Рабочая программа дисциплины Математические и логические основы ЭВТ

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Электростальский филиал ГОУ СПО

«МОСКОВСКИЙ КОЛЛЕДЖ УПРАВЛЕНИЯ И НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

_{РАБОЧАЯ ПРОГРАММА}

дисциплины:

«Математические и логические основы электронно-вычислительной техники»

для специальности:

230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

г. Электросталь 2008 год

Автор: Ж.О.Алфёрова

преподаватель Электростальского филиала ГОУ СПО «Московский колледж управления и новых технологий»

Рецензент:_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Рабочая программа дисциплины «Математические и логические основы электронно-вычислительной техники» предназначена для реализации государственных требований к уровню подготовки по специальности 230101 «Вычислительные машины, комплексы системы и сети».

Рабочая программа рассчитана на 96 учебных часов. Из них 26 часов отведены на

выполнение лабораторных работ. В конце курса предусмотрена сдача экзамена.

В качестве используемого языка программирования выбран язык Турбо Паскаль 7.0.

В результате изучения учебной дисциплины студент должен:

иметь представление:

• о роли и месте знаний по дисциплине при освоении смежных дисциплин;

• об ЭВМ и тенденциях их развития

знать:

• функциональную и структурную организация ЭВМ;

• архитектуру и характеристики современных ПЭВМ;

• формы и способы представления информации в ЭВМ;

• логические функции и их таблицы истинности;

• законы алгебры логики;

• формы представления логических функций;

• способы упрощения логических выражений;

• основы алгоритмизации и программирования;

• понятие алгоритма и его свойства, основные алгоритмические структуры и их композиции, средства записи алгоритмов;

• этапы решения задач на ЭВМ;

• виды сигналов, как носителей информации;

• основы передачи информации по каналам связи.

уметь:

• переводить числа из одной системы счисления в другую;

• выполнять математические операции с двоичными, восьмеричными и шестнадцатеричными числами;

• определять значения логических функций при заданных значениях переменных;

• сравнивать логические функции и определять, являются ли они тождественными;

• доказывать теоремы алгебры логики;

• по таблице истинности строить совершенные нормальные формы логической функции;

• по заданной нормальной форме логической функции строить совершенные нормальные формы;

• упрощать и минимизировать логические функции;

• составлять алгоритм решения задачи в композиции основных алгоритмических структур;

• осуществлять запись алгоритма;

• осуществлять реализацию алгоритма на языке программирования.

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

учебной дисциплины

«МАТЕМАТИЧЕСКИЕ И ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ»

Наименование разделов и тем

Максимальная нагрузка на студента (час)

Количество аудиторных часов при очной форме обучения

Самостоятельная работа студента

Всего

Практи­ческие занятия

Раздел 1. Общие сведения об ЭВМ.

8

4

4

Тема 1.1. Введение. Классификация ЭВМ и их основные характеристики.

4

2

2

Тема 1.2. Классическая структура ЭВМ.

Эволюция структуры компьютеров.

4

2

2

Раздел 2. Информация и ЭВМ.

30

24

6

Тема 2.1. Информация. Меры информации.

8

6

2

Тема 2.2. Виды информации и способы её представления в ЭВМ.

10

8

2

Тема 2.3. Арифметические основы ЭВМ.

12

10

2

Раздел 3. Логические основы ЭВМ.

30

26

6

4

Тема 3.1. Основные понятия математической

логики. Логические функции и таблицы истинности.

10

8

2

Тема 3.2. Законы алгебры логики.

6

6

2

Тема 3.3. Формы представления логических функций.

4

4

2

Тема 3.4. Упрощение логических функций.

6

6

2

Тема 3.5. Полнота системы логических функций.

4

2

2

Раздел 4. Основы алгоритмизации и программирования.

42

34

20

8

Тема 4.1. Понятие и свойства алгоритма.

4

2

2

Тема 4.2. Графическое представление алгоритмов.

4

2

2

Тема 4.3. Формализация понятия «алгоритм».

4

2

2

Тема 4.4. Принципы разработки алгоритмов и программ.

10

8

6

2

Тема 4.5.Композиция алгоритмических структур.

10

10

6

Тема 4.6.Вспомогательные алгоритмы и подпрограммы.

10

10

8

Раздел 5. Основы передачи информации.

12

8

4

Тема 5.1. Виды сигналов, временное и

спектральное их представление.

2

2

Тема 5.2. Аналоговая и дискретная модуляция.

2

2

Тема 5.3. Каналы передачи информации.

4

2

2

Тема 5.4. Методы повышения помехоустойчи­вости передачи и приёма данных.

4

2

2

Всего по дисциплине:

124

96

26

28

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. Общие сведения об ЭВМ.

Тема 1.1. Введение. Классификация ЭВМ и их основные характеристики.

Студент должен: знать:

• историю развития электронно-вычислительной техники;

• особенности ЭВМ разных поколений;

• области применения больших и малых, универсальных и специализированных ЭВМ;

• основные признаки классификации ЭВМ;

• основные технические характеристики ЭВМ;

• критерии классификации персональных компьютеров;

• группы ПК в зависимости от совокупности значений основных параметров с учётом областей применения.

Цели и задачи дисциплины. Общее знакомство с разделами программы и методами

их изучения. Взаимосвязь дисциплины «Математические и логические основы

электронно-вычислительной техники» с другими дисциплинами.

Понятия информатика и информация, значение информации в современном мире.

Эволюция электронно-вычислительной техники и её отражение в классификации

ЭВМ. Особенности ЭВМ различных поколений и направлений.

Классификация ЭВМ. Технические параметры и характеристики ЭВМ.

Тема 1.2. Классическая архитектура ЭВМ. Эволюция структур компьютеров.

Студент должен: знать:

• минимальный набор функциональных блоков ЭВМ;

• назначение блоков ЭВМ и их взаимодействие;

• отличие современных ЭВМ от первых ЭВМ классической архитектуры;

• эволюция структур ЭВМ.

Классическая архитектура ЭВМ. Взаимодействие отдельных блоков ЭВМ. Эволюция структур ЭВМ. Архитектура современного компьютера.

Раздел 2. Информация и ЭВМ.

Тема 2.1. Информация. Меры информации.

Студент должен: знать:

• многообразие аспектов существования и представления информации;

• основные меры информации, их назначение и области применения.

Информация как категория. Многообразие форм существования информации в окружающем мире. Структурные меры информации: геометрическая, мера Хартли, элементарная единица измерения информации (бит). Статистическая мера информации (мера Шеннона). Семантическая мера информации.

Тема 2.2. Виды информации и способы её представления в ЭВМ.

Студент должен: знать:

• виды информации, обрабатываемой с использованием ЭВМ;

• операции, выполняемые с информацией в ЭВМ;

• способы представления информации в цифровой форме;

• преимущества бинарного алфавита;

• соответствие между символами цифрового алфавита и уровнями электрических сигналов;

• понятия: кодирование и декодирование информации;

• единицы измерения информации;

• особенности представления в ЭВМ графической и звуковой информации.

Информация и её виды. Аналоговая и цифровая формы представления информации в ЭВМ. Особенности представления информации в цифровых ЭВМ. Цифровые ЭВМ с бинарным алфавитом. Представление графической и звуковой информации в цифровых ЭВМ.

Тема 2.3. Арифметические основы ЭВМ.

Студент должен знать:

• понятие системы счисления, виды систем счисления;

• представление числа в позиционной системе счисления;

• форматы данных и машинные коды чисел;

• правила недесятичной арифметики;

• двоично-десятичные системы кодирования.

• переводить числа из заданной системы счисления в другую;

• представлять числа в формах с фиксированной и плавающей точкой;

• выполнять арифметические операции над числами с фиксированной и плавающей точкой, используя машинные коды.

Непозиционные системы счисления. Позиционные системы счисления. Системы счисления в прямом, двоичном, восьмеричном и шестнадцатеричном кодах. Использование обратного и дополнительного двоичных кодов для реализации всех арифметических операций с помощью суммирующего устройства. Преимущество дополнительного кода по сравнению с обратным кодом.

Двоично-десятичное кодирование числовой информации в малых ЭВМ. Особенности двоично-десятичного кодирования по сравнению с двоичном кодированием. Выполнение арифметических операций в обратных двоично-десятичных кодах.

Раздел 3. Логические основы ЭВМ.

Тема 3.1. Понятия математической логики. Логические функции и таблицы истинности.

Студент должен знать:

• основные понятия математической логики;

• основные логические функции и их таблицы истинности.

уметь:

• определять значения логических функций при заданных значениях переменных;

• строить таблицы истинности сложных логических функций;

• сравнивать логические функции на тождественность.

Высказывание. Логическая переменная. Логическая функция. Логические функции одной и двух переменных. Таблицы истинности.

Тема 3.2. Законы алгебры логики.

Студент должен знать:

• основные понятия алгебры логики;

• законы алгебры логики;

• доказывать законы алгебры логики.

Основной базис алгебры логики. Принцип суперпозиции. Законы алгебры логики, позволяющие производить тождественные преобразования логических выражений. Дополнительные законы алгебры логики.

Тема 3.3. Формы представления логических функций.

Студент должен знать:

• аналитические формы представления логических функций;

• свойства аналитических форм представления логических функций.

уметь:

- строить совершенную нормальную форму логической функции.

Понятия терма и ранга терма. Дизъюнктивный терм, конъюнктивный терм. Дизъюнктивная нормальная форма (ДНФ). Конъюнктивная нормальная форма (КНФ). Теоремы о ДНФ и КНФ. Дизъюнктивная совершенная нормальная форма (ДСНФ). Конъюнктивная совершенная нормальная форма (КСНФ).

Тема 3.4. Упрощение логических функций.

Студент должен знать:

- способы и методы упрощения и минимизации логических функций;

уметь:

- минимизировать сложную логическую функцию.

Упрощение логических функций с помощью законов алгебры логики. Методы минимизации логических функций.

Тема 3.5. Полнота системы логических функций.

Студент должен знать:

• определение функциональной полноты системы логических функций;

• основные подходы к определению полноты системы логических функций;

Теорема о полноте системы логических функций. Критерий Поста-Яблонского.

Раздел 4. Основы алгоритмизации и программирования.

Тема 4.1. Понятие и свойства алгоритма.

Студент должен знать:

• что такое алгоритм и алгоритмизация;

• понятие исполнителя алгоритма;

• свойства алгоритмов.

Понятие алгоритма и алгоритмизации. Исполнители алгоритмов. Свойства, характеризующие исполнителей алгоритмов: дискретность, понятность, определённость, результативность, массовость.

Тема 4.2. Графическое представление алгоритма.

Студент должен знать:

• основные понятия теории графов;

• способы представления алгоритма;

• что такое схема алгоритма.

Граф. Ориентированный граф. Схема алгоритма. Типы вершин графа (функциональная, предикатная, объединяющая). Схемы, имеющие особое значение для практики алгоритмизации (композиция, альтернатива, да вида итерации). Понятие алгоритмического языка: команды, служебные слова.

Тема 4.3. Формализация понятия «алгоритм».

Студент должен иметь представление:

- о постановке проблемы формализации понятия «алгоритм».

знать:

- назначение и устройство абстрактных машин.

Необходимость формализации понятии алгоритма. Абстрактные машины как средство доказательства утверждений об основных свойствах алгоритмов. Устройство и система команд абстрактных машин (например, машина Поста, машина Тьюринга).

Тема 4.4. Принципы разработки алгоритмов и программ.

Студент должен знать:

- существующие подходы к созданию алгоритмов и написанию программ;

- требования, предъявляющиеся к алгоритмам при реализации соответствующего подхода;

- основные алгоритмические структуры и правила их образования. уметь:

• использовать линейные и разветвляющиеся алгоритмы при составлении блок-схем алгоритмов;

• использовать циклические алгоритмы при составлении блок-схем алгоритмов.

Эволюция подходов к разработке алгоритмов. Операционных подход и его характеристики. Основные структуры и правила их образования: следование, ветвление, неполное ветвление, циклы «пока» и «до». Объектно-ориентированный подход.

Тема 4.5. Композиция алгоритмических структур.

Студент должен знать:

• понятие суперпозиции базовых алгоритмических структур;

• понятие модульности алгоритмов и программ;

• принцип нисходящего проектирования;

- типовые алгоритмы.

уметь:

- составлять алгоритмы из базовых алгоритмических структур.

Модуль как логическая последовательность связных операций. Преимущество использования модулей. Основные этапы нисходящего проектирования. Типовые алгоритмы: «развилка в развилке», «цикл, вложенный в развилку», «цикл в цикле». Многократное вложение базовых алгоритмических структур.

Тема 4.6. Вспомогательные алгоритмы и подпрограммы.

Студент должен знать:

- понятия вспомогательного алгоритма и подпрограммы;

- правила выполнения алгоритмов.

уметь:

- составлять алгоритмы для решения задач.

Вспомогательные алгоритмы и подпрограммы. Вызов вспомогательного алгоритма. Правила выполнения алгоритма. Этапы решения задач с помощью ЭВМ.

Раздел 6. Основы передачи информации.

Тема 5.1. Виды сигналов, временное и спектральное их представление.

Студент должен знать:

• связь понятий информация, сообщения и сигналы;

• классификацию сигналов, используемых для передачи информации;

• временное и спектральное представление сигналов;

• обобщённую структуру системы передачи информации.

Информация, сообщения и сигналы - переносчики информации. Структура системы передачи информации. Линии связи и их типы. Аппаратура линий связи.

Тема 5.2. Аналоговая и дискретная модуляция.

Студент должен знать:

• назначение модуляции сигналов и её физическая суть;

• методы аналоговой модуляции сигналов;

• методы цифрового кодирования;

• основы дискретной модуляции аналоговых сигналов.

Методы передачи дискретных данных на физическом уровне. Аналоговая модуляция. Цифровое кодирование. Логическое кодирование. Дискретная модуляция аналоговых сигналов.

Тема 5.3. Каналы передачи информации.

Студент должен знать:

• состав линий связи;

• типы линий связи;

• оборудование линий связи;

• характеристики линий связи.

Основы передачи дискретных данных. Линии связи. Аппаратура линий связи. Характеристики линий связи.

Тема 5.4. Методы повышения помехоустойчивости передачи и приёма данных.

Студент должен знать:

• причины искажения сигналов в линиях связи;

• влияние помех на качество функционирования линий связи и их источники;

• методы повышение помехоустойчивости линий связи;

• методы обнаружения и исправления ошибок.

Характеристики линий связи. Помехоустойчивость и достоверность. Обнаружение и коррекция ошибок. Методы восстановления искажённых и потерянных кодов.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Построение таблиц истинности для сложных высказываний.

2. Применение электронных таблиц для составления таблиц истинности сложных функций.

3. Турбо Паскаль. Логический тип данных, операции сдвига.

4. Применение языка программирования для составления таблиц истинности сложных функций.

5. Упрощение логических функций путём применения законов алгебры логики.

6. Применение электронных таблиц для решения логических задач.

7. Применение языка программирования для решения логических задач.

8. Построение СКНФ и СДНФ по таблице истинности.

9. Минимизация сложных логических функций.

10. Турбо Паскаль. Множественный тип данных.

11. Турбо Паскаль. Методы сортировки.

12. Турбо Паскаль. Методы быстрой сортировки.

13. Турбо Паскаль. Поиск данных.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Ю. М. Келим. Вычислительная техника. - М. ACADEMIA, 2005.

1. Е.Б. Андреева, Л.Л. Босова, И.Н. Фалина. Математические основы информатики. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005.

2. Н. Угринович. Информатика и информационные технологии 10-11 класс- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003.

2. Информатика:Базовый курс / Под. ред. Симанович СВ. - СПб., 2000

3. СМ. Окулов. Основы программирования. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006.