Читать онлайн «Изучение логических основ компьютера в виртуальной лаборатории ELECTRONICS WORKBENCH: Лабораторный практикум»

БАШКИРСКИЙ ИНСТИТУТ РАЗВИТИЯ ОБРАЗОВАНИЯ Р. Р. Сулейманов ИЗУЧЕНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ КОМПЪЮТЕРА В ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБО- РАТОРИИ ELECTRONICS WORKBENCH УФА - 2007  ВВЕДЕНИЕ Основная трудность в изложении элементов цифровой техники состоит в существенном разрыве между уровнем знаний школьников и современным состоянием ЭВТ. Учащимся необходимо преодолеть дистанцию огромного размера – от двоичной арифметики и простейших логических элементов до архитектуры микропроцессора и ЭВМ. Многообразие элементной базы, ее миниатюризация, отсутствие наглядности, необходимость использования раз- личных кодов, синтез многополюсников требуют от учащихся высокого уров- ня абстрактного мышления. Изучение базовых логических элементов, элемен- тов памяти, операционных элементов и их комбинаций и последовательную логику на физическом уровне становится невозможным из-за громоздкости и отсутствия наглядности. Они рассматриваются схемотехнически: зависимость между входными и выходными сигналами описывается таблицами истинности или функциями на языке алгебры логики. В качестве компьютерной среды изучения основ электроники и вычис- лительной техники нами выбрана система Electronics Workbench, разрабо- танная фирмой Interactive Image Technologies. Особенностью системы являет- ся наличие контрольно-измерительных приборов, по внешнему виду и харак- теристикам приближенных к их промышленным аналогам. Система легко ус- ваивается и достаточно удобна в работе. Практикум включает следующие темы: • Основы алгебры логики. • Решение задач на тему «Логические схемы». • Виртуальный логический конвертор. • Цифровой компаратор. • Устройство контроля четности. • Мультиплексоры и демультиплексоры. • Арифметические сумматоры. • Виртуальный генератор слова. • Виртуальный логический анализатор. • Триггеры. • Счетчик. • Регистр. • Оперативное запоминающее устройство. Выполнение этих работ позволит учащимся более глубоко понимать процессы, происходящие в работе электронных вычислительных машин. 2  ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭВМ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ Науку о человеческом мышлении создал древнегреческий ученый Аристо- тель (384-322 г. до н. э. ). Он назвал ее логикой. Логика предписывала общие правила, по которым человек должен мыслить, делать умозаключение и прихо- дить к истине. Немецкий математик, Г. В. Лейбниц(1646-1716 гг. ) сблизил ло- гику с вычислениями. У него возникла мысль создать новую науку — мате- матическую логику, в которой логические понятия обозначены математиче- скими знаками. Только почти через 200 лет английский математик, Джордж Буль (1815-1864 гг. ) частично реализовал идеи Лейбница. Он создал для логи- ческих обоснований и рассуждений необычную алгебру, в которой логические высказывания обозначались особыми символами подобно тому, как в школь- ной алгебре числа обозначаются буквами. Оказалось что, оперируя этими сим- волами и логическими связками, можно выполнять логические рассуждения при помощи обычных вычислений.