Презентация к уроку: "Принципы обработки информации компьютером. Арифметические и логические основы работы компьютера"

ГБОУ СПО ЛНР «Луганский колледж автосервиса им.А.А.Гизая»

Принципы обработки информации компьютером. Арифметические и логические основы работы компьютера.

Компьютер и его функциональное устройство

Компьютер – это техническое средство преобразования информации, в основу работы которого заложены те же принципы обработки электрических сигналов, что и в любом электронном устройстве:

1. Входная информация, представленная различными физическими процессами, как электрической, так и неэлектрической природы (буквами, цифрами, звуковыми сигналами и т.д.), преобразуется в электрический сигнал;

2. Сигналы обрабатываются в блоке обработки;

3. С помощью преобразователя выходных сигналов обработанные сигналы преобразуются в неэлектрические сигналы (изображения на экране).

С позиции функционального назначения компьютер – это система, состоящая из 4-х основных устройств, выполняющих определенные функции: запоминающего устройства или памяти, которая разделяется на оперативную и постоянную, арифметико-логического устройства (АЛУ), устройства управления (УУ) и устройства ввода-вывода (УВВ).

Запоминающее устройство (память) предназначается для хранения информации и команд программы в ЭВМ. Информация, которая хранится в памяти, представляет собой закодированные с помощью 0 и 1 числа, символы, слова, команды, адреса и т.д.

Характеристики памяти :

1) емкость памяти – максимальное количество хранимой информации в байтах;

2) быстродействие памяти – время обращения к памяти, определяемое временем считывания или временем записи информации.

Виды памяти

Внутренняя

Внешняя

Диски

Флешки

Дискеты

Магнитные ленты

ПЗУ

ОЗУ

Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Производит арифметические и логические действия.

Следует отметить, что любую арифметическую операцию можно реализовать с использованием операции сложения.

Сложная логическая задача раскладывается на более простые задачи, где достаточно анализировать только два уровня: ДА и НЕТ.

Устройство управления (УУ) управляет всем ходом вычислительного и логического процесса в компьютере, т.е. выполняет функции "регулировщика движения" информации. УУ читает команду, расшифровывает ее и подключает необходимые цепи для ее выполнения. Считывание следующей команды происходит автоматически.

Фактически УУ выполняет следующий цикл действий:

1. формирование адреса очередной команды;

2. чтение команды из памяти и ее расшифровка;

3. выполнение команды.

• В современных компьютерах функции УУ и АЛУ выполняет одно устройство, называемое центральным процессором.

Устройства ввода и вывода   - устройства взаимодействия компьютера с внешним  миром: с пользователями или другими компьютерами.

Устройства ввода позволяют вводить информацию в компьютер для дальнейшего хранения и обработки.

Устройства вывода - получать информацию из компьютера.

Задание 1.

• Из данных блоков составьте Функциональную схему компьютера

Решение

АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ЭВМ

Правила выполнения арифметических действий над двоичными числами задаются таблицами сложения, вычитания и умножения.

Сложение

Вычитание

0+0 = 0

0+1 = 1

0 – 0 = 0

Умножение

1 – 0 = 1

0 х 0 = 0

1+0 = 1

0 х 1 = 0

1 – 1 = 0

1+1 = 10

10 – 1 = 1

1 х 0 = 0

1 х 1 = 1

С целью упрощения реализации арифметических операций применяют специальные коды:  прямой ,  обратный , дополнительный .

Прямой код

Прямой код  складывается из знакового разряда (старшего) и собственно числа. Знаковый разряд имеет значение

0 – для положительных чисел;

1 – для отрицательных чисел.

Например : прямой код для чисел –4 и 5:

-4 4 10 =100 2  1_100

5 5 10 =101 2  0_101

Обратный код

Обратный код образуется из прямого кода заменой нулей - единицами, а единиц - нулями, кроме цифр знакового разряда. Для положительных чисел обратный код совпадает с прямым. Используется как промежуточное звено для получения дополнительного кода.

Например :

Прямой код 1_100 1_101

Обратный код 1_011 1_010

Дополнительный код

Дополнительный код образуется из обратного кода добавлением 1 к младшему разряду.

Например : найти дополнительный код -7 10

-7 10 =111 2

Прямой код 1_111

Обратный код 1_000

Дополнительный код :1_001 (1_000+1)

Правило сложения двоичных чисел:

При алгебраическом сложении двоичных чисел с использованием дополнительного кода положительные слагаемые представляют в прямом коде, а отрицательные – в дополнительном коде. Затем производят суммирование этих кодов, включая знаковые разряды, которые при этом рассматриваются как старшие разряды. При возникновении переноса из знакового разряда единицу переноса отбрасывают. В результате получают алгебраическую сумму в прямом коде, если эта сумма положительная, и в дополнительном коде, если сумма отрицательная.

Задание 2.

• Найдите дополнительный код для числа

-12.

Решения

-12 = 1100

Прямой код: 1_1100

Обратный код: 1_0011

Дополнительный код: 1_0111

ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ЭВМ

Алгебра логики

Для описания логики функционирования аппаратных и программных средств ЭВМ используется  или, как ее часто называют,  булева алгебра  (по имени основоположника этого раздела математики – Дж. Буля).

Булева алгебра оперирует логическими переменными, которые могут принимать только два значения:  истина  или  ложь  (true или false), обозначаемые соответственно 1и 0.

Логической функцией  называется функция, которая может принимать только 2 значения – истина или ложь (1 или 0). Любая логическая функция может быть задана с помощью  таблицы истинности . В левой ее части записываются возможные наборы аргументов, а в правой – соответствующие им значения функции.