1. Свойства операций и, или и не.
Х + 0 = Х Х 1 = Х
Х + 1 = 1 Х 0 = 0
Переменные могут, вообще говоря, обозначать произвольные буквы выражения.
2. Закон идемпотентности
Х + Х = Х Х Х = Х
устанавливает, что повторяющиеся переменные в выражении илишни и их можно опустить. Таким образом, понятия возведения в степень и умножение на коэффициенты отличные от логического 0 и логической 1 (т.е. числа), не имеют смысла в булевой алгебре.
3. Закон двойного отрицания
Х +1 = 1, Х 0 = 0, (X ) = Х
устанавливает, что дважды выполненное отрицание эквивалентно пустой операции.
4. Закон коммутативности
Х + Y = Y + X X Y = Y X
устанавливает, что порядок переменных при выполнении операций не влияет на результат этой операции.
5. Часто бывают полезны при упрощении булевых выражений следующие теоремы поглощения.
X + XY = X X(X + Y) = X
X +XY = X + Y X(X+ Y) = XY
6. Закон де Моргана
описывает эффект отрицания переменны, связанных операциями И и ИЛИ.
7. Согласно закону ассоциативности
(X + Y) + Z (XY)Z
= X + (Y + Z) = X (YZ)
= (X + Z) + Y = XYZ
= X + Y + Z
переменные можно группировать в любом порядке как для операции И, так и для операции ИЛИ.
Тема 3. Аппаратная и программная реализация информационных процессов.
3.1. Назначение и классификация компьютеров.
Первоначально, ЭВМ создавались для ускорения и облегчения процесса выполнения сложных расчетов. Однако, с увеличением объема информации время ЭВМ, занятое расчетами все уменьшается, зато увеличивается время, занятое переработкой нецифровой информации. Оно сейчас составляет приблизительно 90% от всего объема машинного времени.
Современные объемы информации невозможно переработать без применения средств вычислительной техники. К ним относятся электронно-вычислительные машины (ЭВМ), вычислительные системы и вычислительные сети.
ЭВМ - электронно-вычислительная машина (компьютер) – это комплекс технических средств, построенный на электронных элементах, и предназначенный для автоматизации процесса обработки информации.
Cсуществует несколько признаков классификации ЭВМ.
1 признак: по принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса: аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ).
Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают .
Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) – вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ) – вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, в непрерывной (аналоговой) форме., т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаше всего электрического напряжения) АВМ весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большей (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5%). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.
Гибридные вычислительные машины (ГВМ) – вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной в цифровой форме, и в аналоговой форме, они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.
Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – ЭВМ или компьютеры.
Общепринятой классификацией ЭВМ является классификация по поколениям ЭВМ, в основе которой лежит элементная база.
Первое поколение ЭВМ построено на основе электронных вакуумных ламп (1946 – 50 хх годов)
Второе поколение – элементной базой ЭВМ стали полупроводниковые приборы, транзисторы (до середины 60-х годов)
Третье поколение – характеризуется появлением и использованием интегральных схем на полупроводниковых элементах (до конца 70-х)
Четвертое поколение ЭВМ – построение ЭВМ на основе сверхбольших интегральных схем ( сначала 80-х годов по настоящее время).
Пятое поколение ЭВМ в настоящее время формируется с середины 80-х годов. Произошел резкий скачок производительности компьютеров. Появляются 64-разрядные процессоры. Создаются компьютерами с десятками, а затем и сотнями параллельно работающих процессоров. Разрабатываются нейроподобные вычислительные системы. Пятое поколение компьютеров ориентировано на интеллектуализацию информационных технологий.
признак классификации: по назначению, предполагающий выделение 2-х групп ЭВМ: специализированные и универсальные.
Специализированные ЭВМ предназначены для решения узкого круга специальных задач, например по управлению конкретными техническими устройствами, технологическими процессами (станками с числовым программным управлением, роботами и т.д.).
Универсальные ЭВМ используются в различных сферах человеческой деятельности для решения самых разнообразных задач: инженерно-технических, экономических, математических, информационно-поисковых и других. По этой причине универсальные ЭВм обладают более развитыми аппаратными и программными ресурсами, а класс универсальных ЭВМ более обширен и распространен.
3 признак- классификация универсальных ЭВМ по производительности, функциональному назначению и размерам, которая позволяет выделить 2 класса ЭВМ: большие ЭВМ (мейнфреймы) и персональные компьютеры (мини-ЭВМ).
Современные большие ЭВм называются мейнфреймы или суперкомпьютерами. Эти ЭВМ имеют высший уровень производительности и надежности, рассчитанные на практически любые уровни нагрузки, обладающие высокой устойчивостью к сбоям и авариям. Они обеспечивают решение любых задач, требующих больших вычислительных ресурсов: от метеорологических прогнозов и изучения управляемого термоядерного синтеза до исследований генома человека и разведки нефти и газодобычи. Название «Мейнфрейм» (mainframe) происходит от названия корпусов центрального процессора ЭВМ IBM System/360. Именно компьютеры первых моделей семейства ЭВМ IBM System/360, о создании которых фирма IBM объявила в 1964 году, являются родоначальниками мейнфреймов и первыми компьютерами третьего поколения. В России аналогичная серия машин носит название машин серии ЕС.
В качестве дополнительного источника сведений по мейнфреймам рекомендуется использовать информацию сайта http://www.top500.org
В 1956 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы INTEL) изобрел способ, с помощью которого на одной пластине полупроводника можно создать устройство, совмещающее несколько транзисторов и их соединений. Таким микросхемы стали называть интегральными схемами. Их широкое внедрение позволило сделать следующий шаг в развитии вычислительной техники – переход к ЭВМ 3 поколения. В 1970 г. фирма INTEL сконструировала интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору ЭВМ. Затем были изобретены микросхемы оперативной памяти. Появление на рынке этих устройств дало толчок к созданию первых персональных компьютеров. В 1974 Эдвард Робертс, молодой инженер ВВС США, построил на базе процессора 8080 микрокомпьютер Альтаир.
В 1976 году появился персональный компьютер фирмы Appel. В 1977 г. была основана фирма Apple Computer. Был запущен в серийное производство ПК Apple-II. В этом же году началась продажа компьютеров фирм Commodore, Tandy и др.
Первое поколение ПК создавалось на базе 8-разрядных микропроцессоров. Одним из первых производителей ПК с 16-разрядным микропроцессором является фирма IBM (International Business Machines), которая до 80-х годов специализировалась на производстве больших ЭВМ. В 1981 г. появился первый ПК фирмы IBM, названный IBM PC (Personal Computer), который стал фактически стандартом этого класса машин. Дальнейшее развитие ПК пошло по пути, во многом определенном компьютерами фирмы IBM. На сегодняшний день ПК IBM PC и совместимые с ними компьютеры занимают более половины мирового парка ПК.
С 80-х годов практически все крупные фирмы США, Японии и других стран стали выпускать ПК на базе 16-разрядных микропроцессоров. С этого времени производство ПК становится наиболее динамичным сектором на рынке вычислительной техники.
Персональный компьютер фирмы IBM был построен на принципе открытой архитектуры, то есть допускал взаимозаменяемость входящих в него блоков. Технические характеристики сопряжения основных устройств этого компьютера были обнародованы, что позволило комплектовать новый компьютер, как детский конструктор: добавлять, заменять любые составные его части.
Персональные ЭВМ – машины небольшого размера, могут быть установлены на рабочем месте пользователя – непрофессионала для решения его служебных задач Он может быть использован в условиях предприятия или дома; настройка, обслуживание и установка программного обеспечения компьютеров такого класса могут выполняться самим пользователем с минимальным привлечением специалистов;
Все множество современных персональных ЭВМ можно разделить по области применения на:
бытовые ПЭВМ, дешевы, практичны, используются в домашних условиях для игр, обучения, тренировки, управления бытовой техникой;
учебные ПЭВМ устанавливаются в компьютерных классах для обучения. Обычно соединены локальной сетью с ПЭВМ учителя, на которой хранятся основные ресурсы сети
профессиональные ПЭВМ обязательно должны иметь устройство твердой копии (печать или плоттер). Предназначены для автономной работы или работы в составе вычислительной сети при решении профессиональных задач пользователя.
сетевой ПК (Net PC) - персональный компьютер делового применения с минимальным набором внешних устройств, при использовании которого настройка, техническая поддержка и установка программного обеспечения осуществляются не конечным пользователем, а централизованно, предназначен для работы в вычислительной сети, но способен также функционировать в автономном режиме;
сервер - компьютер, предоставляющий свои ресурсы другим пользователям; различаются файловые серверы, серверы печати, серверы баз данных и др.
По конструктивному исполнению ПЭВМ делятся на:
Настольное исполнение – обычное, наиболее распространенное;
Наколенное исполнение (LAPTOP) имеет вид дипломата. Дисплей жидкокристаллический, встроен в его крышку, клавиатура компактная, вместо манипулятора мыши используется шарик (трекбол). Весит не более 3.5 кг. Имеет накопители на магнитных, оптических компакт-дисках, автономное (от подзаряжаемых батарей) и сетевое питание. К нему могут подключаться внешние устройства: печать, сканер, модем и другие.
Блокнотное исполнение (NOTEBOOK) имеет размеры листа бумаги (297*210 мм), неполную клавиатуру (80 клавиш), накопители на магнитных и оптических дисках, Могут подключаться внешние устройства, питание как автономное, так и сетевое. Ноутбук -переносной компьютер, обладающий вычислительной мощностью персонального компьютера, способный в течение определенного времени работать без подключения к электрической сети;
Карманное условно можно разделить на две группы: мини-компьютеры с встроенной клавиатурой – handheld-компьютеры (Handheld PC, HPC) и карманные устройства с сенсорными экранами без клавиатуры. За последними прочно закрепилось название palm-size PC в честь получивших огромное распространение Palm’ов. Они имеют размеры вдвое меньше (средний калькулятор), автономное питание, а программное обеспечение позволяет использовать их как электронный органайзер. Хранят личные графики работы, собственные базы данных, работают с текстами, с факсом, электронной почтой и т.д. Карманный ПК, называемый нередко электронным органайзером, по размерам приближается к калькулятору, клавиатурный или бесклавиатурный, по своим функциональным возможностям напоминает ноутбук.
Маленькие по размеру исполнения ПЭВМ имеют большой объем оперативной памяти, возможность предупреждения пользователя об окончании автономного питания, при этом автоматически текущие данные переписываются на жесткий диск, во избежание потери данных, питание от подзаряжаемых аккумуляторных батарей. Стоимость таких компьютеров в 2 – 3 раза превышает стоимость настольных исполнений компьютеров.