- •Оглавление
- •Глава 1. Введение в информатику 5
- •Глава 2. Общие принципы организации и работы компьютеров 19
- •Глава 3. Классификация компьютеров 68
- •Глава 4. Арифметические основы компьютеров 90
- •4.15. Упражнения 110
- •Глава 5. Логические основы компьютеров 114
- •Глава 6. Программное обеспечение компьютеров 148
- •6.23. Вопросы для самоконтроля. 173
- •Глава 7. Алгоритмы. Алгоритмизация. Алгоритмические языки 176
- •7.22. Упражнения 196
- •Глава 8. Технология подготовки и решения задач с помощью компьютера 210
- •Глава 9. Применения информатики и компьютерной техники 221
- •Глава 1. Введение в информатику
- •1.1. Что такое инфоpматика?
- •1.2. Что такое информация?
- •1.3. В каком виде существует информация?
- •1.4. Как передаётся информация?
- •1.5. Как измеряется количество информации?
- •1.6. Что можно делать с информацией?
- •1.7. Какими свойствами обладает информация?
- •1.8. Что такое обработка информации?
- •1.9. Что такое информационные ресурсы и информационные технологии?
- •1.10. Что понимают под информатизацией общества?
- •1.11. Вопросы для самоконтроля
- •1.12. Упражнения
- •Ответы — Раздел 1. Введение в информатику
- •Глава 2. Общие принципы организации и работы компьютеров
- •2.1. Что такое компьютер?
- •2.2. Как устроен компьютер?
- •2.3. На каких принципах построены компьютеры?
- •1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
- •2.4. Что такое команда?
- •2.5. Как выполняется команда?
- •2.6. Что такое архитектура и структура компьютера?
- •2.7. Что такое центральный процессор?
- •2.8. Как устроена память?
- •2.9. Какие устройства образуют внутреннюю память?
- •1. Оперативная память
- •3. Специальная память
- •2.10. Какие устройства образуют внешнюю память?
- •1. Накопители на гибких магнитных дисках
- •2. Накопители на жестких магнитных дисках
- •3. Накопители на компакт-дисках
- •4. Записывающие оптические и магнитооптические накопители
- •5. Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках
- •2.11. Что такое аудиоадаптер?
- •2.12. Что такое видеоадаптер и графический акселератор?
- •2.13. Что такое клавиатура?
- •2.14. Что такое видеосистема компьютера?
- •1. Монитор на базе электронно-лучевой трубки
- •2. Жидкокристаллические мониторы
- •3. Сенсорный экран
- •2.15. Что такое принтер, плоттер, сканер?
- •2.16. Что такое модем и факс-модем?
- •2.17. Что такое манипуляторы?
- •2.18. Как устроен компьютер?
- •2.19. Какие основные блоки входят в состав компьютера?
- •2.20. Что собой представляет системная плата?
- •2.21. Как организуется межкомпьютерная связь?
- •2.22. Что такое компьютерная сеть?
- •Наиболее распространенные виды топологий сетей:
- •2.23. Как соединяются между собой устройства сети?
- •2.24. Как классифицируют компьютерные сети по степени географического распространения?
- •2.25. Как соединяются между собой локальные сети?
- •2.26. Как работают беспроводные сети?
- •2.27. Что такое сеть Интернет и как она работает?
- •Как можно связаться с Интернет ?
- •Как связываются между собой сети в Интернет?
- •Каким образом пакет находит своего получателя ?
- •2.28. Основные возможности, предоставляемые сетью Интернет
- •1. World Wide Web — главный информационный сервис.
- •2. Электронная почта.
- •3. Cистема телеконференций Usenet (от Users Network).
- •4. Системы информационного поиска сети Интернет.
- •Системы, основанные на предметных каталогах.
- •Автоматические индексы.
- •5. Программа пересылки файлов Ftp.
- •6. Программа удалённого доступа Telnet.
- •2.29. Что такое мультимедиа и мультимедиа-компьютер?
- •2.30. Вопросы для самоконтроля
- •2.28. Что такое центральный процессор?
- •Глава 3. Классификация компьютеров
- •3.1. По каким критериям классифицируют компьютеры?
- •3.2. На чем основана классификация по поколениям?
- •3.3. Краткая историческая справка
- •3.4. Какие компьютеры относятcя в первому поколению?
- •3.5. Какие компьютеры относятся ко второму поколению?
- •3.6. В чем особенности компьютеров третьего поколения?
- •3.7. Что характерно для машин четвёртого поколения?
- •3.8. Какими должны быть компьютеры пятого поколения?
- •3.9. На какие типы делятся компьютеры по условиям эксплуатации?
- •3.10. На какие типы делятся компьютеры по производительности и характеру использования?
- •3.11. Какие существуют типы портативных компьютеров?
- •3.12. Вопросы для самоконтроля
- •Глава 4. Арифметические основы компьютеров
- •4.1. Что такое система счисления?
- •4.2. Как порождаются целые числа в позиционных системах счисления?
- •4.3. Какие системы счисления используют специалисты для общения с компьютером?
- •4.4. Почему люди пользуются десятичной системой, а компьютеры — двоичной?
- •4.5. Почему в компьютерах используются также восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления?
- •4.6. Как перевести целое число из десятичной системы в любую другую позиционную систему счисления?
- •4.7. Как пеpевести пpавильную десятичную дpобь в любую другую позиционную систему счисления?
- •4.8. Как пеpевести число из двоичной (восьмеpичной, шестнадцатеpичной) системы в десятичную?
- •4.9. Сводная таблица переводов целых чисел из одной системы счисления в другую
- •4.10. Как производятся арифметические операции в позиционных системах счисления?
- •4.11. Как представляются в компьютере целые числа?
- •Целые числа без знака
- •Диапазоны значений целых чисел без знака
- •Целые числа со знаком
- •Диапазоны значений целых чисел со знаком
- •4.12. Как компьютер выполняет арифметические действия над целыми числами? Сложение и вычитание
- •Умножение и деление
- •4.13. Как представляются в компьютере вещественные числа?
- •4.14. Как компьютер выполняет арифметические действия над нормализованными числами?
- •Сложение и вычитание
- •Умножение
- •Деление
- •4.15. Упражнения
- •Глава 5. Логические основы компьютеров
- •5.1. Что такое алгебра логики?
- •5.2. Что такое логическая формула?
- •5.3. Какая связь между алгеброй логики и двоичным кодированием?
- •5.4. В каком виде записываются в памяти компьютера и в регистрах процессора данные и команды?
- •5.5. Что такое логический элемент компьютера?
- •5.6. Что такое схемы и, или, не, и—не, или—не?
- •5.7. Что такое триггер?
- •5.8. Что такое сумматор?
- •5.9. Какие основные законы выполняются в алгебре логики?
- •Основные законы алгебры логики
- •5.10. Как составить таблицу истинности?
- •5.11. Как упростить логическую формулу?
- •5.12. Что такое переключательная схема?
- •5.13. Как решать логические задачи?
- •I. Решение логических задач средствами алгебры логики
- •II. Решение логических задач табличным способом
- •III. Решение логических задач с помощью рассуждений
- •5.14. Упражнения
- •Глава 6. Программное обеспечение компьютеров
- •6.1. Что такое программное обеспечение?
- •6.2. Как классифицируется программное обеспечение?
- •6.3. Какие программы называют прикладными?
- •6.4. Какова роль и назначение системных программ?
- •6.5. Что такое операционная система?
- •6.6. Что такое файловая система ос?
- •6.7. Какова структура операционной системы ms dos?
- •6.8. Что такое программы-оболочки?
- •6.9. Что собой представляют операционные системы Windows, Unix, Linux ? Операционные системы Windows
- •Операционная система Unix
- •Операционная система Linux
- •6.10. Что такое транслятор, компилятор, интерпретатор?
- •6.11. Что такое системы программирования?
- •6.12. Для чего нужны инструментальные программы?
- •6.13. Что такое текстовый редактор?
- •6.14. Что такое графический редактор?
- •6.15. Каковы возможности систем деловой и научной графики?
- •6.16. Что такое табличный процессор?
- •6.17. Что такое системы управления базами данных?
- •6.18. Что такое библиотеки стандартных подпрограмм?
- •6.19. Что такое пакеты прикладных программ?
- •6.20. Что такое интегрированные пакеты программ?
- •6.21. Что такое органайзеры?
- •6.22. Что такое сетевое программное обеспечение?
- •Функции и характеристики сетевых операционных систем (ос)
- •6.23. Вопросы для самоконтроля.
- •Глава 7. Алгоритмы. Алгоритмизация. Алгоритмические языки
- •7.1. Что такое алгоритм?
- •7.2. Что такое "Исполнитель алгоритма"?
- •7.3. Какими свойствами обладают алгоpитмы?
- •7.4. В какой форме записываются алгоритмы?
- •7.5. Что такое словесный способ записи алгоритмов?
- •7.6. Что такое графический способ записи алгоритмов?
- •7.7. Что такое псевдокод?
- •7.8. Как записываются алгоритмы на школьном алгоритмическом языке? Основные служебные слова
- •Команды школьного ая
- •Пример записи алгоритма на школьном ая
- •7.9. Что такое базовые алгоритмические структуры?
- •7.10. Какие циклы называют итерационными?
- •7.11. Что такое вложенные циклы?
- •Пример вложенных циклов для
- •Пример вложенных циклов пока
- •7.12. Чем отличается программный способ записи алгоритмов от других?
- •7.13.Что такое уровень языка программирования?
- •7.14. Какие у машинных языков достоинства и недостатки?
- •7.15. Что такое язык ассемблера?
- •7.16. В чем преимущества алгоритмических языков перед машинными?
- •7.17. Какие компоненты образуют алгоритмический язык?
- •7.18. Какие понятия используют алгоритмические языки?
- •7.19. Что такое стандартная функция?
- •7.20. Как записываются арифметические выражения?
- •Примеры записи арифметических выражений
- •7.21. Как записываются логические выражения?
- •Примеры записи логических выражений, истинных при выполнении указанных условий.
- •7.22. Упражнения
- •Ответы — Раздел 7. Алгоритмы. Алгоритмизация. Алгоритмические языки
- •Глава 8. Технология подготовки и решения задач с помощью компьютера
- •8.1. Какие этапы включает в себя решение задач с помощью компьютера?
- •Постановка задачи:
- •8.2. Что называют математической моделью?
- •8.3. Какие основные этапы содержит процесс разработки программ?
- •8.4. Как проконтролировать текст программы до выхода на компьютер?
- •8.5. Для чего нужны отладка и тестирование?
- •8.6. В чем заключается отладка?
- •8.7. Что такое тест и тестирование?
- •8.8. Какими должны быть тестовые данные?
- •8.9. Из каких этапов состоит процесс тестирования?
- •8.10. Каковы характерные ошибки программирования?
- •8.11. Является ли отсутствие синтаксических ошибок свидетельством правильности программы?
- •8.12. Какие ошибки не обнаруживаются транслятором?
- •8.13. В чем заключается сопровождение программы?
- •8.14. Вопросы для самоконтроля
- •8.15. Упражнения
- •Глава 9. Применения информатики и компьютерной техники
- •9.1. Как используются компьютеры в быту?
- •9.2. Что такое системы автоматизированного проектирования (сапр)?
- •9.3. Что такое автоматизированные системы научных исследований (асни)?
- •9.4. Какая взаимосвязь между асни и сапр?
- •9.5. Что такое базы знаний и экспертные системы?
- •9.6. Как используются компьютеры в административном управлении?
- •9.7. Какую роль играют компьютеры в обучении?
- •9.8. Какую роль играют компьютеры в управлении технологическими процессами?
- •9.9. Какую роль играют компьютеры в медицине?
- •9.10. Как используются компьютеры в торговле?
- •9.11. Что такое электронные деньги?
- •9.12. Как применяются компьютеры в сельском хозяйстве?
- •9.13. Вопросы для самоконтроля
- •Приложения
- •1. Примерные экзаменационные билеты по информатике для проведения устной итоговой аттестации выпускников XI классов общеобразовательных учреждений в 2000/2001 учебном году.
- •Словарь основных понятий и терминов
- •Литературные источники Учебные издания для средних школ
- •Справочные издания
- •Научно-популярные издания
- •Учебные пособия для студентов вузов
- •Другие издания
5.11. Как упростить логическую формулу?
Равносильные преобразования логических формул имеют то же назначение, что и преобразования формул в обычной алгебре. Они служат для упрощения формул или приведения их к определённому виду путем использования основных законов алгебры логики.
Под упрощением формулы, не содержащей операций импликации и эквиваленции, понимают равносильное преобразование, приводящее к формуле, которая либо содержит по сравнению с исходной меньшее число операций конъюнкции и дизъюнкции и не содержит отрицаний неэлементарных формул, либо содержит меньшее число вхождений переменных. |
Некоторые преобразования логических формул похожи на преобразования формул в обычной алгебре (вынесение общего множителя за скобки, использование переместительного и сочетательного законов и т.п.), тогда как другие преобразования основаны на свойствах, которыми не обладают операции обычной алгебры (использование распределительного закона для конъюнкции, законов поглощения, склеивания, де Моргана и др.).
Покажем на примерах некоторые приемы и способы, применяемые при упрощении логических формул:
1) (законы алгебры логики применяются в следующей последовательности: правило де Моргана, сочетательный закон, правило операций переменной с её инверсией и правило операций с константами);
2) (применяется правило де Моргана, выносится за скобки общий множитель, используется правило операций переменной с её инверсией);
3) (повторяется второй сомножитель, что разрешено законом идемпотенции; затем комбинируются два первых и два последних сомножителя и используется закон склеивания);
4) (вводится вспомогательный логический сомножитель (); затем комбинируются два крайних и два средних логических слагаемых и используется закон поглощения);
5) (сначала добиваемся, чтобы знак отрицания стоял только перед отдельными переменными, а не перед их комбинациями, для этого дважды применяем правило де Моргана; затем используем закон двойного отрицания);
6) (выносятся за скобки общие множители; применяется правило операций с константами);
7) (к отрицаниям неэлементарных формул применяется правило де Моргана; используются законы двойного отрицания и склеивания);
8) (общий множитель x выносится за скобки, комбинируются слагаемые в скобках — первое с третьим и второе с четвертым, к дизъюнкции применяется правило операции переменной с её инверсией);
9) (используются распределительный закон для дизъюнкции, правило операции переменной с ее инверсией, правило операций с константами, переместительный закон и распределительный закон для конъюнкции);
10) (используются правило де Моргана, закон двойного отрицания и закон поглощения).
Из этих примеров видно, что при упрощении логических формул не всегда очевидно, какой из законов алгебры логики следует применить на том или ином шаге. Навыки приходят с опытом.
5.12. Что такое переключательная схема?
В компьютерах и других автоматических устройствах широко применяются электрические схемы, содержащие сотни и тысячи переключательных элементов: реле, выключателей и т.п. Разработка таких схем весьма трудоёмкое дело. Оказалось, что здесь с успехом может быть использован аппарат алгебры логики.
Переключательная схема — это схематическое изображение некоторого устройства, состоящего из переключателей и соединяющих их проводников, а также из входов и выходов, на которые подаётся и с которых снимается электрический сигнал. |
Каждый переключатель имеет только два состояния: замкнутое и разомкнутое. Переключателю Х поставим в соответствие логическую переменную х, которая принимает значение 1 в том и только в том случае, когда переключатель Х замкнут и схема проводит ток; если же переключатель разомкнут, то х равен нулю.
Будем считать, что два переключателя Х и связаны таким образом, что когда Х замкнут, то разомкнут, и наоборот. Следовательно, если переключателю Х поставлена в соответствие логическая переменная х, то переключателю должна соответствовать переменная .
Всей переключательной схеме также можно поставить в соответствие логическую переменную, равную единице, если схема проводит ток, и равную нулю — если не проводит. Эта переменная является функцией от переменных, соответствующих всем переключателям схемы, и называется функцией проводимости.
Найдем функции проводимости F некоторых переключательных схем:
a)
Схема не содержит переключателей и проводит ток всегда, следовательно F=1;
б)
Схема содержит один постоянно разомкнутый контакт, следовательно F=0;
в)
Схема проводит ток, когда переключатель х замкнут, и не проводит, когда х разомкнут, следовательно, F(x) = x;
г)
Схема проводит ток, когда переключатель х разомкнут, и не проводит, когда х замкнут, следовательно, F(x) = ;
д)
Схема проводит ток, когда оба переключателя замкнуты, следовательно, F(x) = x . y;
е)
Схема проводит ток, когда хотя бы один из переключателей замкнут, следовательно, F(x)=x v y;
ж)
Схема состоит из двух параллельных ветвей и описывается функцией .
Две схемы называются равносильными, если через одну из них проходит ток тогда и только тогда, когда он проходит через другую (при одном и том же входном сигнале). Из двух равносильных схем более простой считается та схема, функция проводимости которой содержит меньшее число логических операций или переключателей. |
Задача нахождения среди равносильных схем наиболее простых является очень важной. Большой вклад в ее решение внесли российские учёные Ю.И. Журавлев, С.В. Яблонский и др.
При рассмотрении переключательных схем возникают две основные задачи: синтез и анализ схемы.
СИНТЕЗ СХЕМЫ по заданным условиям ее работы сводится к следующим трём этапам:
-
составлению функции проводимости по таблице истинности, отражающей эти условия;
-
упрощению этой функции;
-
построению соответствующей схемы.
АНАЛИЗ СХЕМЫ сводится к
-
определению значений её функции проводимости при всех возможных наборах входящих в эту функцию переменных.
-
получению упрощённой формулы.
Примеры.
1. Построим схему, содержащую 4 переключателя x, y, z и t, такую, чтобы она проводила ток тогда и только тогда, когда замкнут контакт переключателя t и какой-нибудь из остальных трёх контактов.
Решение. В этом случае можно обойтись без построения таблицы истинности. Очевидно, что функция проводимости имеет вид F(x, y, z, t) = t . (x v y v z), а схема выглядит так:
2. Построим схему с пятью переключателями, которая проводит ток в том и только в том случае, когда замкнуты ровно четыре из этих переключателей.
Схема имеет вид:
3. Найдем функцию проводимости схемы:
Решение. Имеется четыре возможных пути прохождения тока при замкнутых переключателях a, b, c, d, e : через переключатели a, b; через переключатели a, e, d; через переключатели c, d и через переключатели c, e, b. Функция проводимости F(a, b, c, d, e) = a . b v a . e . d v c . d v c . e . b.
4. Упростим переключательные схемы:
а)
Решение:
Упрощенная схема:
б)
.
Здесь первое логическое слагаемое является отрицанием второго логического слагаемого , а дизъюнкция переменной с ее инверсией равна 1.
Упрощенная схема :
в)
Упрощенная схема:
г)
Упрощенная схема:
д)
(по закону склеивания)
Упрощенная схема:
е)
Решение:
Упрощенная схема: