Элементы алгебры высказываний. Логические операции.

Высказывание – истинное или ложное повествовательное предложение. Высказывание, где говорится о единственном событии – простое высказывание. Высказывание, образующееся с помощью логических операций – сложное высказывание. Для 2 системы счисления используется двоичная арифметика, которая реализуется в компьютере для выполнения арифметических вычислений. Сложение двоичных чисел:0+0=1;0+1=1;1+0=1;1+1=10; Вычитание:0-0=0;1-0=1;1-1=0;10-1=1. Умножение:0*0=0;0*1=0;1*0=0;1*1=1. Числа в 8 и 16-ричных системах счисления обычно используются как средства замены длинного и поэтому неудобного представления двоичных чисел.

Преобразование данных в компьютере выполняется по строгим логическим правилам, которые называются законами математической логики. Логические операции рассматриваются с использованием понятий "ИСТИНА" (1) и "ЛОЖЬ" (0). Для записи логических выражений используются следующие понятия: "И" - <<•>>, - логическое умножение (Конъюнкция), "ИЛИ" - ˅,+ -логическое сложение (Дизъюнкция), "НЕ" << ─ >> -логическое отрицание. Для выполнения логических операций используются таблицы истинности, имеющие вид: Конъюнкция Дизъюнкция Отрицание

А 0 0 1 1 А 0 0 1 1 А 0 1

В 0 1 0 1 В 0 1 0 1 Ā 1 0

А*В 0 0 0 1 А+В 0 1 1 1

С помощью логических операций можно вычислить истинность или ложность некоторого высказывания. Пусть, А - "продукция поставлена", В - "счета оплачены". Для определения значения логической функции необходимо знать, какие значения приняли логические переменные, а затем по таблицам истинности найти значение функции. Например, приведенные утверждения связаны логической функцией вида: Ф=А*(А+В)+А*В при А=1, В=0. 1) А+В=1; 2)Значение первой конъюнкции А*1=1 3)лог. второй А*В=0 4) Ф=1+0=1.

Знание методов кодирования, а также арифметических и логических операций над двоичными числами позволяет перейти к рассмотрению их аппаратной реализации.

11. Назначение, особенности и классификация ПК.

Компьютер - это машина, которая выполняет логические и математические операции над данными и выдает результаты в форме, понятной человеку или машине. Эл. база - основное устройство, на котором строится логическая система компьютера. В зависимости от признака классификации все имеющиеся средства ВТ делятся на разные группы. 1) По элементной базе: I - сер.40-50-х ХХ в. - Электронно-вакуумные лампы, хар. относительно невысоким быстродействием, сложностью управления, большими размерами, организация интерфейса через машинные кода. II- сер. 50-60-х ХХв. - полупроводники и транзисторы. Быстродействие увеличено за счет уменьшения размеров и новых архитектурных решений Интерфейс предполагает управление через операционную систему (ком. строку). Широкое развитие получили языки программирования, ориентированные на создание собственных программных средств. III - сер. 60-70-х ХХв. - интегральные схемы. Элем. база основана на кристаллах, что позволило уменьшить габариты компьютеров и увеличить их быстродействие. Предложены принципы открытой архитектуры, что позволило стандартизировать устройство ВТ. Особое внимание уделяется человеку ориент. интерфейсу. IV - сер. 70-х ХХв. - БИС - большие интегральные схемы., которые позволили разместить на одном кристалле несколько ИС. Это уменьш. габариты, увеличило быстродействие, позволило хранить очень большое кол-во информации. Интерфейс предоставляет человеку максимальное удобство и не требует проф. подготовки. 2) По производительности и быстродействию. Каждый способ изменения быстродействия (уменьшение габаритов, нано - технологии, организация КЭШ-памяти различного уровня) позволяет выделить различные группы компьютеров. Так, по размеру выделяют стационарные (настольные), переносные, карманные. 3)По сфере применения: общего назначения, ориентированные на широкий круг пользователей и хар. эргономичными св-ми(удобство в работе); специализированные, предназначенные для использования в конкретных проф. областях, серверы - хранилище данных, к которым организуется сетевой доступ. 4) По типу используемого процессора. В зависимости от характеристик процессора: Кол-во ядер, разрядность, тактовая частота. 5) По особенностям архитектуры: архитектура общ. назначения (станд. ис. устр.), спец. архитектура (к баз. устр. доб. специализир.), архитектура клиент-сервера (отдельная ф. вып. на комп. клиента, часть - на удаленном сервере).

12. Архитектура ЭВМ. Принципы работы компьютера.

ЭВМ опред. как комплекс взаимодействующих программно-управл. технических устройств, предназн. для автоматизированной обработки данных в целью получения результатов решения вычислительных и информац. задач. В последние годы благодаря развитию интегральных технологий значительно выросли тех. хар. ЭВМ, развилось ПО, появились новые внешние устройства, расширилась сфера применения ЭВМ.Согласно Джону фон Нейману универсальная ЭВМ должна строится на следующих принципах: 1) В основе - программный принцип, по которому все вычисл. выполн. путем последовательного выполнения программы процессора. 2) Инф. представляется в инородном виде с помощью двоичного обозначения - ИСТИНА (1) и ЛОЖЬ (0). 3) Принцип хранимой программы состоит в том, что данные и программа хранятся в подсистеме во время выкл. состояния комп. 4) Слова и данные размещаются в ячейках памяти. Каждая ячейка памяти имеет адрес, по которому происходит запись или считывание слов данных и программ. Данные принципы актуальны и сегодня. Доп. принципы: 5) Откр. архитектура - основе разработки новых ЭВМ лежат общедоступные стандарты, унифицирующие взаимодействие различных типов оборудования и отдельных технических узлов ЭВМ. 6) Модульность - вся ЭВМ состоит из отдельных функционально и конструктивно законченных модулей. 7) Стандартизация - согласованность устройств по различным параметрам. 8) Принцип микропрограмм-я - машинный язык не является конечной субстанцией, приводящей в действие процессы в ЭВМ. Архитектура ЭВМ –абстрактное представление ЭВМ, которое отраж. её структуру, схемотех. и лог. организацию. Схема архитектуры ЭВМ. П – процессор: АЛУ – арифм.-лог. устр. -наборы регистров, выполняющих арифм. и лог. операции над разрядами. Регистры -ячейки памяти процессора для кратковр. хранения данных, непосредственно используемых в вычислении. УУ – устр. управления, предназначенное для организации и синхронизации всех работ устройств ЭВМ. Кэш-память -особый вид быстрод. памяти, которая является буфером между центр. процессором и оперативной памятью:)). ЗУ – запоминающее устр., ПУ – пульт управл., ВУ – внешнее устройство для обеспечения обмена информацией с человеком. Осн. функции цент. процессора: Формиров. синхронизирующих сигналов. Формир. исполнительных адресов для обращения оперативной памяти. Организ. обмена инф. между оперативной памятью и внешними устройствами. Организ. многопрограммной работы. Программы и данные во время непосредственного сеанса работы хранятся в основной (оперативной) памяти компьютера. Управление работой внутренних и внешних устройств приводится УУ процессора через основной набор логических схем компьютера (НЛСХ). Внешнее устройство хранения предназн. для организации долговр. хранения данных и программ. Непосред. управл. работой ВУ осущ. через адаптеры или контроллеры. Базовую последов. импульсов, которые задают тактовую частоту раб. процессора и во многом опред скорость работы ЭВМ, процессор получает от генератора тактовый импульс. Классификация ЭВМ. По принципу действия: АВМ (аналоговые) – работают с инф. в аналоговой (непрерывной) форме.ЦВМ (цифровые) – работают с инф. в цифровой форме.Гибридные ВМ – работают с инф. и в аналоговой, и в цифровой форме. По назначению. 1.Большие ЭВМ самые мощные компьютеры. Их применяют для обслуживания крупных организаций. На базе таких компьютеров создают вычислительные центры, вкл. в себя несколько отделов. 2.Мини-ЭВМ.от больших ЭВМ отличается уменьшенными размерами, меньшей производительностью и стоимостью. Такие комп. используют крупные предприятия, научные учреждения. Их часто применяют для управления производственным процессами. Для его функционирования тоже необходим вычислительный центр, но не столь многочисленный, как у большого ЭВМ 3.Микро-ЭВМ. Комп. данной категории доступны многим предприятиям. Нет необходимости в создании вычислительного центра. Достаточно небольшой вычислительной лаборатории в составе нескольких человек. 4.ПК. Несмотря на небольшие размеры и невысокую стоимость современные модели обладают немалой производительностью. Удовл. потребности малых предприятий и отдельных лиц. ПК достаточен для его использования в глобальной сети, для научной и трудовой деят-ти, для организ. учеб. процесса. ПК делятся на следующие категории: массовый ПК, деловой ПК, рабочая станция, развлекательный ПК. По поколениям: 1. Эл-вак. лампы 2. Полупроводник. 3. Интегр. схемы. 4. Сверхбольш ИС.

14. Состав и функции микропроцессора ПК. Центральный процессор — неотъемлемая часть любой ЭВМ. Функции центрального процессора выполняют микропроцессоры. Микропроцессор – ядро ПК, выполняет функции обработки информации и управление работой всех блоков ПК. Устройство управления (УУ) - координирует взаимодействие различных частей компьютера. Выполняет следующие осн. ф: формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера; получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов. Арифмет - логич устройство (АЛУ) - предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией. Микропроц. память (МПП) - служит для кратковременного хранения информации. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Интерфейсная система микропроцессора - реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК. Включает в себя: внутренний интерфейс микропроцессора; буферные запоминающие регистры;схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной. (Порт ввода-вывода — это аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору, другое устройство. ). Генератор тактовых импульсов - генерирует последовательность электрических импульсов. Внутримашинный сист. интерфейс (многосвязный/односвязный) -система связи и сопряжения узлов и блоков ЭВМ между собой. Сист. шина - это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Кэш-память, находящаяся в самом ядре процессора. Чипсет мат. платы. Подсистема Ввода/Вывода BIOS –контролирует физическую работу устройств на материнской плате. Основная память (ОЗУ и ПЗУ) - предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. Важнейшими хар. микропроцессора являются: тактовая частота. Хар. быстродействие компьютера. Режим работы процессора задается микросхемой, называемой генератором тактовых импульсов. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций выполняет микропроцессор за одну секунду. Тактовая частота измеряется в МГц; разрядность процессора — это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция. Чем больше разрядность процессора, тем больше информации он может обрабатывать в единицу времени и тем больше, при прочих равных условиях, производительность компьютера. Основные функции: чтение и дешифрацию команд из основной памяти; чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств; прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств; обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств; выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.

13. Основные устройства компьютера, их назначение и взаимодействие.

Комп. - это электронно-вычислительная машина, предназначенная для автоматической обработки информации, представленной в виде цифровых данных. Процесс решения задачи назыв. вычисл. процессом. В выч. процессе комп. должен: ввести исходные данные в машину, выполнить их обработку, сохранить данные, вывести результаты в форме удобной для пользователя. Что и определяет базовый набор устройств для ЭВМ: устройства ввода/вывода, запоминающие устройства, арифметико-логическое устройство, устройство управления, внешняя память. Главное место в обработке данных занимает арифм. и лог. операции, которые выполняются в арифм-лог. уст-ве, которое характеризуется 3 факторами:1.набор операций, которые может выполнять;2.время выполнения каждой операции 3.среднее быстродействие машины (количество операций в секунду) Арифметико-логические устройства реализуются в виде больших интегральных схем. (ЦП): Устройство, непосредственно, осуществляющее процесс обработки данных и программное управление этим процессом. В состав ЦП входят: 1. центральное устройство управления,2. арифметическое устройство,3. внутренняя память процессора,4. специальные системные средства. Основные фун-и: 1.выработка централизованных сигналов,2.формирование исполнительных адресов для обращения к оперативной памяти,3. организация отмены информации между оперативной памятью и внешними устройствами,4.организация многопрограммной работы. Основные характеристики ЦП: разрядность - -кол-во одновременно поступающих бит, кратна 8; тактовая частота-скорость обраб. данных; размер кеш; кол-во ядер-автономных устр-в обработки, размещ на кристаллах; сопроцессор-доп. микросхема, ускор точность мат. расчетов. Внутренняя память (ВП): Состоит из оперативной и постоянной памяти. Постоянная память или постоянное запоминающее устройство делиться на 3 класса: А) программирование в процессе изготовления, т.е запись производиться однократно, Б) однократное программирование заказчиком ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), В) многократное программное ПЗУ. Состав и характеристика основных устройств, образующих внешнюю конфигурацию ПК. Внешнюю конфигурацию ПК образуют внешние устройства, которые обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой пользователями, объектами управления и другими ЭВМ. По назначению можно выделить следующие виды внешние устройства: внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК. диалоговые средства пользователя - включают в свой состав дисплеи, реже принтеры, клавиатуру и устройства речевого ввода-вывода информации. Видеомонитор (дисплей) - устройство для отображения вводимой и выводимой из ПК информации. Устройства речевого ввода-вывода относятся к средствам мультимедиа - различные микрофонные акустические системы, со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произносимые человеком буквы и слова, идентифицировать их и закодировать. Устройства речевого вывода - различные синтезаторы звука, выполняющие преобразования цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через динамики или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.

Мониторы: 1. черно-белые, 2.цветные, - разрешающая способность экрана – количество точек экрана, с помощью которых строится изображение (800*600, 1024*768, 1200*1024), - частота кадровой развертки: норма 80 Герц (80 экранов за сек), - принцип формирования изображения (мониторы на электронно-лучевой трубке или жидких кристаллах). устройства ввода информации - клавиатура - устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК; графические планшеты (диджитайзеры) - для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); сканеры - для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК графической информации; манипуляторы (устройства указания): джойстик- рычаг, мышь, трекбол-шар в оправе, световое перо и др. - для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану. Клавиатура (104–112 клавиш) – выполняет функции командных кнопок Windows. проводные и беспроводные. Беспроводные снабжены приемником и излучателем инфракрасного излучения. Питание осуществляется от батарейки. Скорость работы клавиатуры устанавливается в операционной системе. Мышь бывают проводные, беспроводные, оптические, электромеханические. Сканер. Микрофон, Фотоаппарат. устройства вывода информации – печатающие устройства для вывода графической информации из ПК на бумажный носитель(принтеры, плоттеры). Матричные принтеры – формируют изображение путем ударного воздействия иголок через красящую ленту на лист бумаги. Преимущества: низкие требования к качеству бумаги, относительно невысокая стоимость для формата А3. Недостатки низкое качество печати, низкая скорость, печать черно-белая, высокий уровень шума. Струйные – изображение формируются путем прилипания частичек тонера (краски) в определенных местах бумаги. Термопринтеры выводят изображение на специальную термобумагу под воздействие термотепла. Колонки, Монитор, Проектор. Каналы ввода-вывода (порты) - разъемы для внешних устр-в: СОМ - мышь к клавиатуре; ps/2 - клавиатуры; USB - для флеш-накопителей; LPT - принтер. Game-порт - приставки. средства связи и телекоммуникации - для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, "стыки", мультиплексоры передачи данных, модемы). Средства мультимедиа - комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером, используя звук, видео, графику, тексты, анимацию.

Состав и характеристика основных устройств, образующих внутреннюю конфигурацию ПК. L2- кэш память второго порядка. NB и SB- южный и северный мосты – основной набор микросхем. Память – оперативная память. Шина- канал связи между 2-мя устройствами служит для передачи данных, команд, адресов и управляющих сигналов. Графическая карта – графический адаптер, к ней подключен монитор. Слот – разъем для подключения внутренних и внешних дополнительных устройств. Порты ввода/вывода- устройства для подключения внешних устройств системных плат. КВ-порты для подключения клавиатуры. LPT- принтер. 2СОМ для подключения модемов и связи с др. компьютером. USB – для флеш карты. BIOS (Basic, Intel, Outlook) содержит набор программ для обеспечения совместимости системной платы и устройств ввода/вывода. Микропроцессор – это большая программируемая микросхема для выполнения всех арифметико-логический операций и операций управления работы ПК с частотой работы. Кэш память – самая быстродействующая память ПК. Выполняет роль промежуточной памяти (буферной памяти) при обмене данными между быстродействующем устройством и более медленным. Необходимы для сохранения высокого быстродействия всей системы. Системный блок (микропроцессор – ядро ПК, выполняет функции обработки информации и управление работой всех блоков ПК, сопроцессор, модули оперативной и постоянной памяти, контроллеры – устройства управления внешними устройствами, накопители на магнитных дисках). Основным усройством управления и координации работы всех внутренних устройств ПЭВМ является процессор.

Функции процессора:Формирование синхронизированных сигналов. Формирование исполнительных адресов для обращения к ОП. Организация обмена информацией между ОП и внеш.устройствами. Организация в многопрограммной работе. АЛУ-арифметико-логическое. устройство. Регистры управления.УУ-устройство управления. Системная магистраль, выполнена в виде совокупности шин и используемая для передачи данных, адресов и управления сигналов. Устройства управления шинами. ЗУ-запоминающее устройство. ПУ (пункт управления), Сетевой адаптер

14. Виды и характеристики внутренней памяти ПК

Внутренняя память компьютера предназначена для оперативной обработки данных. Она быстрее, чем внешняя память. Внутреннюю память составляют микроскопические ячейки. Каждая из них имеет собственный уникальный адрес или номер. Элемент информации сохраняется в памяти с назначением ему определенного адреса. Для того чтобы отыскать эту информацию, компьютер «заглядывает» в ячейку и копирует ее содержимое в «командный» пункт. Емкость отдельной ячейки памяти называется словом. Объем внутренней памяти(количество ячеек) зависит от разрядности слова. Внутренняя память компьютера делится на оперативную (ОЗУ), постоянную (ПЗУ) и сверхоперативную (кэш-память). ОЗУ или оперативная память (RAM - память с произвольным доступом). Изготавливается в виде модулей памяти, представляющих собой пластины с рядами контактов (микросхемы статического или динамического типа), на которых размещаются БИС памяти. Для хранения разряда (бита или трита) динамической памяти используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). ОЗУ хранит информацию только во время работы компьютера. В современных компьютерах оперативная память присоединена к центральному процессору. Она использует шину памяти или, как её еще называют, адресную шину. Шина адреса состоит из проводов и схем сопряжения и необходима для параллельной передачи кода адреса ячейки основной памяти. Запись в память данных осуществляется подачей на шину адреса сигналов, соответствующих адресам ячеек. В них помещаются данные из шины записи. При чтении данных из памяти по шине адреса передаются адреса читаемых ячеек. Сами данные из ячеек передаются по шине чтения. Возможность произвольного доступа к любой ячейке памяти и позволяет называть оперативную память как память с произвольным доступом (RAM). ПЗУ или постоянная память служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию – BIOS, POST (изменить информацию в ПЗУ нельзя). Энергообеспечение в данном случае производится за счет батареек, которые установлены на материнской плате. Поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, в момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ни данных, ни программ. Но, чтобы начать работу, процессору нужны команды, поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес, указывающий на ПЗУ. Ряд программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода BIOS (Basic Input Output System). Её основное назначение - проверить состав и работоспособность компьютерной системы, а также обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководами. Кэш (от англ. сash —склад) - особый вид быстродействующей памяти, которая является буфером между центральным процессором и оперативной памятью, т.е. кэш-память предназначена для ускорения процессов считывания и записи. Достигается это в результате того, что передача данных от кэша или к нему производится быстрее, нежели к оперативной памяти. Для кэш-памяти обычно используется не динамические, а статические модули памяти. Ячейки статической памяти (SRAM) представляют собой электронные микроэлементы — триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает быстродействие.