Логические основы ЭВМ

План

Введение

1. Логические  основы работы ЭВМ. Основы понятия  и операции алгебры логики

2. Прикладное  программное обеспечение

Заключение

Список использованной литературы

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.

Целью контрольной  работы является изучение логических основ работы ЭВМ, основных понятий  и операций алгебры логики, а также прикладного программного обеспечения.

1. Логические основы  работы ЭВМ. Основы  понятия и операции  алгебры логики

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 -- символы * *Л.

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 ;

распределительный:

а *(Ь +с) = а * b + а * с;

а + b * с = а * b + а * с.

Справедливы соотношения:

а + а = а;

а * а = а;

а + а* b = а;

а + b = а, если а - b

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.

Согласно теоремам разложения функций на составляющие любая функция может быть разложена на конституэнты "1":

f (a)= f ( 1)* a + f (0)* a ; f(a,b)=f(l9b)*a+f(Q,b)*a=f(lM*a*a+f(l№ и т.д.)

Эти соотношения  используются для синтеза логических функций и вычислительных схем.

Возможности компьютера как технической основы системы of работки 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 опальные 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:

цель или назначение задачи, ее место и связи с другими  задачами;

условия решения  задачи с использованием средств  вычислительной техники;

содержание функций  обработки входной информации при  решении задачи;

требования к  периодичности решения задачи;

ограничения по фокам и точности выходной информации;

состав и форма  представления выходной информации;

источники входной  информации для решения задачи;

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:

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

определенность  алгоритма -- однозначность выполнения каждого отдельного шага преобразования информации;

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

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.

2. Прикладное программное  обеспечение

Характеристика  пакетов прикладных программ

Данный класс программных средств наиболее представителен, что обусловлено прежде всего широким применением средств компьютерной техники во всех сферах деятельности человека, созданием автоматизированных информационных систем различных предметных областей.

Классификация пакетов прикладных продуктов, внутри которого проводится классификация по разным признакам:

типам предметных областей;

информационным  системам;

функциям и  комплексам задач, реализуемых программным  способом.

Для некоторых  предметных областей возможна типизация функций управления, структуры данных и алгоритмов обработки. Это вызвало разработку значительного числа ГОШ одинакового функционального назначения и, таким образом, создало рынок программных продуктов:

ППП автоматизированного  бухгалтерского учета;

ППП финансовой деятельности;

ППП управления персоналом (кадровый учет);

ППП управления материальными запасами;

ППП управления производством;

банковские информационные системы и т.п.

Основные тенденции  в области развития проблемно-ориентированных программных средств:

создание программных  комплексов в виде автоматизированных рабочих мест (АРМ) управленческого  персонала;

создание интегрированных  систем управления предметной областью на базе вычислительных сетей, объединяющих АРМы в единый программный комплекс с архитектурой клиент-сервер;

организация данных больших информационных систем в  виде распределенной базы данных на сети ЭВМ;

наличие простых  языковых средств конечного пользователя для запросов к базе данных;

настройка функций  обработки силами конечных пользователей (без участия программистов);

защита программ и данных от несанкционированного доступа (парольная защита на уровне функций, режимов работы, данных).

Для подобного  класса программ высоки требования к  оперативности обработки данных (например, пропускная способность для банковских систем должна составлять несколько сот транзакций в секунду), велики объемы хранимой информации, что обусловливает повышенные требования к средствам администрирования данных БД (актуализации, копирования, обеспечения производительности обработки данных).

Наиболее важно  для данного класса программных  продуктов создание дружественного интерфейса для конечных пользователей.

Данный класс  программных продуктов весьма динамичен  как по составу реализуемых ими  функций, так и по используемому для их создания инструментарию разработчика. Со временем границы компьютеризации информационных систем, как правило, расширяются, что приводит к изменению функций существующих ППП.

ППП автоматизированного  проектирования

Программы этого класса предназначены для поддержания работы конструкторов и технологов, связанных с разработкой чертежей, схем, диаграмм, графическим моделированием и конструированием, созданием библиотеки стандартных элементов (темплетов) чертежей и их многократным использованием, созданием демонстрационных иллюстраций и мультфильмов.

Отличительной особенностью этого класса программных  продуктов являются высокие требования к технической части системы  обработки данных, наличие библиотек  встроенных функций, объемов, интерфейсов с графическими системами и базами данных.

ППП общего назначения.

Данный класс  содержит широкий перечень программных  продуктов, поддерживающих преимущественно  информационные технологии конечных пользователей. Кроме конечных пользователей этим программными продуктами за счет встроенных средств технологии программирования могут пользоваться и программисты для создания усложненных программ обработки данных.

Представители данного класса программных продуктов:

Настольные системы  управления базами данных (СУБД), обеспечивающие организацию и хранение локальных баз данных на автономно работающих компьютерах либо централизованное хранение баз данных на файл-сервере и сетевой доступ к ним.

В настоящее  время наиболее широко представлены реляционные СУБД для персональных компьютеров, осуществляющие:

работу с базой  данных через экранные формы;

организацию запросов на поиск данных с помощью специальных  языков запросов высокого уровня;

генерацию отчетов  различной структуры данных с  подведением промежуточных и  окончательных итогов;

вычислительную  обработку путем выполнения встроенных функций, программ, написанных с использованием языков программирования и макрокоманд.

Пользовательские  приложения (прикладные программы), функционирующие  в среде СУБД, создаются по типу меню работы конечного пользователя, каждая команда которого обеспечивает автоматизированное выполнение определенной функции.

В современных  СУБД (например, в СУБД Access 2.0) содержатся элементы CASE-технологии процесса проектирования, в частности:

визуализирована схема баз данных;

осуществлена  автоматическая поддержка целостности  баз данных при различных видах  обработки (включение, удаление или  модификация данных баз данных);

предоставляются так называемые мастера, обеспечивающие поддержку процесса проектирования (режим "конструктор") -- мастер таблиц, мастер форм, мастер отчетов, построитель  меню и т.п.;

созданы для  широкого использования прототипы (шаблоны) структур баз данных, форм, отчетов и т.д.

Все это свидетельствует  о расширении функциональных возможностей СУБД как инструментального средства для создания приложений. Более подробно рассмотрим о СУБД.

Серверы баз  данных -- успешно развивающийся  вид программного обеспечения, предназначенный для создания и использования при работе в сети интегрированных баз данных в архитектуре клиент-сервер.

Многопользовательские СУБД (типа Paradox, Access, FoxPro и др.) В сетевом  варианте обработки данных хранят информацию на файл-сервере -- специально выделенном компьютере в централизованном виде, но сама обработка данных ведется на рабочих станциях. Серверы баз данных, напротив, всю обработку (хранение, поиск, извлечение и передачу данных клиенту) данных выполняют самостоятельно, одновременно обеспечивая данными большое число пользователей сети.

Общим для различных  видов серверов баз данных является использование реляционного языка SQL (Structured Query Language) для реализации запросов к денным.

Большинство серверов баз данных может использовать одновременно несколько платформ (Windows NT, Unix, OS/2 и др.), поддерживает широкий спектр протоколов передачи данных (IPX, ТСРЛР, Х.25 и др.).

Некоторые серверы  реализуют распределенное хранение информации в сети, поддерживают интерфейсы на уровне вызова типа:

ODBC -- Open Data Base Connectivity для доступа к разнородным  базам данных;

DAL -- Data Access Language для создания запроса на выборку  данных, распределенных в сети;

SAG/CLI -- SQL Access Group/ Call Level Interface для распределенных запросов и др. Самой большой проблемой применения серверов баз данных являются обеспечение целостности (непротиворечивости) баз данных, решение вопроса, связанного с дублированием (тиражированием) данных по узлам сети и их синхронным обновлением.

Генераторы (серверы) отчетов -- самостоятельное направление  развития программных средств, обеспечивающих реализацию запросов и формирование отчетов в печатном или экранном виде в условиях сети с архитектурой клиент-сервер.

Сервер отчетов  подключается к серверу баз данных, используя все уровни передач и драйверы сервера баз данных. Серверы отчетов включают:

программы планирования -- учет времени для формирования отчетов по требованию пользователей, составление расписания выдачи и  распространения отчетов по сети;

программы управления очередью запросов на формирование отчетов;

программы ведения  словаря пользователей для разграничения  доступа к сформированным отчетам;

программы ведения  архива отчетов и др.

Подготовленные  отчеты рассылаются клиентам по электронной почте или с помощью другого транспортного агента. Серверы отчетов обычно поддерживают разнородные платформы, тем самым они эффективно работают в неоднородных вычислительных сетях.

Текстовые процессоры -- автоматическое форматирование документов, вставка рисованных объектов и графики, составление оглавлений и указателей, проверка орфографии, шрифтовое оформление, подготовка шаблонов документов.

Табличный процессор -- удобная среда для вычислений силами конечного пользователя; средства деловой графики, специализированная обработка (встроенные функции, работа с базами данных, статистическая обработка данных и др.).

Средства презентационной  графики -- специализированные про граммы, предназначенные для создания изображений  и их показа на экране, подготовки слайд-фильмов, мультфильмов, видеофильмов, их редактирования, определения порядка следования изображений.

Презентация может  включать показ диаграмм и графиков, все программы презентационной  графики условно делятся на программы  доя подготовки слайд-шоу, программы для подготовки мультимедиа-презентации.

Для работы этих программ необходимы также наличие  специализированного оборудования -- LCD (Liquid Crystal Desktop) -- жидкокристаллической проекционной панели, которая просвечивается проектором для вывода изображения на экран, видеотехника.

Презентация требует  предварительного составления плана  показа. Для каждого слайда выполняется  проектирование: определяются содержание слайда, размер, состав элементов, способы  их оформления и т.п. Данные доя использования  в слайдах можно как готовить вручную, так и получать в результате обмена из других программных систем.

Интегрированные пакеты -- набор нескольких программных  продуктов, функционально дополняющих  друг друга, поддерживающих единые информационные технологии, реализованные на общей вычислительной и операционной платформе.

Наиболее распространены интегрированные пакеты, компонентами которых являются:

СУБД;

текстовый редактор;

табличный процессор;

органайзер;

средства поддержки  электронной почты;

программы создания презентаций;

графический редактор.

Компоненты интегрированных  пакетов могут работать изолированно друг от друга, но основные достоинства  интегрированных пакетов проявляются  при их разумном сочетании друг с  другом. Пользователи интегрированных  пакетов имеют унифицированный для различных компонентов интерфейс, тем самым обеспечивается относительная легкость процесса их освоения.

Отличительными  особенностями данного класса программных  средств являются:

полнота информационных технологий для конечных пользователей;

однотипный интерфейс  конечного пользователя для всех программ, входящих в состав интегрированного пакета -- общие команды в меню, стандартные пиктограммы одних  и тех же функций (сохранение на диске, печать, проверка орфографии, шрифтовые  оформления и т.п.), стандартное построение и работа с диалоговыми окнами и др.;

общий сервис для  программ интегрированного пакета (например, словарь и средства орфографии для  проверки правописания, построитель  диаграмм, конвертер данных и др.);

легкость обмена и ссылок на объекты, созданные программами интегрированного пакета (применяется два метода: DDE -- динамический обмен данных и OLE -- динамическая компоновка объектами), единообразный перенос объектов (метод drag-and-drop);