Принцип обработки информации компьютером практическая работа
Теоретический материал для самостоятельного изучения:
В основе любой информационной деятельности лежат так называемые информационные процессы — совокупность последовательных действий (операций), производимых над информацией для получения какого-либо результата (достижения цели). Информационные процессы могут быть различными, но все их можно свести к трем основным: обработка информации, передача информации и хранение информации.
Обработка информации
Обработка информации — это целенаправленный процесс изменения формы ее представления или содержания.
Из курса информатики основной школы вам известно, что существует два различных типа обработки информации:
- обработка, связанная с получением новой информации (например, нахождение ответа при решении математической задачи; логические рассуждения и др.);
- обработка, связанная с изменением формы представления информации, не изменяющая ее содержания. К этому типу относятся:
— кодирование — переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для восприятия, хранения, передачи или последующей обработки; один из вариантов кодирования — шифрование, цель которого — скрыть смысл информации от посторонних;
— структурирование — организация информации по некоторому правилу, связывающему ее в единое целое (например, сортировка);
— поиск и отбор информации, требуемой для решения некоторой задачи, из информационного массива (например, поиск в словаре).
Общая схема обработки информации может быть представлена следующим образом:
Исходные данные — это информация, которая подвергается обработке.
Правила — это информация процедурного типа. Они содержат сведения для исполнителя о том, какие действия требуется выполнить, чтобы решить задачу.
Исполнитель — тот объект, который осуществляет обработку. Это может быть человек или компьютер. При этом человек, как правило, является неформальным, творчески действующим исполнителем. Компьютер же способен работать только в строгом соответствии с правилами, т.е. является формальным исполнителем обработки информации.
Рассмотрим отдельные процессы обработки информации более подробно.
Кодирование информации
Кодирование информации — это обработка информации, заключающаяся в ее преобразовании в некоторую форму, удобную для хранения, передачи, обработки информации в дальнейшем.
Код — это система условных обозначений (кодовых слов), используемых для представления информации.
Кодовая таблица — это совокупность используемых кодовых слов и их значений.
Нам уже знакомы примеры равномерных двоичных кодов — пятиразрядный код Бодо и восьмиразрядный код ASCII.
Самый известный пример неравномерного кода — код Морзе. В этом коде все буквы и цифры кодируются в виде различных последовательностей точек и тире.
Чтобы отделить коды букв друг от друга, вводят еще один символ — пробел (пауза). Например, слово «byte», закодированное с помощью кода Морзе, выглядит следующим образом:
При использовании неравномерных кодов важно понимать, сколько различных кодовых слов они позволяют построить.
Пример 1. Имеющаяся информация должна быть закодирована в четырехбуквенном алфавите . Выясним, сколько существует различных последовательностей из 7 символов этого алфавита, которые содержат ровно пять букв А.
Нас интересует семибуквенная последовательность, т. е.
Если бы у нас не было условия, что в ней должны содержаться ровно пять букв А, то для первого символа было бы 4 варианта, для второго — тоже 4, и т. д.
Тогда мы получили бы: 4 · 4 · 4 · 4 · 4 · 4 · 4 = 16384 варианта.
Теперь вернемся к имеющемуся условию и заполним пять первых мест буквой А. Получим:
Так как на 6-м и 7-м местах могут стоять любые из трех оставшихся букв B, C, D, то всего существует 9 (3 · 3) вариантов последовательностей.
Но ведь буквы А могут находиться на любых пяти из семи имеющихся позиций. А сколько таких вариантов всего?
Префиксный код — код со словом переменной длины, обладающий тем свойством, что никакое его кодовое слово не может быть началом другого (более длинного) кодового слова.
- Код, состоящий из слов 0, 10 и 11, является префиксным.
- Код, состоящий из слов 0, 10, 11 и 100, не является префиксным.
Также достаточным условием однозначного декодирования неравномерного код является обратное условие Фано. В нем требуется, чтобы никакой код не был окончанием другого (более длинного) кода.
Пример 2. Двоичные коды для 5 букв латинского алфавита представлены в таблице:
Можно заметить, что для заданных кодов не выполняется прямое условие Фано:
B=01, E=011, и D=10, C=100.
А вот обратное условие Фано выполняется: никакое кодовое слово не является окончанием другого. Следовательно, имеющуюся строку нужно декодировать справа налево (с конца). Получим
01 10 100 011 000 = BDCEA
Для построения префиксных кодов удобно использовать бинарные деревья, в которых от каждого узла отходят только два ребра, помеченные цифрами 0 и 1.
Пример 3. Для кодирования некоторой последовательности, состоящей из букв А, Б, В и Г, решили использовать неравномерный двоичный код, позволяющий однозначно декодировать полученную двоичную последовательность. При этом используются такие кодовые слова: А — 0, Б — 10, В — 110. Каким кодовым словом может быть закодирована буква Г? Если таких слов несколько, укажите кратчайшее из них.
Построим бинарное дерево:
Чтобы найти код символа, нужно пройти по стрелкам от корня дерева к нужному листу, выписывая метки стрелок, по которым мы переходим.
Определим положение букв А, Б и В на этом дереве, зная их коды. Получим:
Чтобы код был префиксным, ни один символ не должен лежать на пути от корня к другому символу. Уберем лишние стрелки:
На получившемся дереве можно определить подходящее расположение буквы Г и его код.
Поиск информации
Задача поиска обычно формулируется следующим образом. Имеется некоторое хранилище информации — информационный массив (телефонный справочник, словарь, расписание поездов, диск с файлами и др.). Требуется найти в нем информацию, удовлетворяющую определенным условиям поиска (телефон какой-то организации, перевод слова, время отправления поезда, нужную фотографию и т. д.). При этом, как правило, необходимо сократить время поиска, которое зависит от способа организации данных и используемого алгоритма поиска.
Алгоритм поиска, в свою очередь, также зависит от способа организации данных.
Если данные никак не упорядочены, то мы имеем дело с неструктурированным набором данных. Для осуществления поиска в таком наборе применяется метод последовательного перебора.
При последовательном переборе просматриваются все элементы подряд, начиная с первого. Поиск при этом завершается в двух случаях:
— искомый элемент найден;
— просмотрен весь набор данных, но искомого элемента среди них не нашлось.
— искомый элемент оказался первым среди просматриваемых. Тогда просмотр всего один;
Если же информация упорядочена, то мы имеем дело со структурой данных, в которой поиск осуществляется быстрее, можно построить оптимальный алгоритм.
Одним из оптимальных алгоритмов поиска в структурированном наборе данных может быть метод половинного деления.
Напомним, что при этом методе искомый элемент сначала сравнивается с центральным элементом последовательности. Если искомый элемент меньше центрального, то поиск продолжается аналогичным образом в левой части последовательности. Если больше, то — в правой. Если же значения искомого и центрального элемента совпадают, то поиск завершается.
Пример 4. В последовательности чисел 61 87 180 201 208 230 290 345 367 389 456 478 523 567 590 требуется найти число 180.
Процесс поиска представлен на схеме:
Передача информации
Передача информации — это процесс распространения информации от источника к приемнику через определенный канал связи.
На рисунке представлена схема модели процесса передачи информации по техническим каналам связи, предложенная Клодом Шенноном.
Работу такой схемы можно пояснить на примере записи речи человека с помощью микрофона на компьютер.
Источником информации является говорящий человек. Кодирующим устройством — микрофон, с помощью которого звуковые волны (речь) преобразуются в электрические сигналы. Канал связи — провода, соединяющие микрофон и компьютер. Декодирующее устройство — звуковая плата компьютера. Приемник информации — жесткий диск компьютера.
При передаче сигнала могут возникать разного рода помехи, которые искажают передаваемый сигнал и приводят к потере информации. Их называют «шумом».
В современных технических системах связи борьба с шумом (защита от шума) осуществляется по следующим двум направлениям:
Но чрезмерная избыточность приводит к задержкам и удорожанию связи. Поэтому очень важно иметь алгоритмы получения оптимального кода, одновременно обеспечивающего минимальную избыточность передаваемой информации и максимальную достоверность принятой информации.
Важной характеристикой современных технических каналов передачи информации является их пропускная способность — максимально возможная скорость передачи информации, измеряемая в битах в секунду (бит/с). Пропускная способность канала связи зависит от свойств используемых носителей (электрический ток, радиоволны, свет). Так, каналы связи, использующие оптоволоконные кабели и радиосвязь, обладают пропускной способностью, в тысячи раз превышающей пропускную способность телефонных линий.
Современные технические каналы связи обладают, перед ранее известными, целым рядом достоинств:
— высокая пропускная способность, обеспечиваемая свойствами используемых носителей;
— надёжность, связанная с использованием параллельных каналов связи;
— помехозащищённость, основанная на автоматических системах проверки целостности переданной информации;
— универсальность используемого двоичного кода, позволяющего передавать любую информацию — текст, изображение, звук.
Объём переданной информации I вычисляется по формуле:
где v — пропускная способность канала (в битах в секунду), а t — время передачи.
Рассмотрим пример решения задачи, имеющей отношение к процессу передачи информации.
Пример 5. Документ объемом 10 Мбайт можно передать с одного компьютера на другой двумя способами.
А. Передать по каналу связи без использования архиватора.
Б. Сжать архиватором, передать архив по каналу связи, распаковать.
Какой способ быстрее и насколько, если:
— средняя скорость передачи данных по каналу связи составляет 2 18 бит/с;
— объем сжатого архиватором документа равен 25% от исходного объема;
— время, требуемое на сжатие документа — 5 секунд, на распаковку — 3 секунды?
Для решения данной задачи диаграмма Гантта не нужна; достаточно выполнить расчёты для каждого из имеющихся вариантов передачи информации.
Рассмотрим вариант А. Длительность передачи информации в этом случае составит:
Рассмотрим вариант Б. Длительность передачи информации в этом случае составит:
Итак, вариант Б быстрее на 232 с.
Хранение информации
Сохранить информацию — значит тем или иным способом зафиксировать её на некотором носителе.
Носитель информации — это материальная среда, используемая для записи и хранения информации.
Основным носителем информации для человека является его собственная память. По отношению к человеку все прочие виды носителей информации можно назвать внешними.
Основное свойство человеческой памяти — быстрота, оперативность воспроизведения хранящейся в ней информации. Но наша память не надёжна: человеку свойственно забывать информацию. Именно для более надёжного хранения информации человек использует внешние носители, организует внешние хранилища информации.
Виды внешних носителей менялись со временем: в древности это были камень, дерево, папирус, кожа и др. Долгие годы основным носителем информации была бумага. Развитие компьютерной техники привело к созданию магнитных (магнитная лента, гибкий магнитный диск, жёсткий магнитный диск), оптических (CD, DVD, BD) и других современных носителей информации.
В последние годы появились и получили широкое распространение всевозможные мобильные электронные (цифровые) устройства: планшетные компьютеры, смартфоны, устройства для чтения электронных книг, GPS-навигаторы и др. Появление таких устройств стало возможно, в том числе, благодаря разработке принципиально новых носителей информации, которые:
- Обладают большой информационной ёмкостью при небольших физических размерах.
- Характеризуются низким энергопотреблением при работе, обеспечивая наряду с этим высокие скорости записи и чтения данных.
- Энергонезависимы при хранении.
- Имеют долгий срок службы.
Всеми этими качествами обладает флеш-память (англ. flash-memory). Выпуск построенных на их основе флеш-накопителей, называемых в просторечии «флэшками», был начат в 2000 году.
Инструкционная карта предназначена для выполнения практической работы по теме "Принципы обработки информации при помощи компьютера. Арифметические и логические основы работы компьютера" по дисциплине Информатика дл ястудентов 1-го курса
Просмотр содержимого документа
«Принципы обработки информации при помощи компьютера. Арифметические и логические основы работы компьютера»
ОГБПОУ «НОВГОРОДСКИЙ АГРОТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»
ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА НА ВЫПОЛНЕНИЕ
ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ № 5 ПО ДИСЦИПЛИНЕ
ТЕМА: «Принципы обработки информации при помощи компьютера. Арифметические и логические основы работы компьютера».
НАИМЕНОВАНИЕ РАБОТЫ: “ Основные логические операции. Таблицы истинности логических выражений . ”.
Наименование объектов контроля и оценки
Основные показатели оценки результата
Владение способами представления, хранения и обработки данных на компьютере
Выполнение согласно инструкционным картам и методическим рекомендациям.
НОРМА ВРЕМЕНИ: 6 часов.
ОСНАЩЕНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА: ПК, инструкционная карта, калькулятор, тетрадь для ПЗ.
ПРАВИЛА ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ согласно инструкции.
Цветкова М.С., Хлобыстова И.Ю. Информатика. Учебник для СПО. М.: Академия. 2017 г. – 352с.
Поляков К.Ю. и др. Информатика в 2-х ч. 10 кл. Учебник. М.: БИНОМ. 2013 г. – 344с. (электронный ресурс)
1. Таблицы истинности для основных логических операций.
1) Логическое умножение (конъюнкция):
2) Логическое сложение (дизъюнкция):
3) Логическое отрицание (инверсия):
Пример 1. Построить таблицу истинности для логического выражения (AVB) & (A V B)
Решение:
Столбцы 1 и 2 всегда заполняем аналогично разобранному примеру.
Столбцы 3 и 4 заполняем, исходя из таблиц истинности логической операции Дизъюнкция (логическое сложение).
Столбец 5 заполняем, используя данные столбцов 3 и 4, а также таблицей истинности логической операции Конъюнкция (логическое умножение).
Вывод: Логическое выражение (AVB) & (A V B) истинно во всех случаях, кроме случая, когда А=0 и В=0.
Пример 2. Доказать, что логические выражения равносильны.
Решение: Построим таблицы истинности для каждого из выражений.
Для заполнения столбца 3 воспользуемся данными столбца 1 и таблицей истинности для логического отрицания.
Для заполнения столбца 4 воспользуемся данными столбца 2 и таблицей истинности для логического отрицания.
Для заполнения столбца 5 воспользуемся данными столбцов 3 и 4, а также таблицей истинности для логической операции Конъюнкция (логическое умножение).
Аналогично заполняем вторую таблицу истинности.
Мы видим, что последние столбцы в двух таблицах истинности одинаковые, значит выражения равносильны.
2. Основные законы логики:
Закон тождества
Закон противоречия
Закон исключения третьего
Закон двойного отрицания
Законы де Моргана
Закон коммутативности
Закон ассоциативности
Закон дистрибутивности
Пример. Упростить логическое выражение: )
Решение: Воспользуемся законом дистрибутивности и вынесем за скобки А:
По закону исключенного третьего . Следовательно:
Практическая часть.
Построить таблицу истинности для логического выражения:
Построить таблицу истинности логического выражения A&(BV B&C)
Построить таблицу истинности для логического выражения:
Доказать, что логические выражения равносильны
Доказать, что логические выражения и А & В равносильны
Задание 3.
Упростить логическое выражение: )
Упростить логическое выражение:
Упростить логическое выражение:
Задание 4.
Вычислить: 26 10 &41 8 → N 10
Вычислить: 47 10 V 38 8 → N 10
Вычислить:29 10 V 31 16 → N 10
Задание 5. Используя таблицы истинности, решить логическую задачу:
Три ученика, Симонов Саша, Кузин Коля и Вишнёв Ваня, играли во дворе школы в футбол и разбили мячом окно. На вопрос кто разбил окно были получены следующие ответы.
Ваня сказал: “Это я разбил окно, Коля окно не разбивал”.
Коля сказал: “Это сделал не я и не Саша”.
Саша сказал: “Это сделал не я и не Ваня”.
Но дежурная сидела и всё видела. Она сказала, что только один ученик говорит правду, но не назвала его фамилии. Кто из учеников разбил стекло?
Фигуранты дела: Симонов Саша, Кузин Коля и Вишнёв Ваня.
Допрос: на вопрос “Кто разбил окно?” были получены следующие ответы:
Ваня сказал: “Это я разбил окно, Коля окно не разбивал”.
Коля сказал: “Это сделал не я и не Саша”.
Саша сказал: “Это сделал не я и не Ваня”.
Но дежурная сидела и всё видела. Она сказала, что только один ученик говорит правду, но не назвала его фамилии.
Задание 6. Используя таблицы истинности, решить логическую задачу:
В вымогательстве подозреваются Брагин, Кургин и Лиходеев. Каждый их них дол следующие показания:
Брагин: “Я не участвовал в вымогательстве. Это делал Лиходеев”.
Лиходеев: “Я не виноват, но и Кургин тут ни причём”.
Кургин: “Лиходеев не виновен. Вымогательство совершал Брагин”.
Следствием точно установлено, что вымогали двое, кроме того, подозреваемые путались в показаниях и каждый из них не дал полностью правдивых показаний. Кто же совершал вымогательства?
Задание 6. Используя правила преобразования логических выражений, решить логическую задачу:
В школе-новостройке в каждой из двух аудиторий может находиться либо кабинет информатики, либо кабинет физики. На дверях аудиторий повесили шутливые таблички. На первой повесили табличку «По крайней мере, в одной из этих аудиторий размещается кабинет информатики», а на второй аудитории – табличку с надписью «Кабинет физики находится в другой аудитории». Проверяющему, который пришел в школу, известно только, что надписи на табличках либо обе истинны, либо обе ложны. Помогите проверяющему найти кабинет информатики.
35 10 &41 8 → N 10
Составить таблицу истинности для логического выражения:
(A&B)&(
Доказать, используя таблицы истинности,
что логические выражения равносильны (или неравносильны).
37 10 V 40 8 → N 10
- дать представление о том, как в компьютере при помощи логических элементов выполняются арифметические и логические операции.
Теоретические сведения к практической работе
Принципы обработки информации компьютером
Между алгеброй логикой и двоичным кодированием существует следующая связь: основной системой счисления в компьютере является двоичная, а которой используются цифры 0 и 1, а значений логический переменных тоже два: «0» и «1» («ложь» и «истина».)
- одни и те же устройства компьютера могут применяться для обработки и хранения, как числовой информации, представленной в двоичной системе счисления, так и логических переменных;
-на этапе конструирования аппаратных средств алгебра логики позволяет значительно упростить логические функции, описывающие функционирование схем компьютера, и, следовательно, уменьшить число основных узла компьютера.
В процессе обработки двоичной информации процессор выполняет арифметические и логические операции.
В основе логики работы компьютера, как правило, лежит преобразование сложных логических выражений. Для объяснения этого понятия нам понадобится ввести ряд операций алгебры логики (логических операций). Рассмотрим 3 основных логических опе раций.
Логическая операция КОНЪЮНКЦИЯ определяет соединение двух логических выражений (высказываний) с помощью союза И. Обозна чается символами &(энд) and или ^ .
В соответствии с таблицей истинности можно дать следующее определение: конъюнкция - логическая операция, ставя щая в соответствие двум простым логическим выражениям новое — сложное логическое выражение, которое будет истинным тогда и только тогда, когда истинны оба исходных (простых) логических вы ражения.
Техническая реализация И
Логическая операция ДИЗЪЮНКЦИЯ определяет логическое соединение двух логических выражений (высказываний) с помощью союза ИЛИ. Эта операция называется также еще логическим, сложе нием и обозначается значком v .
В соответствии с таблицей истинности можно дать определение: дизъюнкцией - логическая операция, ставящая в соответ ствие двум простым логическим выражениям новое — сложное ло гическое выражение, которое будет истинным тогда и только тогда, когда истинно хотя бы одно из исходных (простых) логических вы ражений.
Техническая реализация ИЛИ
Логическая операция ОТРИЦАНИЕ (ИНВЕРСИЯ), определяется над одним аргументом (простым или сложным логическим выражением) следующим образом: если исходное выражение истинно, то результат его отрицания будет ложным, и наоборот, если исходное выражение ложно, то его отрицание будет истинным. Данная операция означает, что к исходному логическому выражению добавляется частица НЕ или слова НЕВЕРНО, ЧТО. Операция ОТРИЦАНИЕ обо значается символом - , а ее результат определяется следующей таблицей истинности:
Техническая реализация НЕ
Порядок выполнения логических операций в сложном логическом выражении:
2. конъюнкция — & (или );
3. дизъюнкция — v;
Для изменения указанного порядка выполнения логических опе раций используются круглые скобки.
При изучении работы различных устройств компьютера приходится рассматривать такие его логические элементы, в которых реализуют ся сложные логические выражения. Поэтому необходимо научиться определять результат этих выражений, то есть строить для них таб лицы истинности. Например, рассмотрим построение таблицы истинности на примере:
Выражение: Завтра будет не холодно или выглянет солнце и будет очень тепло.
Разделим его на простые выражения, которые обозначим латинскими буквами:
А- завтра будет холодно; В - выглянет солнце; С – будет очень тепло.
Компьютер - это универсальное техническое средство для автоматической обработки информации.
Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя? Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков. Сделать изучение нового материала максимально понятным. Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.Просмотр содержимого документа
«Принципы обработки информации компьютером»
Тема: Принципы обработки информации компьютером
Компьютер или ЭВМ (электронно-вычислительная машина) – это универсальное техническое средство для автоматической обработки информации.
Аппаратное обеспечение (Hardwear) компьютера – это все устройства, входящие в его состав и обеспечивающие его исправную работу.
Несмотря на разнообразие компьютеров в современном мире, все они строятся по единой принципиальной схеме, основанной на фундаменте идеи программного управления Чарльза Бэббиджа (середина XIX в). Эта идея была реализована при создании первой ЭВМ ENIAC в 1946 году коллективом учёных и инженеров под руководством известного американского математикаДжона фон Неймана, сформулировавшего концепцию ЭВМ с вводимыми в память программами и числами - программный принцип.
Главные элементы концепции:
двоичное кодирование информации;
принцип хранимой программы;
принцип параллельной организации вычислений, согласно которому операции над числом проводятся по всем его разрядам одновременно.
С тех пор структуру (архитектуру) современных компьютеров часто называют неймановской. Это в полной мере относится и к персональным компьютерам как инструменту школьной информатики.
ОБЩАЯ СХЕМА КОМПЬЮТЕРА
Персональный компьютер (ПК) в своём минимально необходимом составе согласно этой схеме включает:
основные устройства ввода: клавиатуру и манипулятор «мышь»;
основное устройство вывода: монитор;
центральная часть располагается в системном блоке;
внешняя память располагается на носителях – дисках и приводится в действие специальными приводами – дисководами;
в единую конфигурацию все части ПК соединены с помощью устройств сопряжения.
В основе строения ПК лежат два важных принципа: магистрально-модульный принцип и принцип открытой архитектуры. Согласно магистрально-модульному принципу все части и устройства изготавливаются в виде отдельных блоков, информация между которыми передаётся по комплекту соединений, объединённых в магистраль. При этом общую схему ПК можно представить в следующем виде:
Принцип открытой архитектуры предполагает возможность сборки компьютера из независимо изготовленных частей, доступную всем желающим (подобно детскому конструктору).
Домашнее задание
Подготовиться к семинару. Вопросы для обсуждения:
Понятие информации. Виды и свойства информации. Информационные процессы.
Кодирование информации. Кодирование числовой, текстовой, графической информации
Принципы обработки информации компьютером.
Системы счисления. Правила перевода чисел в различных системах счисления. Арифметические действия в системах счисления.
Читайте также: