Логические основы работы ЭВМ

Введение.

Информатика, как никакая другая область знаний, характеризуется чрезвычайно высокой степенью динамики изменений. Кроме того, учитывая ее всепроникающий характер, благодаря которому происходят интеграция знаний, идей, в настоящее время трудно очертить границы информатики.

Информатика и связанные с ней информационные технологии - необходимый атрибут профессиональной пригодности в обществе.

Информатика служит, прежде всего, для формирования определенного мировоззрения в информационной сфере и освоение информационной культуры, т.е. умение целенаправленно работать с информацией, профессионально используя ее для получения, обработки и передачи компьютерную информационную технологию и соответствующие ей технические и программные средства.

Информатизация обеспечит переход общества от индустриального этапа развития к информационному. Информационный рынок предоставит потребителям все необходимые информационные продукты и услуги, а их производство обеспечит индустрии информатики, часто называемая информационной индустрией. Все эти вопросы сейчас активно обсуждаются в печати, хотя до сих пор нет единого мнения относительно времени путей развития, понимания приоритетности того или иного направления, формулировок и понятий и т.п.

 

Логические основы работы ЭВМ.

Для анализа и синтеза схем в ЭВМ при алгоритмизации и программировании решения задач широко используется математический аппарат алгебры логики.

Алгебра логики - это раздел математической логики, значение всех элементов (функций и аргументов) которой определены в двухэлементном множестве: 0 и 1. Алгебра логики оперирует с логическими высказываниями.

 

В алгебре логики все высказывания обозначают буквами а, Ь, с и т.д. Содержание высказываний учитывается только при введении их буквенных обозначений, и в дальнейшем с ними можно производить любые действия, предусмотренные данной алгеброй. Причем если над исходными элементами алгебры выполнены некоторые разрешенные в алгебре логики операции, то результаты операций также будут элементами этой алгебры.

Простейшими операциями в алгебре логики являются операции логического сложения,(иначе, операция ИЛИ, операция дизъюнкции), к логического умножения (иначе, операция И операция конъюнкции). Для обозначения операции логического сложения используют символы + или V , а логического умножения - символ *

Правила выполнения операций в алгебре логики определяются рядом аксиом, теорем следствий. В частности, для алгебры логики выполняются законы:

1) сочетательный: (а + Ь) + с = а + (Ь +с); (а*Ь)*с =а*(Ь*с);

2) переместительный: а + b = b + а; а * b = b * а;

3) распределительный: а *(Ь +с) = а * b + а * с; а + b * с = а * b + а * с.

Наименьшим элементом алгебры логики является 0, наибольшим элементом -- 1 . В алгебре логики также вводится еще одна операция - операция отрицание (иначе, операция НЕ, операция инверсии), обозначаемая чертой над элементом.

По определению: а + а = 1, а*а = 0, 0=1, 1=0.

Функция в алгебре логики - это алгебраическое выражение, содержащее элементы алгебры логики а, Ь, с ..., связанные между собой операциями, определенными в этой алгебре.

Возможности компьютера как технической основы системы обработки данных связаны используемым программным обеспечением (программами).

Программа (program, routine) - упорядочение последовательность команд (инструкций) компьютера для решения задачи. Программное обеспечение (sawtware) - совокупность программ обработки данных и необходимых для их эксплуатации документов.

Программы предназначены для машинной реализации задач. Термины задача и приложение имеют очень широкое употребление в контексте информатики и программного обеспечения.

Задача (problem, task) - проблема, подлежащая решению. Приложение (application) - программная реализация на компьютере решения задачи.

Таким образом, задача означает проблему, подлежащую реализации с использованием средств информационных технологий, а приложение - реализованное на компьютере решение по задаче. Приложение, являясь синонимом слова "программа", считается более удачным термином и широко используется в информатике.

Термин задача употребляется также в сфере программирования, особенно в режиме мультипрограммирования и мультипроцессорной обработки, как единица работы вычислительной системы, требующая выделения вычислительных ресурсов (процессорного времени, основной памяти и т.п.). В данной главе этот термин употребляется в смысле первого определения.

Существует большое число разнообразных классификаций задач. С позиций специфики разработки и вида программного обеспечения будем различать два класса задач: технологические и функциональные.

Технологические задачи ставятся и решаются при организации технологического процесса обработки информации на компьютере. Технологические задачи являются основой для разработки сервисных средств программного обеспечения в виде утилит, сервисных программ, библиотек процедур и др. применяемых для обеспечения работоспособности компьютера, разработка других программ или обработки данных функциональных задач.

Функции задачи требуют решения при реализации функций управления в рамках информационных систем предметных областей. Например, управление деятельностью торгового предприятия, планирование выпуска продукции, управление.

Предметная (прикладная) область (application domain) - совокупность связанных между собой функций, задач управления, с помощью которых достигается выполнение поставленных целей.

Постановка задачи (problem definition) - это точная формулировка решения задачи на компьютере с описанием входной и выходной информации.

Постановка задачи - обобщенный термин, который означает определенность содержательной стороны обработки данных. Постановка задачи связана с конкретизацией основных параметров ее реализации, определением источников и структурой входной и выходной информации, востребуемой пользователем.

К основным характеристикам функциональных задач, уточняемым в процессе ее формализованной постановки, относятся:

1. Цель или назначение задачи, ее место и связи с другими задачами;

2. Условия решения задачи с использованием средств вычислительной техники;

3. Содержание функций обработки входной информации при решении задачи;

4. Требования к периодичности решения задачи;

5. Ограничения по фокам и точности выходной информации;

6. Состав и форма представления выходной информации;

7. Источники входной информации для решения задачи;

8. Пользователи задачи (кто осуществляет ее решение и пользуется результатами решения).

Выходная информация по задаче может быть представлена в виде документов (типа листинга или машинограммы), сформированных кадров - видеограммы на экране монитора, файла базы данных, выходного сигнала устройству управления.

Входная информация по задаче определяется как данные, поступающие на вход задачи и используемые для ее решения. Входной информацией служат первичные данные документов ручного заполнения, информация, хранимая в файлах базы данных (результаты решения другие задач, нормативно-справочная информация - классификаторы, кодификаторы, справочники), входные сигналы отдатчиков.

Обычно постановка задач выполняется в едином комплексе работ по созданию структуры внутримашинной базы данных, проектированию форм и маршрутов движения документов, изменению организации управления в рамках предметной области.

Алгоритм - система точно сформулированных правил, определяющая процесс преобразования допустимых исходных данных (входной информации) желаемый результат (выходную информацию) за конечное число шагов.

Алгоритм решения задачи имеет ряд обязательных свойств:

1. Дискретность - разбиение процесса обработки информации на белее простые этапы (шаги выполнения), выполнение которых компьютером или человеком не вызывает затруднений;

2. Определенность алгоритма - однозначность выполнения каждого отдельного шага преобразования информации;

3. Выполнимость - конечность действий алгоритма решения задач, позволяющая получить желаемый результат при допустимых исходных данных за коночное число шагов;

4. Массовость - пригодность алгоритма для решения определенного класса задач.

В алгоритме отражаются логика и способ формирования результате в решения с указанием необходимых расчетных формул, логических условий, соотношений для контроля достоверности выходных результатов. В алгоритме обязательно должны быть предусмотрены все ситуации, которые могут возникнуть в процессе решения комплекса задач.

Алгоритм решения комплекса задач и его программная реализация тесно взаимосвязаны. Специфика применяемых методов проектирования алгоритмов и используемых при этом инструментальных средств разработки программ может повлиять на форму представления и содержание алгоритма обработки данных.

Для решения задач могут использоваться алгоритмы, заложенные в готовых программных продуктах - пакетах прикладных программ (ППП) функционального назначения (см. дальше). Также могут использоваться типовые модели и методы решения задач, представленные в методо-ориентированных ППП. В этом случае осуществляется адаптация ППП к условиям конкретного применения, во всех остальных случаях разрабатываются оригинальные алгоритмы и программы реализации комплекса задач.

Программирование (programming) - теоретическая и практическая деятельность, связанная с созданием программ.

Программирование является собирательным понятием и может рассматриваться и как наука, и как искусство, на этом основан научно-практический подход с разработке программ.

Программа - результат интеллектуального труда, для которого характерно творчество, а оно, как известно, не имеет четких границ, В любой программе присутствует индивидуальность ее разработчика, программа отражает определенную степень искусства программиста. Вместе с тем программирование предполагает и рутинные работы, которые могут и должны иметь строгий регламент выполнения и соответствовать стандартам.

Программирование базируется на комплексе научных дисциплин, направленных на исследование, разработку и применение методов и средств разработки программ (специализированного инструментария создания программ). При разработке программ используются ресурсоемкие и наукоемкие технологии, высококвалифицированный интеллектуальный труд.

Программирование - это развитая отрасль хозяйственной деятельности, связанная со значительными затратами материальных, трудовых и финансовых ресурсов. По данным зарубежных источников, в середине 90-х годов в мире было занято программированием до 2% трудоспособного населения. Совокупный оборот в сфере создания программных средств достигает нескольких сот миллиардов долларов в год.

В связи с ростом потребности в разнообразных программах обработки данных весьма актуален вопрос применения эффективных технологий программирования и их перевода на промышленную основу. Это означает:

- стандартизованность, тиражируемость и воспроизведение различными разработчиками методов программирования;

- внедрение прогрессивных инструментальных средств разработки программ;

- использование специальных методов и приемов организации работ по разработке программ.

 

Список использованной литературы:

1. Першиков В.И., Савинков В.М. Толковый словарь по информатике. - 2-е изд., доп. М.: Финансы и статистика, 1995.

2. Семенов М.И. и др. Автоматизированные информационные технологи в экономике: Учебник. - М.: Финансы и статистика, 2000.

3. Компьютерные технологии обработки информации: Учебное пособие под ред. Назарова С.В. - М.: Финансы и статистика, 1995.

4. Информатика: Учебник. - 3-е перераб. изд. / под ред. Н.В. Макаровой. - М.: Финансы и статистика, 2002. - 768 с.