13. Основные законы алгебры логики.

1. Операции с константами: a + 0 = a a + 1 = 1 a * 0 = 0 a * 1 = a

2. Закон исключенного третьего: a + a = 1

3. Закон непротиворечия: a * a = 0

4. Законы идемпотенции: a + a = a a * a = a

5. Закон двойного отрицания: a = a

6. Законы де Моргана: a + b = a * b a * b = a + b

7. Закон поглощения: a + a * b = a

8. Закон склеивания: a * b + a * b = a

(1.18) Правила построения логических выражений в СДНФ.

Совершенная дизъюнктивная нормальная форма (СДНФ) - такая ДНФ, в которой:

1) Различны все члены конъюнкции ("множители");

2) Различны все члены каждой дизъюнкции ("слагаемые");

3) В каждой дизъюнкции нет одновременно переменной и ее отрицания;

4) Каждая дизъюнкция содержит все переменные, входящие в данную формулу или их отрицания.

Построение СДНФ по таблице истинности:

1) Выбрать из таблицы истинности те строки, в которых значение формулы - "Истина" (1).

2) Для каждой выбранной строки составить конъюнкцию переменных или их отрицаний так, чтобы эта конъюнкция была истинной (для этого переменные, которые в соответствующей строке имеют значение "Ложь" (0) нужно взять с отрицанием, а переменные, имеющие значение "Истина" (1) - без отрицания).

3) Составить дизъюнкцию полученных конъюнкций.

Любая сколь угодно сложная логическая функция, заданная своей таблицей истинности, может быть представлена логическим выражением в совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ)

Пример: таблица истинности одноразрядного сумматора

Построение СДНФ:

для всех строк с единичными значениями выходной функции выписывается логическая сумма (дизъюнкция) из логических произведений (конъюнкций) всех входных переменных, при этом входная переменная пишется с инверсией, если ее значение в соответствующей строке равно нулю

Входы Выходы

a	b	p	S	P
0	0	0	0	0
0	0	1	1	0
0	1	0	1	0
0	1	1	0	1
1	0	0	1	0
1	0	1	0	1
1	1	0	0	1
1	1	1	1	1

Раздел 2. Аппаратное и программное обеспечение компьютеров и компьютерных сетей.

(2.1)История компьютера. Принципы организации работы компьютера. Базовая архитектура компьютера. Поколения ЭЦВМ.

Краткая история ЭВМ.  Поколения ЭЦВМ

1.  Первое поколение ЭВМ (1945-1954 гг.) В этот период формируется типовой набор структурных элементов, входящих в состав ЭВМ. К этому времени у разработчиков уже сложилось примерно одинаковое представление о том, из каких элементов должна состоять типичная ЭВМ. Это - центральный процессор (ЦП), оперативная память (или оперативно запоминающее устройство - ОЗУ) и устройства ввода-вывода (УВВ).

2.  Второе поколение ЭВМ (1955-1964 гг.). Смену поколений определило появление новой элементной базы: вместо громоздкой лампы в ЭВМ стали применяться миниатюрные транзисторы, линии задержки как элементы оперативной памяти сменила память на магнитных сердечниках. Это в конечном итоге привело к уменьшению габаритов, повышению надежности и производительности ЭВМ.

3.  Третье поколение ЭВМ (1965-1970 гг.). Смена поколений вновь была обусловлена обновлением элементной базы: вместо транзисторов в различных узлах ЭВМ стали использоваться интегральные микросхемы различной степени интеграции. Микросхемы позволили разместить десятки элементов на пластине размером в несколько сантиметров. Это, в свою очередь, не только повысило производительность ЭВМ, но и снизило их габариты и стоимость. Увеличение мощности ЭВМ сделало возможным одновременное выполнение нескольких программ на одной ЭВМ. Для этого нужно было научиться координировать между собой одновременно выполняемые действия, для чего были расширены функции операционной системы.

4.  Четвертое поколение ЭВМ (1970-1984 гг.). Очередная смена элементной базы привела к смене поколений. В 70-е годы активно ведутся работы по созданию больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС), которые позволили разместить на одном кристалле десятки тысяч элементов. Это повлекло дальнейшее существенное снижение размеров и стоимости ЭВМ. Работа с программным обеспечением стала более дружественной, что повлекло за собой рост количества пользователей.

5.  Пятое поколение ЭВМ (1984 г. – наши дни) можно назвать микропроцессорным. Заметьте, что четвертое поколение закончилось только в начале 80-х, то есть родители в лице больших машин и их быстро взрослеющее и набирающее силы «чадо» В течение почти 10 лет относительно мирно существовали вместе. Для них обоих это время пошло только на пользу. Проектировщики больших компьютеров накопили огромный теоретический и практический опыт, а программисты микропроцессоров сумели найти свою, пусть поначалу очень узкую, нишу на рынке.

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.  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.

3.  Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

Что такое архитектура компьютера?

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Базовая архитектура ЭВМ начиная с первых вычислительных машин четвёртого поколения, комплектующие любого компьютера, состоят из: материнской платы, оперативной памяти, жёсткого диска, процессора, системы охлаждения, звуковой, сетевой и видеокарт. Также к нему подключались дополнительные устройства ввода-вывода, такие как монитор, мышь, клавиатура. Если речь идёт о моноблоках, или компьютерах Макентош, то архитектура ЭВМ данного типа включают в себя встроенные монитор, клавиатуру и дисковод.- Читайте подробнее на FB.ru:

(2.2) Основные семейства ПК и их отличительные особенности. Классическая архитектура ПК.

Персональный компьютер - это компьютер, основным признаком которого являются использование конкретным человеком (пользователем), то есть личное использование. Персональные компьютеры могут быть настольными или переносными.

a.  Настольный компьютер

a.1 Обычный настольный компьютер (десктоп, моноблок)

Этот вид компьютера получил свое название из-за необходимости его долговременной установки в конкретное место. К данному виду относятся также настольные мини-компьютеры (размер системного блока нестандартно маленький), компьютеры с горизонтальным системником и моноблоки (компьютер в мониторе). Характерные черты настольных компьютеров - высокая мощность, множество подключаемых внешних устройств ввода-вывода, большой объем памяти, а также более низкая цена за характеристики по сравнению с переносными моделями.

a.2 Стационарный нетбук (неттоп) - "прирученный" вариант нетбука (см. ниже). Используются для работы с интернетом и интернет-приложениями, могут подключаться к обычному монитору, даже крепиться на заднюю сторону монитора. Их основное преимущество - экономия рабочего места помещения, но зато нехватка мощности, отстутствие оптического привода, иногда жесткого диска, сужает их область применения до конкретных задач.

b. Переносной компьютер

Данные виды ПК стали особенно популярными в наше время, конечно тенденции минимизации техники не обходят стороной никого, но платить за удобство не всегда оправданно.

b.1 Ноутбук (лэптоп)

Переносной портативный компьютер в виде плоского блока с открывающимся верхом. Сами ноутбуки, как правило, отличаются от настольных компьютеров внешним видом, наличием тачпэда (курсорный указатель), способностью работать от встроенной батареи и небольшим весом (1,5-5кг). Еще одна особенность ноутбуков - высокая стоимость комплектующих, а зачастую невозможность самостоятельной смены сломанной детали.

b.2 Нетбук

Также переносной портативный компьютер, но, в отличие от ноутбука, нетбук не имеет дисковода, снабжен еще меньшим техническим "обвесом", поэтому в мощности уступает предыдущим видам компьютеров. Зато данное чудо техники обладает еще меньшими габаритами и весом, чем ноутбук. Исходя из слабых технических данных ясно, что поиграть на такой "машинке" будет весьма проблематично, зато он отлично подойдет для работы в распространенных приложениях (офис, дубль гис, 1с), для мини-игр, а также для интернет-серфинга.

b.3 Планшетный компьютер

Вид компьютера, определяющим свойством которого стало удобство. Это маленький плоский моноблок с экраном приличной диагонали (до 10"), управляемый с помощью чувствительного экрана и боковых джойстиков. Иногда встречаются раздвижные планшеты с клавиатурой, но это уже более громоздкое приспособление. Обладаю возможностью выхода в интернет, работой с различными приложениями, способны принимать звонки (3G), некоторые имеют дистанционные пульты, GPS-навигацию и много чего еще. Вещь, безусловно удобная, но высокой производительности от них ждать не приходится, также управляются собственными операционными системами и оснащаются специализированными приложениями (программами).

b.4 Карманный компьютер (PDA \ КПК)

В какой-то мере похож на планшетный компьютер, но скорее сочетает в себе планшет + сотовый телефон. Название дано устройству не просто так, ведь кпк спокойно умещается на ладони. Данный вид компьютеров не способен работать с компьютерной графикой, но их покупают не для этого. Кпк поддерживают GPS, имеют выход в интернет, а также снабжены различными приложениям (mp3, видео, диктофон, камера, браузеры, например Opera, правда для мобильных устройств). Управляются с помощью сенсорного экрана / джойстиков.

b.5 Носимый компьютер (микрокомпьютер)

Портативное устройство, созданное для решения конкретных задач, но в последнее время получившее часть культуры универсальных компьютеров (интернет приложения, музыкальные приложения, органайзеры). Их основное назначение - дать владельцу возможность получать, обрабатывать и передавать информацию в сеть. Кроме того, носимые компьютеры предоставляют возможность использовать музыкальные, текстовые, видео приложения в любое время в любом месте.

Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа. Это однопроцессорный компьютер. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью. Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.

Сущность «Неймановских Принципов» состояла в следующем:

1.Компьютер включает связанные между собой Процессор (арифметическое устройство т устройство управления), Память и Устройство ввода-вывода.

2.Компьютеры на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления.

3.Программа, так же как и числа, с которыми оперирует компьютер, записываются в двоичном коде, то есть по форме представления команды и числа однотипны.

4.Программа должна размещаться в одном из блоков компьютера – в запоминающем устройстве, которое имеет произвольный доступ. Программа и данные могут находиться в общей памяти (принстонская архитектура).

5.Трудности физической реализации запоминающего устройства большого быстродействия, энергонезависимого и большой памяти требуют иерархической организации памяти. Программа выполняется из основной памяти, а сохраняется в энергонезависимой вторичной памяти (магнитных дисках). Файл – идентификационная совокупность экземпляровполностью описанного в конкретной программе типа данных, находящихся вне программыво внешней памяти и доступных программе посредством специальных операций.

6. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) компьютера конструируется на основе схем, выполняющих операцию сложения, сдвига, логическую операцию. Помимо результата операции, АЛУ формирует ряд признаков результата (флагов) , которые могут анализироваться при выполнении команда условной передачи управления.

7. В компьютере используется параллельный принцип организации вычислительного процесса.

8. Централизованное последовательное управление при выполнении команд.

9. Линейная структура адресации памяти.

10. Низкий уровень машинного языка. Отсутствует микропрограммируемость.

(2.3) Назначение и характеристики процессора в составе аппаратных средств ПК.

Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Центральный процессор в общем случае содержит в себе:

•  арифметико-логическое устройство;

•  шины данных и шины адресов;

•  регистры;

•  счетчики команд;

•  кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт);

•  математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.

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.

Микропроцессор Intel Pentium 4 — наиболее совершенный и мощный процессор выпуска 2001 г. с тактовой частотой до 2 Гигагерц, представлен на рисунке 2.5 примерно в натуральную величину. Он предназначен для работы приложений, требующих высокой производительности процессора, таких, как передача видео и звука по Интернет, создание видео-материалов, распознавание речи, обработка трехмерной графики, игры.

В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров; такие системы называются многопроцессорными.

(2.4) Назначение и характеристики оперативной памяти в составе аппаратных средств  ПК.

. Т.е данные из ОЗУ стираются при отключении питания ПК. От оперативной памяти напрямую зависит производительность всего компьютера. Особенно важен объём и быстродействие памяти в компьютерных играх и при работе с графикой или видео. Чем больше объём ОЗУ – тем больше данных в неё может поместиться, а, следовательно, тем выше быстродействие компьютера. На сегодняшний день существует четыре основных типов оперативной памяти: SDRAM, DDR, DDR2, DDR3.

Основные характеристики

1.  Объем памяти

Суммарный объем памяти системы рассчитывается путем сложения объемов памяти установленных модулей. Для работы в Windows XP в Интернете и офисных программах достаточно 512 Мб. Для комфортной работы в ОС Windows Vista и Windows 7 с графическими редакторами и офисными приложениями необходимо 1 Гб (1024 Мб), оперативной памяти. 2 Гб (2048 Мб) и более позволят использовать сложные графические программы и играть в компьютерные игры.

1.  Буферизованная (Registered)

Наличие на модуле памяти специальных регистров (буфера), которые относительно быстро сохраняют поступившие данные и снижают нагрузку на систему синхронизации, освобождая контроллер памяти. Наличие буфера между контроллером и чипами памяти приводит к образованию дополнительной задержки в один такт при выполнении операций, т.е. более высокая надежность достигается за счет незначительного падения быстродействия.

1.  Двухканальный режим

Два или четыре одинаковых по объему и конфигурации модуля памяти установленные на материнскую плату могут работать в двухканальном режиме.

1.  Тактовая частота

Максимальная частота системного генератора, по которой синхронизируются процессы приема и передачи данных. Чем выше тактовая частота, тем больше операций совершается в единицу времени, что позволяет более стабильно и быстро работать компьютерным играм и другим приложениям.

1.  Пропускная способность

Пропускная способность обозначается в названии модуля памяти буквами PC и обозначает количество данных, которые теоретически можно передать в память / из памяти за 1 секунду.

 (2.5) Специальные виды оперативной памяти в составе аппаратных средств  ПК. Их назначение.

Оперативная память - устройство компьютера, предназначенное для хранения выполняющихся в текущий момент времени программ, а также данных, необходимых для их выполнения

Оперативная память (RAM – Random Access Memory, ОЗУ - оперативное запоминающее устройство) - устройство для временного хранения информации

Специальные виды оперативной памяти:

•  Постоянная память (ROM) – хранит служебные программы базовой системы ввода-вывода (BIOS)

•  Кэш (сверхоперативная память) – входит в состав процессора

•  Видеопамять – входит в состав видеоадаптера

В видеопамяти содержится непосредственно растровый образ изображения (экранный кадр), состоящий из отдельных точек (пикселов В видеопамяти также хранятся и отдельные фрагменты изображения как в растровой (текстуры), так и в векторной (многоугольники) формах

•  

Если останется время,это неважно!

Основные типы памяти

•  SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) - синхронная динамическая память со случайным доступом. Преимуществом, по сравнению с памятью предыдущих поколений, является наличие синхронизации с системным генератором, что позволяет контроллеру памяти точно знать время готовности данных, благодаря чему временные задержки в процессе циклов ожидания уменьшаются, т.к. данные могут быть доступны во время каждого такта таймера.

•  DDR (Double Data Rate SDRAM) - синхронная динамическая память со случайным доступом и удвоенной скоростью передачи данных. Основным преимуществом DDR SDRAM перед SDRAM является то, что за один такт системного генератора может осуществляться две операции с данными, что приводит к увеличению вдвое пиковой пропускной способности при работе на той же частоте.

•  DDR2 - поколение памяти, следующее за DDR. Принцип функционирования аналогичен использующемуся в DDR. Отличие состоит в возможности выборки 4-х бит данных за один такт (для DDR осуществляется 2-х битная выборка), а также в более низком энергопотреблении модулей памяти, меньшем тепловыделении и увеличении рабочей частоты.

•  DDR3 - следующее поколение после DDR2 SDRAM, она использует ту же технологию "удвоения частоты". Основные отличия от DDR2 - способность работать на более высокой частоте, и меньшее энергопотребление. Модули DDR3 также как и DDR2 имеют 240 контактных площадок, но при этом используются другие "ключи" (ориентирующие прорези), что делает их несовместимыми со старыми слотами.

 (2.6) Типы и характеристики накопителей информации в составе аппаратных средств  ПК.

Магнитные носители

1.  Дискеты

Портативный сменный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных. Представляет собой помещённый в защитный пластиковый корпус диск, покрытый ферромагнитным слоем. Для считывания дискет используется дисковод. Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения.

1.  Жёсткий диск или "винчестер"

Запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома — магнитные диски.

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации.

1.  Сменные магнитные носители

Существует большое количество других магнитных носителей информации, но используются они достаточно редко. К компьютерам, например, подключаются видио и аудио магнитофоны, а носители соответственно - это аудио и видео кассеты. Способ неудобен малой скоростью чтения и записи.

1.  Магнитооптические носители

Носитель информации, сочетающий свойства оптических и магнитных накопителей. Для чтения информации используется оптическая система, для записи — одновременно оптическая и магнитная.

Оптические носители

1.  Лазерные компакт-диски

Оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи и считывания информации которого осуществляется при помощи лазера. Дальнейшим развитием компакт-дисков стали DVD и Blu-ray, прообразом стала граммофонная пластинка.

1.  Флуоресцентные диски

Формат оптического носителя, использующий флуоресценцию вместо отражения для хранения данных. Форматы, основанные на измерении интенсивности отраженного света (такие как CD или DVD), имеют практическое ограничение в 2 слоя хранения данных, главным образом, из-за эффекта интерференции. Однако использование флуоресценции позволяет работать, соответствуя принципам объёмной оптической памяти и иметь до 100 слоёв. Они позволяют вместить объём до 1 Тб при размерах обычного компакт-диска.

(2.7) Основные типы и характеристики портов проводной и беспроводной связи в составе аппаратных средств  ПК.

Порты - устройства, через которые осуществляется взаимосвязь между системным блоком и внешними устройствами.

Примеры портов:

-Параллельный порт LPT

-Последовательные порты COM, PS/2

-Универсальный порт USB

      -Видео, аудио порты

-Сетевой порт Ethernet