1-й семестр / Ноль-вопросы ответы

1) Информация – это новые сведения о чем-либо (об объектах, процессах, явлениях), полученные при помощи некоторого метода интерпретации данных, считанных с материального носителя.

Свойства И:

• Актуальность И – важность для настоящего времени. Только актуальная И может быть полезна;

• Полезность И. Оценивается применительно к нуждам конкретных потребителей по тем задачам, которые можно решить с ее помощью;

• Объективность. И объективна, если она не зависит от методов ее фиксации, чьего-либо мнения;

• Достоверность И – это качество И, характеризуемое ее полнотой и необходимой точностью;

• Точность И определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта процесса, явления и т.д.;

• Полнота. И можно считать полной, когда она содержит минимальный, но достаточный для принятия правильного решения набор показателей.

• Связанность – И не бывает изолирована от материальных объектов, а всегда характеризуется связанностью со своим носителем;

• Осмысленность – смысл И сохраняется независимо от формы её представления;

• Неисчерпаемость – И не подвержена физическому старению, обладает возможностью неограниченного тиражирования и накопления (в результате осуществляется постепенное наращивание знаний и передача их от поколения к поколению, что обусловливает прогресс человечества).

2) И (обобщенное определение) – междисциплинарное научное направление, изучающее вопросы производства, хранения, накопления, передачи, обработки и использования И.

И (первая концепция) Информация + Автоматика = Информатика Т.е. это направление изучающее вопросы при помощи вычислительной техники.

И (вторая концепция) Проблемы работы с И стояли перед человеком всегда.

И – это методология работы с М, определяющая информационную культуру личности человека.

3) Информационное общество – общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией И, особенно высшей её формы – знаний.

4) СС – это совокупность правил наименования и записи чисел, а также выполнения арифметических операций.

Системы счисления бывают непозиционными и позиционными.

5) Позиционная СС – система счисления, в которой значение каждого числового знака (цифры) в записи числа зависит от его позиции (разряда) в последовательности цифр, изображающих число.

6) Основанием в традиционной К-ичной СС называют кол-во базовых цифр. Основание определяет, сколько единиц младшего разряда числа объединяются в единицу старшего разряда.

7) Разрядная сетка – это множество двоичных разрядов, выделяемых в памяти для изображения чисел. Величина разрядной сетки зависит от разрядности процессора.

8) Переполнение разрядной сетки – ситуация при выполнении арифметических операций, когда старший разряд результата не помещается в разрядную сетку и искажает значение соседнего поля без возможности коррекции. Примеры: взрыв ракеты Ariane 5, 1-ая цивилизация.

9) Машинный ноль – диапазон чисел, воспринимаемый в данной разрядной сетке как ноль. В общем случае машинный ноль – числовое значение с таким отрицательным порядком, которое воспринимается машиной как ноль. Для фиксированной точки машинный ноль образуется при выходе значащего разряда за пределы разрядной сетки справа.

10) Прямой код. Предназначен для отображения целых и дробных чисел со знаком. Сначала ставится знаковый разряд (0 – положительное, 1 – отрицательное). На бумаге знаковый разряд отделяется точкой. Затем записывается само число.

Обратный код. Положительные числа в обратном коде выглядят так же, как и в прямом, отрицательные формируются следующим образом: ставится знаковый разряд (1), а затем записывается положительное число с инвертированными цифрами (0  1, 1  0).

Дополнительный код. Применяется для представления целых и дробных чисел со знаком. Образуется следующим образом:

• Положительные числа выглядят так же, как и в прямом коде

• В знаковый разряд отрицательных чисел ставится единица, далее берется число в обратном коде, и к младшему разряду арифметическим образом прибавляется единица.

11) Форма представления чисел – это вариант распределения разрядов имеющейся разрядной сетки между отдельными структурными элементами в записи числа.

12) Нормализованное и ненормализованное число

Для формы с плавающей точкой возникает неоднозначность представления одних и тех же чисел. Чтобы этого избежать, договорились представлять числа в нормализованном виде. Число считается нормализованным, если в старшем разряде после запятой стоит значащая цифра (в двоичной системе это 1). Например,

13) Комбинационная схема (КС) – это схема, комбинация сигналов на выходе которой в любой момент времени однозначно определяется комбинацией сигналов на её входе. Примеры КС: простейшие логические элементы, шифраторы, дешифраторы, преобразователи кодов, сумматоры и другие схемы, не содержащие элементов памяти.

14) Цифровой автомат – это устройство, которое осуществляет прием, хранение и преобразование И по некоторому алгоритму и может находиться в одном из нескольких устойчивых состояний. Простые цифровые автоматы : триггеры, регистры, счетчики.

15) Таблица истинности – таблица, которая определяет истинность или ложность ЛФ при всех возможных комбинациях логических переменных.

16/17) Конъюнкт/Дизъюнкт (И/ИЛИ) – это конъюнкция/дизъюнкция одной или нескольких переменных или их отрицаний, причём каждая переменная встречается не более одного раза.

Простая конъюнкция/дизъюнкция

• полная, если в неё каждая переменная (или её отрицание) входит ровно 1 раз;

• монотонная, если она не содержит отрицаний переменных.

18/19) Совершенный конъюнкт/дизъюнкт – конъюнкт/дизъюнкт, состоящий из всех переменных функции или их отрицаний, где каждая переменная участвует лишь единожды.

20/21) Минтерм/Макстерм (конституента единицы/нуля) = один совершенный конъюнкт/дизъюнкт – это ЛФ, принимающая значение «истина/ложь» только на одном наборе значений своих аргументов. Формальная запись минтерма/макстерама – это конъюнкция/дизъюнкция всех аргументов функции, взятых с отрицанием или без него. Среди множества функций от переменных есть минтермов/макстермов.

23/22) Конъюктивная/Дизъюнктивная форма (КНФ/ДНФ) – конъюнкция/дизъюнкция конечного числа дизъюнктов/конъюнктов.

25/24) СКНФ/СДНФ – конъюнкция/дизъюнкция совершенных дизъюнктов/конъюнктов (т.е. макстермов/минтермов). Любая ЛФ, не являющаяся логическим нулем, имеет только одну СКНФ/СДНФ.

26) Минимизация ЛФ – процедура упрощения выражения ЛФ, поиска наиболее компактного её представление в виде нормальной формы минимальной сложности, чтобы она содержала минимальное количество членов при минимальном числе переменных. Чем проще логические выражения, описывающие функции, тем проще и дешевле реализующая их схема. Методы: метод эквивалентных логических преобразований, диаграмма Вейча (карта Карно).

28/27) МКНФ/МДНФ – конъюнкция/дизъюнкция с минимальным числом элементарных конъюнкций с минимальным числом аргументов (либо самих, либо их отрицаний) данной функции. При этом таблицы истинности для ЛФ и её МКНФ/МДНФ совпадают.

29) Логический базис – набор простейших функций, с помощью которого можно выразить любые другие, более сложные ЛФ. К ним относятся: инверсия, конъюнкция, дизъюнкция.

33) Шифраторы – КС, имеющая И входов, N выходов. Преобразует номер И входа, на котором сформирован значащий уровень сигнала, из десятичной СС в двоичную.

Традиционное использование:

• Получение кодов нажатых клавиш;

• В составе преобразователей кодов.

30) Дешифратор – КС, обладающая N адресными входами, разрешающим входом Е,  выходами. Преобразовывает N-разрядное двоичное число в унитарный двоичный код разрядности  .

Традиционное применение:

• В составе схем управления другими устройствами;

• В составе схем преобразователей кодов;

• Для реализации ЛФ.

31) Мультиплексор – КС, обладающая И входами, адресными входами, может присутствовать разрешающий вход и имеется 1 выход. Представляет собой управляемый переключатель, т.е. осуществляет подключение одного из И входов к единственному выходу под управлением адресных и разрешающего кодов.

Сигнал на разрешающем коде управляет мультиплексором в целом: либо разрешает прохождение сигналов на выход, либо нет (в этом случае на выходе обычно 0).

Традиционное применение:

• «Ленивая» реализация ЛФ, когда минимизацией можно пренебречь. Удобно для разработчика, но приводит к дополнительным затратам;

• В качестве коммутатора N к 1:

• Для преобразования параллельного входа в последовательный;

• Для поочередного подключения многих источников И к одному потребителю.

32) Демультиплексор – КС, у которой имеются: 1 И вход, адресных входов, выходов, может присутствовать разрешающий вход. Это управляемый переключатель, в котором сигнал с единственного И входа подаётся на один из выходов под управлением N адресных входов. Сигнал на разрешающем входе управляет демультиплексором в целом: либо разрешает прохождение сигналов на выход, либо нет. В виде самостоятельной схемы не выпускаются. Реализуются на базе дешифратора!

Традиционное применение:

• В качестве коммутатора 1 к (для поочередного подключения одного источника И ко многим потребителям);

• Для реализации ЛФ (получается реализация на дешифраторах).

34) Приоритетный шифратор – шифратор, в котором на входе может быть любая комбинация, но на выходе будет код, соответствующий старшему входному сигналу.

35) Полный шифратор формируют весь доступный по разрядности диапазон двоичных чисел.

36) Неполный шифратор ориентированы на ограниченный диапазон (например, 10-4 формирует числа от 0000 до 1010).

37) Четвертьсумматор (исключающее ИЛИ) – это простейший двоичный сумматор. Имеет два входа для двух одноразрядных чисел и один выход, на котором формируется сумма.

38) Полусумматор – это КС, которая вырабатывает сигналы суммы (S) и переноса (C) как результат сложения двух одноразрядных чисел. Полусумматор основан на элементах «исключающее ИЛИ» для суммы и «И» для переноса.

39) Полный одноразрядный сумматор воспринимает 3 входных сигнала: 2 одноразрядных сигнала и сигнал переноса от предыдущего разряда. В качестве результата возвращает сумму (S) и перенос (C) в следующий разряд.

40) Многоразрядный сумматор (Многоразрядный сумматор параллельного действия с последовательным переносом) выполняет сложение 2-х многоразрядных двоичных чисел. Аргументы подаются одновременно по всем разрядам. Для сложения на каждый разряд необходим один полный одноразрядный сумматор.

41) Компаратор аналоговых сигналов – сравнивающее устройство: электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая сигнал высокого уровня, если сигнал на неинвертирующем входе («+») больше, чем на инвертирующем (инверсном) входе («−»), и сигнал низкого уровня в противном случае. Значение выходного сигнала компаратора при равенстве входных напряжений, в общем, случае не определено.

42) Триггеры – простейший ЦА – при наличии электропитания способен на длительное время запоминать одно из двух устойчивых состояний (0 или 1) и может переключаться между ними под управлением внешних сигналов. Таким образом, триггер хранит 1 бит И. Применяется самостоятельно, а также служит основой для построения других устройств: регистров, счетчиков.

Классификация:

1. По логическому функционированию:

• RS, D, Т, ЈК (основные типы).

2. По способу записи информации:

• асинхронные;

• синхронные:

1. со статическим управлением (стробируемые);

2. с динамическим управлением (тактируемые).

3. По количеству ступеней:

• одноступенчатые;

• двухступенчатые.

43) Т-триггер (Т-счетчик) – с приходом очередного счётного импульса меняет своё состояние на противоположное.

44) D-триггер (Т-задержка) – хранит предыдущее состояние до прихода очередного синхроимпульса.

45) JK-триггер (универсальный Т) – отличается от RS-Т тем, что не имеет запрещённых состояний. При J и K одновременно равных единице JK-Т работает как T-Т, меняя своё состояние на противоположное.

46) Синхронизация – процесс, при котором приемник синхронизируется с передатчиком в процессе передачи И.

47) Регистр хранения – ЦА, реализованный на триггерах, основным назначением которого является прием двоичной И, временное хранение двоичной И и выдача И потребителю.

48) Регистр сдвига может также выполнять операцию сдвига И вправо и влево (умножение или деление на 2).

49) Арифметический сдвиг – содержимое регистра понимается как число в дополнительном коде. При сдвиге влево справа появляется 0, при сдвиге вправо слева дублируется предыдущее значение;

50) Логический сдвиг – в «освободившийся» триггер заносится 0;

51) Циклический сдвиг – вытесняемое значение заносится в триггер на другом конце.

52) Счетчик – ЦА, предназначенный для подсчета количества поступающих импульсов. Можно построить на разных триггерах. Кол-во импульсов хранится в виде двоичного числа. Основные параметры:

• Модуль счета (M) – маx кол-во единичных импульсов, которое может быть сосчитано С. С обнуляется, когда приходит М-ый импульс.

• Шаг счета – приращение значения С при приходе очередного импульса.

• Направление счета: в сторону увеличения или уменьшения значений.

• Разрядность (кол-во входящих в состав триггеров).

• Максимальное значение.

Классификация:

1. По модулю счета:

• двоичные;

• двоично-десятичные;

• произвольный постоянный модуль счета;

• с переменным модулем счёта.

2. По шагу счета:

• 1;

• 2;

• …

• K<M.

3. По направлению счета:

• суммирующие;

• вычитающие;

• реверсивные.

4. По способу организации межразрядных связей:

• Последовательный перенос (Т переключаются по очереди => много времени T=n*t, легко строить);

• ║ перенос (каждый Т имеет свою схему управления. Много доп. логики, но выигрыш времени);

• ║–послед. перенос (счетчик делится на N групп: внутри группы параллельно, а снаружи последовательно – компромисс).

53) Алгоритм – это последовательность действий, которые необходимо выполнить для решения определенной задачи или получения результата.

Свойства алгоритма:

• Дискретность (прерывность, раздельность) – алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых (или ранее определенных) шагов. Каждое действие, предусмотренное алгоритмом, исполняется только после того, как закончилось исполнение предыдущего.

• Определенность – каждая команда алгоритма должна определять однозначное действие исполнителя.

• Результативность (конечность) – алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов и обеспечивать получение ожидаемого результата.

• Массовость – алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, то есть он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся только исходными данными.

• Понятность – алгоритм, составленный для конкретного исполнителя, должен включать только те команды, которые входят в его систему команд.

54) Принципы структурного программирования Дейкстры:

• Принцип 1. Следует отказаться от использования оператора безусловного перехода goto.

• Принцип 2. Любая программа строится из трёх базовых управляющих конструкций: последовательность, ветвление, цикл.

• Принцип 3. В программе базовые управляющие конструкции могут быть вложены друг в друга произвольным образом. Никаких других средств управления последовательностью выполнения операций не предусматривается.

• Принцип 4. Повторяющиеся фрагменты программы можно оформить в виде подпрограмм (процедур и функций). Таким же образом (в виде подпрограмм) можно оформить логически целостные фрагменты программы, даже если они не повторяются.

• Принцип 5. Каждую логически законченную группу инструкций следует оформить как блок (block). Блоки являются основой структурного программирования.

Блок – это логически сгруппированная часть исходного кода, например, набор инструкций, записанных подряд в исходном коде программы.

• Принцип 6. Все перечисленные конструкции должны иметь один вход и один выход.

• Принцип 7. Разработка программы ведётся пошагово, методом «сверху вниз».

55) Рекурсия – это способ организации вычислительного процесса, при котором процедура или функция в процессе выполнения входящих в ее состав операторов обращается сама к себе. Это возможно, т.к. при каждом обращении под параметры и локальные переменные память резервируется в специальной области, называемой стеком.