности компьютера. Прежде всего - это принтеры, плоттеры, модемы, сканеры и т.д. Понятие "периферийные устройства" довольно условное. К их числу можно отнести, например, накопитель на компакт-дисках, если он выполнен в виде самостоятельного блока и соединен специальным кабелем к внешнему разъему системного блока. И наоборот, модем может быть внутренним, то есть конструктивно выполненным как плата расширения, и тогда нет оснований относить его к периферийным устройствам.

В современном ПК реализован принцип открытой архитектуры . Этот принцип позволяет менять состав устройств (модулей) ПК. К информационной магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства , одни модели устройств могут заменяться на другие. Возможно увеличение внутренней памяти, замена микропроцессора на более совершенный. Аппаратное подключение периферийного устройства к магистрали осуществляется через специальный блок - контроллер (другое название - адаптер). Программное управление работой устройства производится с помощью специальной программы - драйвера устройства.

Современную архитектуру компьютера определяют следующие принципы:

1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Команды программы расположены в памяти друг за другом, тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.

Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “STOP” .

Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. 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. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).

3. Принцип произвольного доступа к памяти. В соответствии с этим принципом, элементы программ и данных могут записываться в произвольное место оперативной памяти, что позволяет обратиться по любому заданному адресу (к конкретному участку памяти) без просмотра предыдущих.

Описанный принцип построения ЭВМ носит название архитектуры фон Неймана - американского ученого венгерского происхождения Джона фон Неймана, который ее предложил (1945 г.).

Качество компьютера характеризуется многими показателями. Это и набор команд, которые компьютер способный понимать, и скорость работы (быстродействие) центрального процессора, количество периферийных устройств ввода-вывода, присоединяемых к компьютеру одновременно и т.д. Главным показателем является быстродействие - количество операций, какую процессор способен выполнить за единицу времени.

8. Программное обеспечение компьютеров

Под программным обеспечением (Software) понимается совокупность программ, выполняемых вычислительной системой. Компьютер без программных средств - "груда железа". Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютерах программах.

Программное обеспечение – неотъемлемая часть компьютерной системы . Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения компьютера определяется созданным для него ПО. Программное обеспечение современных компьютеров включает миллионы программ - от игровых до научных. В первом приближении все программы, работающие на компьютере, можно условно разделить на три категории:

1. прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ;

2. системные программы, выполняющие различные вспомогательные функции:

3. инструментальные программные системы, облегчающие процесс создания новых программ для компьютера.

При построении классификации ПО нужно учитывать тот факт, что стремительное развитие вычислительной техники и расширение сферы приложения компьютеров резко ускорили процесс эволюции программного обеспечения. Если раньше можно было по пальцам перечислить основные категории ПО - операционные системы, трансляторы, пакеты прикладных программ, то сейчас ситуация коренным образом изменилась. Появились нетрадиционные программы, классифицировать которые по устоявшимся критериям очень трудно, а то и просто невозможно.

На сегодняшний день можно сказать, что более или менее определённо сложились следующие группы программного обеспечения:

· операционные системыиоболочки;

· инструментальные системы;

· интегрированные пакеты программ;

· динамические электронные таблицы;

· системы машинной графики;

· системы управления базами данных (СУБД);

· прикладное программное обеспечение.

Системные программы выполняются вместе с прикладными и служат для управления ресурсами компьютера - центральным процессором, памятью, вводом-выводом. Это программы общего пользования, которые предназначены для всех пользователей компьютера. Системное программное обеспечение разрабатывается так, чтобы компьютер мог эффективно выполнять прикладные программы.

Среди десятков тысяч системных программ особое место занимают операционные системы, которые обеспечивают управление ресурсами компьютера с целью их эффективного использования. Операционная система (ОС) - это программа, которая управляет компьютером, поддерживает работу всех программ и их взаимодействие с аппаратурой. Без нее компьютер просто не будет работать. ОС скрывает от пользователя сложные и ненужные ему подробности выполнения программы. ОС выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера (hardware), с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем, с другой стороны.

Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера - на диске . При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ . Этот процесс называется загрузкой операционной системы. В функции операционной системы входит:

· тестирование оборудования;

· осуществление диалога с пользователем;

· ввод-вывод и управление данными;

· планирование и организация процесса обработки программ;

· распределение ресурсов;

· запуск программ на выполнение;

· всевозможные вспомогательные операции обслуживания;

· передача информации между различными внутренними устройствами;

· программная поддержка работы периферийных устройств

В различных моделях компьютеров используют операционные системы с разной архитектурой и возможностями. Для их работы требуются разные ресурсы. Они предоставляют разную степень сервиса для программирования и работы с готовыми программами.

Важнейшей функцией ОС является работа с файлами. В файлах на внешних носителях хранится все: программы, данные, сама ОС. Средствами ОС создается файловая система - определенная структура файлов на внешних носителях. Все действия с файлами производятся пользователем с помощью ОС.

Для общения ОС с пользователем используется специальный командный язык OC. На персональных компьютерах общение происходит в режиме диалога. ОС в определенной форме выводит на экран приглашение пользователю, пользователь в ответ вводит с клавиатуры команду, предписывающую совершить определенное действие (запустить программу, вывести содержимое каталога диска, уничтожить файл и пр.). ОС обеспечивает выполнение этой команды и снова возвращается к диалогу с пользователем.

При каждом запуске компьютера в его память с диска считываются файлы DOS. После загрузки DOS на экране появляется приглашение к вводу команд С:\>_

DOS всегда устанавливает в качестве текущего тот дисковод, символ которого указан в приглашении. Команды вводятся с клавиатуры и представляют собой последовательность символов. Окончание набора фиксируется нажатием клавиши Enter. Если Вы неверно набрали команду, DOS выдаст сообщение: Bad command or file name (неверная команда или имя файла). В ответ необходимо повторить ввод.

Рассмотрим основные команды DOS работы с файлами и каталогами. Команды набираются как прописными, так и строчными буквами. В качестве разделителя при написании командной строки используется символ пробела.

Команда MD (создает новый каталог). Например, MD SONY - создание подкаталога SONY в текущем каталоге.

Команда CD (изменяет текущий каталог). Например, CD A:\TOK - переход в подкаталог TOK корневого каталога диска A:

Команда CD.. - переход в родительский каталог.

Команда DIR (выводит содержимое каталога). Например, DIR - вывести содержимое текущего каталога;

DIR C:\ - вывести содержимое корневого каталога диска С:

Команда TYPE (выводит содержимое файла). Например, TYPE bai.bas - просмотр содержимого файла bai.bas из текущего каталога.

Команда REN (изменяет имя файла). Например, REN AAA.doc BBB.doc - переименование файла AAA.doc в текущем каталоге. Новое имя файла будет BBB.doc.

Команда COPY (делает копию файла). Например, COPY A:\OPAL.doc - копирование файла из корневого каталога диска A: в текущий каталог.

Команда DEL (удаляет файл). Например, DEL bai.bas - удалить файл bai.bas из текущего каталога.

Команда RD (удаляет каталог). Например, RD SONY - удаление подкаталога SONY в текущем каталоге.

Удалить можно только каталог, не содержащий файлов и каталогов. Нельзя удалить текущий каталог. Для его удаления необходимо перейти в вышележащий каталог, например, командой CD..

Если нужно сменить текущий дисковод, то следует ввести имя дисковода. Например, при С:\>A: новым текущим дисководом будет A: Если нужно вновь вернуться к дисководу С: то следует записать A:\>C:

При работе с MS-DOS последняя исполненная команда запоминается и может быть вызвана нажатием клавиши F3.

Важным классом системных программ являются программы вспомогательного назначения - утилиты (лат. utilitas - польза) и оболочки - программы, созданные для упрощения работы с ОС. Они преобразуют неудобный командный пользовательский интерфейс в дружественный графический интерфейс или интерфейс типа "меню". Они либо расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо решают самостоятельные важные задачи. Кратко опишем некоторые из них:

• программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место неисправности;
• программы-драйверы, которые расширяют возможности операционной системы по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т.д.; с помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся;
• программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать информацию на дисках более плотно, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл;
• антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами;
• программы оптимизации и контроля качества дискового пространства;
• программы восстановления информации, форматирования, защиты данных;
• коммуникационные программы, организующие обмен информацией между компьютерами;

• программы для управления памятью, обеспечивающие более гибкое использование оперативной памяти;

• программы для записи CD-ROM и многие другие.

• диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С их помощью выполняется большинство операций по обслуживанию файловой структуры: копирование, перемещение, переименование файлов, создание каталогов, уничтожение объектов, поиск файлов и навигация в файловой структуре.

• программы инсталляции (установки). Предназначены для контроля за добавлением в текущую программную конфигурацию нового программного обеспечения. Они следят за состоянием и изменением окружающей программной среды, отслеживают и протоколируют образование новых связей, утерянных во время уничтожения определенных программ.
• средства компьютерной безопасности. К ним относятся средства для защиты данных от несанкционированного доступа, их просмотра и изменения.
• средства просмотра и воспроизведения. Существуют универсальные средства для просмотра (в случае текста, рисунка) или воспроизведения (в случае звука или видео) данных.

Часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть функционирует независимо от нее, т.е. автономно.

В начале 90-х годов во всем мире огромную популярность приобрела графическая оболочка MS-Windows 3.х , преимущество которой состоит в том, что она облегчает использование компьютера, и её графический интерфейс вместо набора сложных команд с клавиатуры позволяет выбирать их мышью из меню практически мгновенно. Операционная среда Windows, реализует все свойства, необходимые для производительной работы пользователя, в том числе – многозадачный режим.

Никакому другому программному продукту не уделялось столько внимания, как Windows. И внимание это вполне правомерно. Средства, такие как объектно-ориентированный интерфейс и поддержка 32-разрядных многопотоковых прикладных программ, уже долгое время служат неотъемлемой частью других операционных систем. Но Windows на основе этих хорошо испытанных и известных средств строит исключительно богатую и эффективную интегрированную вычислительную среду. Windows намного превосходит своих предшественников, по-новому определяя, какой должна быть операционная система.

Объектно-ориентированный интерфейс - это интерфейс, максимально приближенный к реальности, с использованием объектно-ориентированного подхода. В данном случае это означает, что пользователь работает со значками, которые он видит на экране монитора, как с объектами реального мира. Он может брать объекты, переносить с места на место, выбрасывать в урну, изменять их, не задумываясь о возможных ограничениях, налагаемых операционной системой. Объектно-ориентированный интерфейс особенно легок в освоении людьми, не имеющими опыта работы на компьютере, особенно детьми. У них нет страха сделать что-то неправильно, а есть простое желание - взять в руку и посмотреть, что это такое.

Windows - интегрированная среда, обеспечивающая эффективный обмен информацией между отдельными программами и предоставляющая пользователю широкие возможности работы с мультимедиа, обработки текстовой, графической. звуковой и видеоинформации. Интегрированность подразумевает также совместное использование ресурсов компьютера всеми программами .

Эта операционная система обеспечивает работу пользователя в сети , предоставляя встроенные средства поддержки для обмена файлами и меры по их защите, возможность совместного использования принтеров, факсов и других общих ресурсов. Windows позволяет отправлять сообщения электронной почтой, факсимильной связью, поддерживает удаленный доступ.

Применяемый в Windows защищённый режим не позволяет прикладной программе в случае сбоя нарушить работоспособность системы, надежно предохраняет приложения от случайного вмешательства одного процесса в другой, обеспечивает определённую устойчивость к вирусам.

Интерфейс пользователя, сконцентрированный вокруг экранной кнопки Пуск, устанавливает новый стандарт простоты пользования персональным компьютером. Для начинающих пользователей запуск и выполнение множества прикладных программ не вызовет затруднений, а пользователи с высокими запросами всегда найдут новые способы извлечь то ценное, что предоставляет эта операционная система с такими широкими возможностями настройки.

В дополнение к основным архитектурным особенностям, на которые можно рассчитывать в современной операционной системе, Windows обладает новыми 32-разрядными средствами программами для работы со всеми основными сетями персональных компьютеров и непревзойденными возможностями их настройки. К числу других стандартных средств относится электронная почта, средства работы в локальной сети, средства подключения к Internet, средства удаленного коммутируемого и прямого кабельного подключения к персональным компьютерам, средства просмотра файлов, утилиты поиска и богатый инструментарий для управления системой и административного управления.

Встроенные средства Plug and Play (включил и работай), сложные средства распознавания установленной на компьютер аппаратуры и большой набор 32-разрядных динамически загружаемых драйверов устройств значительно облегчает настройку компьютерной системы, подключение периферийных устройств и подключение к локальным сетям.

В Windows ликвидированы несовершенства вчерашних PC и MS-DOS, такие как имена файлов, ограниченные 8 символами плюс 3 символа расширения. Windows позволяет задавать имена файлов длиной до 255 символов.

При разработке каждой операционной системы приходится принимать определенные решения и идти на компромиссы, но решения и компромиссы, принятые в Windows, делают эту операционную систему стандартом для значительной части компьютерного рынка.

Стоит отметить, что операционная система Windows является открытой для расширений - программ, дополняющих возможности штатной оболочки.

Система программирования - это система для разработки новых программ на конкретном языке программирования. Современные системы программирования обычно предоставляют пользователям мощные и удобные средства разработки программ. В них входят:

· компиляторилиинтерпретатор;

· интегрированная среда разработки;

· средства создания и редактирования текстов программ;

· обширные библиотеки стандартных программи функций;

· отладочные программы, т.е. программы, помогающие находить и устранять ошибки в программе;

· "дружественная" к пользователю диалоговая среда;

· многооконный режим работы;

· мощные графические библиотеки; утилитыдля работы с библиотеками;

· другие специфические особенности.

К инструментальным программным системам, с помощью которых создаются программы для компьютера, относятся системы программирования. Самыми популярными являются: Basic , Pascal , C . Во второй части курса будут рассмотрены эти программы.

Прикладная программа - это любая конкретная программа, способствующая решению какой-либо задачи в пределах данной проблемной области. Прикладные программы могут носить и общий характер, например, обеспечивать составление и печатание документов и т.п. В противоположность этому, служебные программы не вносят прямого вклада в удовлетворение конечных потребностей пользователя.

Прикладные программы могут использоваться либо автономно, то есть решать поставленную задачу без помощи других программ, либо в составе программных комплексов или пакетов. Программное обеспечение этого уровня решает конкретные задачи (производственные, творческие, развлекательные, учебные и т.д.). Между прикладным и системным программным обеспечением существует тесная взаимосвязь. Универсальность вычислительной системы, доступность прикладных программ и широта функциональных возможностей компьютера непосредственно зависят от типа имеющейся операционной системы, системных средств, помещенных в ее ядро и взаимодействии комплекса человек-программа-оборудование. Классификация прикладного программного обеспечения.

1. Текстовые редакторы . Основные функции - это ввод и редактирование текстовых данных. Для операций ввода, вывода и хранения данных текстовые редакторы используют системное программное обеспечение. С этого класса прикладных программ начинают знакомство с программным обеспечением и на нем приобретают первые привычки работы с компьютером.

2. Текстовые процессоры. Разрешают форматировать, то есть оформлять текст. Основными средствами текстовых процессоров являются средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих готовый документ, а также средства автоматизации процессов редактирования и форматирования. Современный стиль работы с документами имеет два подхода: работа с бумажными документами и работа с электронными документами. Приемы и методы форматирования таких документов различаются между собой, но текстовые процессоры способны эффективно обрабатывать оба вида документов.

3.Графические редакторы. Широкий класс программ, предназначенных для создания и обработки графических изображений.

4. Системы управления базами данных (СУБД). Базой данных называют большие массивы данных, организованные в табличные структуры. Основные функции СУБД:

• создание пустой структуры базы данных;
• наличие средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы;
• возможность доступа к данных, наличие средств поиска и фильтраци.

В связи с распространением сетевых технологий, от современных СУБД требуется возможность работы с отдаленными и распределенными ресурсами, которые находятся на серверах Интернета.

5. Электронные таблицы . Предоставляют комплексные средства для хранения разных типов данных и их обработки. Основной акцент смещен на преобразование данных, предоставлен широкий спектр методов для работы с числовыми данными. Основная особенность электронных таблиц состоит в автоматическом изменении содержимого всех ячеек при изменении отношений, заданных математическими или логическими формулами.

Широкое применение находят в бухгалтерском учете, анализе финансовых и торговых рынков, средствах обработки результатов экспериментов, то есть в автоматизации регулярно повторяемых вычислений больших объемов числовых данных.

6. Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы). Предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ. Применяются в машиностроении, приборостроении, архитектуре. Кроме графических работ, разрешают проводить простые расчеты и выбор готовых конструктивных элементов из существующей базы данных.

Особенность CAD-систем состоит в автоматическом обеспечении на всех этапах проектирования технических условий, норм и правил. САПР являются необходимым компонентом для гибких производственных систем (ГВС) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).

7. Настольные издательские системы. Автоматизируют процесс верстки полиграфических изданий. Издательские системы отличаются расширенными средствами управления взаимодействия текста с параметрами страницы и графическими объектами, но имеют более слабые возможности по автоматизации ввода и редактирования текста. Их целесообразно применять к документам, которые предварительно обработаны в текстовых процессорах и графических редакторах.

8. Редакторы HTML (Web-редакторы). Особый класс редакторов, объединяющих в себе возможности текстовых и графических редакторов. Предназначены для создания и редактирования Web-страниц Интернета. Программы этого класса можно использовать при подготовке электронных документов и мультимедийних изданий.

9. Браузеры (средства просмотра Web-документов). Программные средства предназначены для просмотра электронных документов, созданных в формате HTML. Воспроизводят, кроме текста и графики, музыку, человеческий язык, радиопередачи, видеоконференции и разрешают работать с электронной почтой.

10. Системы автоматизированного перевода . Различают электронные словари и программы перевода языка.

• Электронные словари - это средства для перевода отдельных слов в документе. Используются профессиональными переводчиками, которые самостоятельно переводят текст.
• Программы автоматического перевода используют текст на одном языке и выдают текст на другом, то есть автоматизируют перевод. При автоматизированном переводе невозможно получить качественный исходный текст, поскольку все сводится к переводу отдельных лексических единиц. Но, для технического текста, этот барьер снижен.

11. Интегрированные системы делопроизводства . Средства для автоматизации рабочего места руководителя. В частности, это функции создания, редактирования и форматирования документов, централизация функций электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг документооборота предприятия, координация работы подразделов, оптимизация административно-хозяйственной деятельности и поставка оперативной и справочной информации.

12. Бухгалтерские системы. Имеют функции текстовых, табличных редакторов и СУБД. Предназначены для автоматизации подготовки начальных бухгалтерских документов предприятия и их учета, регулярных отчетов по итогам производственной, хозяйственной и финансовой деятельности в форме, приемлемой для налоговых органов, внебюджетных фондов и органов статистического учета.

13. Финансовые аналитические системы. Используют в банковских и биржевых структурах. Разрешают контролировать и прогнозировать ситуацию на финансовых, торговых рынках и рынках сырья, выполнять анализ текущих событий, готовить отчеты.

14. Экспертные системы. Предназначены для анализа данных, содержащихся в базах знаний и выдачи результатов, при запросе пользователя. Такие системы используются, когда для принятия решения нужны широкие специальные знания. Используются в медицине, фармакологии, химии, юриспруденции. С использованием экспертных систем связана область науки, которая носит название инженерии знаний.

Инженеры знаний - это специалисты, являющиеся промежуточным звеном между разработчиками экспертных систем (программистами) и ведущими специалистами в конкретных областях науки и техники (экспертами).

15. Системы видеомонтажа. Предназначены для цифровой обработки видеоматериалов, монтажа, создания видеоэффектов, исправления дефектов, добавления звука, титров и субтитров. Отдельные категории представляют учебные, справочные и развлекательные системы и программы. Характерной особенностью являются повышенные требования к мультимедийной составляющей.

9. Компьютерные сети

Самая простая сеть (network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом принципе. Хотя идея соединения компьютеров с помощью кабеля не кажется нам особенно выдающейся, в свое время она явилась значительным достижением в области коммуникаций.

Первоначально компьютерные сети были небольшими и объединяли до десяти компьютеров и один принтер. Технология ограничивала размеры сети, в том числе количество компьютеров в сети и её физическую длину. Например, в начале 1980-х годов наиболее популярный тип сетей состоял не более, чем из 30 компьютеров, а длина её кабеля не превышала 185 метров. Такие сети легко располагались в пределах одного этажа здания или небольшой организации. Для маленьких фирм подобная конструкция подходит и сегодня. Эти сети называются локальными вычислительными сетями (ЛВС или LAN).

Самые первые типы локальных сетей не могли соответствовать потребностям крупных предприятий, офисы которых расположены обычно в различных местах. Но как только преимущества компьютерных сетей стали неоспоримы и сетевые программные продукты стали заполнять рынок, перед корпорациями – для сохранения конкурентоспособности – встала задача расширения сетей. Так на основе локальных сетей возникли более крупные системы.

Сегодня, когда географические рамки компьютерных сетей раздвигаются, чтобы соединить пользователей из разных городов и государств, ЛВС превращаются в глобальную вычислительную сеть (ГВС или WAN), а количество компьютеров в сети уже может варьироваться от десятка до нескольких тысяч.

В настоящее время большинство организаций хранит и совместно использует в сетевой среде огромные объемы жизненно важных данных. Вот почему сети сейчас так же необходимы, как ещё совсем недавно были необходимы пишущие машинки и картотеки.

Вычислительная сеть - это совокупность компьютеров, соединенных между собой с помощью каналов связи в единую систему и использующих общие ресурсы. В зависимости от средств связи и по территориальному признаку компьютерные сети делятся на:

§ локальные

§ региональные

§ глобальные.

По способу доступа к информации сети бывают:

§ открытые (общедоступные)

• закрытые (корпоративные).

Локальная сеть - это вычислительная сеть, которая объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной сети (2 - 2,5 км).

Региональная сеть - это вычислительная сеть, которая связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга (десятки - сотни километров).

Глобальная сеть - это вычислительная сеть, которая объединяет абонентов, расположенных в различных странах и даже континентах.

Сервер - это компьютер, выделенный для обработки запросов от всех подсоединенных рабочих станций, предоставляющий доступ к общим сетевым ресурсам (базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам и т. д.).

В зависимости от разделяемых ресурсов серверы делятся на:

• файл-сервер (дисковая память)
• факс-сервер
• сервер приложений
• почтовый сервер (для организации почтовой связи) и др.

Рабочая станция (клиент) - это компьютер, с помощью которого пользователь получает доступ ко всем ресурсам сети. Компьютер, подключенный к вычислительной сети, может быть либо рабочей станцией либо сервером , в зависимости от выполняемых им функций. В компьютерных сетях могут быть реализованы два способа обработки данных:

• централизованная (центральная ЭВМ или Host-компьютер, все запросы идут к ней, и обработка ведется на ней);
• распределенная "клиент-серверная " (клиентская часть программы делает запрос серверу, на нем производится обработка запроса и передача ответа клиенту).

Такое разделение в сети на клиента и сервер позволяет эффективно использовать технологию "клиент/сервер". В этом случае приложение делится на две части: клиентскую и серверную. Один или несколько мощных компьютеров сети конфигурируются как серверы приложений, на них выполняются серверные части приложений. Клиентские части выполняются на рабочих станциях, именно на них формируются запросы к серверам приложений и обрабатываются полученные результаты.

Технические средства, обеспечивающие передачу информациив коммуникационную среду

§ сетевой адаптер (плата)

§ модем (преобразователь потока битов в аналоговые сигналы и наоборот)

§ концентратор (устройство, коммутирующее несколько внутренних каналов связи в один внешний)

§ передающая среда - витая пара проводов, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель (идеальная передающая среда, не подверженная действию электромагнитных полей, скорость передачи - более 50 Мбит/c)

§ каналы связи: выделенные или коммутируемые телефонные каналы,

§ специальные каналы для передачи цифровой информации,

§ радиоканалы и каналы спутниковой связи.

Качество коммуникационной сети характеризуется следующими параметрами:

· скоростью передачи данных

· пропускной способностью канала связи

· достоверность передачи

· надежностью канала связи и модемов

Единицы измерения :

· Скорость передачи данных измеряется в бит/сек (bps).

· Пропускная способность измеряется байт (знак)/сек.

· Достоверность измеряется количеством ошибок на знак.

Глобальная вычислительная сеть (ГВС) - это вычислительная сеть компьютеров ЛВС, которая объединяет абонентов расположенных в разных странах и даже континентах. Взаимодействие осуществляется на базе телефонной

связи, оптоволоконных линий (проводная связь) и спутниковой, радиомодемной (беспроводная связь).

Составляющие сети - соединяются между собой посредством компьютеров, которые называются – “узлы”. Так cеть связывается воедино. В состав глобальной сети могут входить, кроме локальных сетей и компьютеров – “узлов” другие сети, например, Ethernet, Token Ring, сети на телефонных линиях, пакетные радиосети и т.п. Выделенные линии и локальные сети суть аналоги железных дорог, самолетов почты и почтовых отделений, почтальоно

Лекция № 3.

ЛОГИЧЕСКИЕ основы компьютера.

Что такое алгебра логики?

Что такое логическая формула?

Какая связь между алгеброй логики и двоичным кодированием?

В каком виде записываются в памяти компьютера и в регистрах процессора данные и команды?

Что такое логический элемент компьютера?

Что такое схемы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ?

Что такое триггер?

Что такое сумматор?

Какие основные законы выполняются в алгебре логики?

Как составить таблицу истинности?

Как упростить логическую формулу?

Что такое переключательная схема?

Как решать логические задачи?

Что такое алгебра логики?

Алгебра логики возникла в середине ХIХ века в трудах английского математика Джорджа Буля . Ее создание представляло собой попытку решать традиционные логические задачи алгебраическими методами.

Что же такое логическое высказывание?

Так, например, предложение "6 - четное число " следует считать высказыванием, так как оно истинное. Предложение "Рим - столица Франции " тоже высказывание, так как оно ложное.

Разумеется, не всякое предложение является логическим высказыванием . Высказываниями не являются, например, предложения "ученик десятого класса " и "информатика - интересный предмет ". Первое предложение ничего не утверждает об ученике, а второе использует слишком неопределённое понятие "интересный предмет ". Вопросительные и восклицательные предложения также не являются высказываниями, поскольку говорить об их истинности или ложности не имеет смысла.

Предложения типа "в городе A более миллиона жителей ", "у него голубые глаза " не являются высказываниями, так как для выяснения их истинности или ложности нужны дополнительные сведения: о каком конкретно городе или человеке идет речь. Такие предложения называются высказывательными формами .

Алгебра логики рассматривает любое высказывание только с одной точки зрения - является ли оно истинным или ложным. Заметим, что зачастую трудно установить истинность высказывания . Так, например, высказывание "площадь поверхности Индийского океана равна 75 млн кв. км " в одной ситуации можно посчитать ложным, а в другой - истинным. Ложным - так как указанное значение неточное и вообще не является постоянным. Истинным - если рассматривать его как некоторое приближение, приемлемое на практике.

Употребляемые в обычной речи слова и словосочетания "не", "и", "или", "если... , то", "тогда и только тогда" и другие позволяют из уже заданных высказываний строить новые высказывания. Такие слова и словосочетания называются логическими связками.

Bысказывания, образованные из других высказываний с помощью логических связок, называются составными . Высказывания, не являющиеся составными, называются элементарными .

Так, например, из элементарных высказываний "Петров - врач ", "Петров - шахматист " при помощи связки "и " можно получить составное высказывание "Петров - врач и шахматист ", понимаемое как "Петров - врач, хорошо играющий в шахматы ".

При помощи связки "или " из этих же высказываний можно получить составное высказывание "Петров - врач или шахматист ", понимаемое в алгебре логики как "Петров или врач, или шахматист, или и врач и шахматист одновременно ".

Истинность или ложность получаемых таким образом составных высказываний зависит от истинности или ложности элементарных высказываний.

Чтобы обращаться к логическим высказываниям, им назначают имена. Пусть через А обозначено высказывание "Тимур поедет летом на море", а через В - высказывание "Тимур летом отправится в горы". Тогда составное высказывание "Тимур летом побывает и на море, и в горах" можно кратко записать как А и В . Здесь "и" - логическая связка, А, В - логические переменные, которые мoгут принимать только два значения - "истина" или "ложь", обозначаемые, соответственно, "1" и "0".

Каждая логическая связка рассматривается как операция над логическими высказываниями и имеет свое название и обозначение:

НЕ Операция, выражаемая словом "не", называется отрицанием и обозначается чертой над высказыванием (или знаком ). Высказывание истинно, когда A ложно, и ложно, когда A истинно. Пример. "Луна - спутник Земли " (А); "Луна - не спутник Земли " ().

И "и", называется конъюнкцией (лат. conjunctio - соединение) или логическим умножением и обозначается точкой " . " (может также обозначаться знаками или & ). Высказывание А. В истинно тогда и только тогда, когда оба высказывания А и В истинны. Например, высказывание "10 делится на 2 и 5 больше 3" истинно, а высказывания "10 делится на 2 и 5 не больше 3", "10 не делится на 2 и 5 больше 3", "10 не делится на 2 и 5 не больше 3" - ложны.

ИЛИ Операция, выражаемая связкой "или" (в неисключающем смысле этого слова), называется дизъюнкцией (лат. disjunctio - разделение) или логическим сложением и обозначается знаком v (или плюсом). Высказывание А v В ложно тогда и только тогда, когда оба высказывания А и В ложны. Например, высказывание "10 не делится на 2 или 5 не больше 3" ложно, а высказывания "10 делится на 2 или 5 больше 3", "10 делится на 2 или 5 не больше 3", "10 не делится на 2 или 5 больше 3" - истинны.

ЕСЛИ-ТО Операция, выражаемая связками "если..., то", "из... следует", "... влечет...", называется импликацией (лат. implico - тесно связаны) и обозначается знаком . Высказывание ложно тогда и только тогда, когда А истинно, а В ложно.

Каким же образом импликация связывает два элементарных высказывания? Покажем это на примере высказываний: "данный четырёхугольник - квадрат" (А ) и "около данного четырёхугольника можно описать окружность" (В ). Рассмотрим составное высказывание , понимаемое как "если данный четырёхугольник квадрат, то около него можно описать окружность". Есть три варианта, когда высказывание истинно:

1. А истинно и В истинно, то есть данный четырёхугольник квадрат, и около него можно описать окружность;
2. А ложно и В истинно, то есть данный четырёхугольник не является квадратом, но около него можно описать окружность (разумеется, это справедливо не для всякого четырёхугольника);
3. A ложно и B ложно, то есть данный четырёхугольник не является квадратом, и около него нельзя описать окружность.

Ложен только один вариант, когда А истинно, а В ложно , то есть данный четырёхугольник является квадратом, но около него нельзя описать окружность.

В обычной речи связка "если..., то" описывает причинно-следственную связь между высказываниями. Но в логических операциях смысл высказываний не учитывается. Рассматривается только их истинность или ложность. Поэтому не надо смущаться "бессмысленностью" импликаций, образованных высказываниями, совершенно не связанными по содержанию. Например, такими: "если президент США - демократ, то в Африке водятся жирафы", "если арбуз - ягода, то в бензоколонке есть бензин".

РАВНОСИЛЬНО Операция, выражаемая связками "тогда и только тогда ", "необходимо и достаточно ", "... равносильно ...", называется эквиваленцией или двойной импликацией и обозначается знаком или ~. Высказывание истинно тогда и только тогда, когда значения А и В совпадают. Например, высказывания "24 делится на 6 тогда и только тогда, когда 24 делится на 3", "23 делится на 6 тогда и только тогда, когда 23 делится на 3" истинны, а высказывания "24 делится на 6 тогда и только тогда, когда 24 делится на 5", "21 делится на 6 тогда и только тогда, когда 21 делится на 3" ложны.

Высказывания А и В, образующие составное высказывание , могут быть совершенно не связаны по содержанию, например: "три больше двух" (А ), "пингвины живут в Антарктиде" (В ). Отрицаниями этих высказываний являются высказывания "три не больше двух" (), "пингвины не живут в Антарктиде" (). Образованные из высказываний А и В составные высказывания A B и истинны, а высказывания A и B - ложны.

Итак, нами рассмотрены пять логических операций: отрицание, конъюнкция, дизъюнкция, импликация и эквиваленция.

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 х е м а И

Схема И реализует конъюнкцию двух или более логических значений. И с двумя входами представлено на рис. 5.1.

Таблица истинности схемы И

С х е м а ИЛИ

Схема ИЛИ реализуетдизъюнкцию двух или более логических значений.

Когда хотя бы на одном входе схемы ИЛИ будет единица, на её выходе также будет единица.

Условное обозначение на структурных схемах схемы ИЛИ с двумя входами представлено на рис. 5.2.

Знак "1" на схеме - от устаревшего обозначения дизъюнкции как ">=1" (т.е. значение дизъюнкции равно единице, если сумма значений операндов больше или равна 1).

Связь между выходом z этой схемы и входами x и y описывается соотношением:

z = x v y (читается как "x или y" ).

Таблица истинности схемы ИЛИ

С х е м а НЕ

Схема НЕ (инвертор) реализует операцию отрицания.

Связь между входом x этой схемы и выходом z можно записать соотношением

z = , x где читается как "не x" или "инверсия х".

Если на входе схемы 0, то на выходе 1. Когда на входе 1, на выходе 0. Условное обозначение на структурных схемах инвертора - на рисунке 5.3

Таблица истинности схемы НЕ

С х е м а И-НЕ

Схема И-НЕ состоит из элемента И И.

Связь между выходом z и входами x и y схемы записывают следующим образом: , где читается как "инверсия x и y".

Условное обозначение на структурных схемах схемы И-НЕ с двумя входами представлено на рисунке 5.4.

Таблица истинности схемы И-НЕ

С х е м а ИЛИ-НЕ

Схема ИЛИ-НЕ состоит из элемента ИЛИ и инвертора и осуществляет отрицание результата схемы ИЛИ.

Связь между выходом z и входами x и y схемы записывают следующим образом: , где , читается как "инверсия x или y ".

Условное обозначение на структурных схемах схемы ИЛИ-НЕ с двумя входами представлено на рис. 5.5.

Таблица истинности схемы ИЛИ-НЕ

Термин триггер происходит от английского слова trigger - защёлка, спусковой крючок.

Для обозначения этой схемы в английском языке чаще употребляется термин flip-flop , что в переводе означает “хлопанье”. Это звукоподражательное название электронной схемы указывает на её способность почти мгновенно переходить (“перебрасываться”) из одного электрического состояния в другое и наоборот.

Самый распространённый тип триггера - так называемый RS-триггер (S и R, соответственно, от английских set - установка, и reset - сброс). Условное обозначение триггера - на рис. 5.6.

Рис. 5.6

Он имеет два симметричных входа S и R и два симметричных выхода Q и , причем выходной сигнал Q является логическим отрицанием сигнала .

На каждый из двух входов S и R могут подаваться входные сигналы в виде кратковременных импульсов ().

На рис. 5.7 показана реализация триггера с помощью вентилей ИЛИ-НЕ и соответствующая таблица истинности.

Рис. 5.7

Проанализируем возможные комбинации значений входов R и S триггера, используя его схему и таблицу истинности схемы ИЛИ-НЕ (табл. 5.5).

Поскольку один триггер может запомнить только один разряд двоичного кода, то для запоминания байта нужно 8 триггеров, для запоминания килобайта, соответственно, 8 х 2 10 = 8192 триггеров. Современные микросхемы памяти содержат миллионы триггеров.

Что такое сумматор?

Сумматор служит, прежде всего, центральным узлом арифметико-логического устройства компьютера, однако он находит применение также и в других устройствах машины.

Многоразрядный двоичный сумматор , предназначенный для сложения многоразрядных двоичных чисел, представляет собой комбинацию одноразрядных сумматоров, с рассмотрения которых мы и начнём. Условное обозначение одноразрядного сумматора на рис. 5.8.

Рис. 5.8

При сложении чисел A и B в одном i -ом разряде приходится иметь дело с тремя цифрами:

1. цифра a i первого слагаемого;

2. цифра b i второго слагаемого;

3. перенос p i–1 из младшего разряда.

В результате сложения получаются две цифры:

1. цифра c i для суммы;

2. перенос p i из данного разряда в старший.

Таким образом, одноразрядный двоичный сумматор есть устройство с тремя входами и двумя выходами , работа которого может быть описана следующей таблицей истинности:

Если требуется складывать двоичные слова длиной два и более бит, то можно использовать последовательное соединение таких сумматоров, причём для двух соседних сумматоров выход переноса одного сумматора является входом для другого.

Например, схема вычисления суммы C = (с 3 c 2 c 1 c 0) двух двоичных трехразрядных чисел A = (a 2 a 1 a 0) и B = (b 2 b 1 b 0) может иметь вид:

Примеры.

1. Составим таблицу истинности для формулы , которая содержит две переменные x и y. 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:

Из таблицы видно, что при всех наборах значений переменных x и y формула принимает значение 1 , то есть является тождественно истинной .

2. Таблица истинности для формулы :