VII. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА КОМПЬЮТЕРА.

Завдання

1.У заданій частині графічного екрана нарисувати фігуру 1, у середині фігури 1 – фігуру 2, а у середині фігури 2 – текст: своє прізвище та ініціали. Усі елементи рисунка виконати різними кольорами. Замкнені області залити кольорами.

2. Скласти програму побудови графіка функції на деякому проміжку (проміжок задати самостійно)

варіант	функція

3. Записати відповідний текст та результат виконання програми у звіт.

Список літератури

1. Глинський Я.М. та ін. Turbo Pascal і Delphi: Навчальний посібник, Львів: Деол, СПД Глинський, 2005

2. Круподерова Е.П. Методические рекомендации к лабораторным работам по программированию на языке Турбо Паскаль. Мурманск, Отдел образования Октябрьского административного округа, СШ 43, 1996, стр. 99

3. Культин Н.Б. Turbo Pascal в задачах и примерах, СПб: БХВ-Петербург, 2004

4. Оніщенко С.М. Програмування мовою Паскаль. Лабораторний практикум: навчальний посібник. – К.: Логос, 2004

5. Рапаков Г.Г., Ржеуцкая С.Ю. Turbo Pascal для студентов и школьников., СПб: БХВ-Петербург, 2005

6. Ускова О.Ф. Программирование на языке Паскаль: задачник. СПб.: Питер, 2005.

7. Фаронов В.В. Turbo Pascal 7.0. Начальный курс. Учебное пособие., М.: «Нолидж», 2001

8. Шост Д.М. Основи інформатики та обчислювальної техніки. Turbo Pascal. Зошит-конспект., Тернопіль: «навчальна книга», 2001

Зміст

Лабораторна робота № 1. 2

Лінійні програми.. 2

Теоретичні відомості 2

Завдання. 7

Лабораторна робота № 2. 8

Використання операторів умовного та безумовного переходів.. 8

Теоретичні відомості 8

Завдання. 9

Лабораторна робота № 3. 11

Використання операторів циклу.. 11

Теоретичний матеріал. 11

Завдання. 13

Лабораторна робота № 4. 15

Обробка табличних елементів.. 15

Теоретичний матеріал. 15

Завдання. 18

Лабораторна робота № 5. 20

Сортування елементів масиву.. 20

Теоретичний матеріал. 20

Завдання. 21

Лабораторна робота № 6. 22

Робота з даними типу String.. 22

Теоретичний матеріал. 22

Завдання. 23

Лабораторна робота № 7. 23

Використання множин даних.. 23

Теоретичний матеріал. 23

Завдання. 24

Лабораторна робота № 8. 25

Обробка даних типу запис.. 25

Теоретичний матеріал. 25

Завдання. 26

Лабораторна робота № 9. 27

Файлові типи даних.. 27

Теоретичний матеріал. 27

Завдання. 28

Лабораторна робота № 10. 30

Типизовані файли.. 30

Теоретичний матеріал. 30

Завдання. 31

Лабораторна робота № 11. 33

Організація підпрограм з використанням функцій.. 33

Теоретичний матеріал. 33

Завдання. 33

Лабораторна робота № 12. 34

Організація підпрограм з використанням процедур.. 34

Теоретичний матеріал. 34

Завдання. 36

Лабораторна робота № 13. 37

Модульна організація програм... 37

Теоретичний матеріал. 37

Завдання. 38

Лабораторна робота № 14. 40

Створення графічних зображень.. 40

Теоретичний матеріал. 40

Завдання. 42

Список літератури.. 43

Зміст.. 44

VII. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА КОМПЬЮТЕРА.

Как уже говорилось, для возможности представления, передачи и хранения любой информации, она должна быть закодирована. Другими словами, каждому элементу информации должен быть поставлен в соответствие некоторый сигнал или символ (который, по сути, также является сигналом), т.е. материальный носитель информации.

В настоящее время, информация в компьютерах в подавляющем большинстве случаев хранится, обрабатывается и пересылается в двоичной форме, т.е. в виде кодов двоичного алфавита, в котором имеется всего две буквы {0,1}. Практическому распространению двоичного алфавита в компьютерах и вообще в цифровой информационной технике послужили два обстоятельства.

1. Физические устройства всего с двумя устойчивыми состояниями реализуются технически наиболее просто и обладают наибольшей надежностью и помехоустойчивостью.

2. Двум состояниям такого устройства можно поставить в соответствие как основные категории формальной логики – «истинно» и «ложно», так и арифметические значения 0 и 1.

Пользуясь же категориями «истинно» и «ложно» можно строить логические заключения в соответствии с законами формальной логики, а, имея цифры 0 и 1, можно закодировать в двоичной системе счисления любые символы и числа, и осуществлять в этой системе счисления арифметические операции. Следовательно, используя для кодирования информации двоичный алфавит, можно практически реализовать простые и надежные цифровые устройства, позволяющие осуществлять логическую и арифметическую обработку информации любой сложности.

Как уже говорилось, материальный носитель информации называется сигналом. В настоящее время, в подавляющем большинстве случаев, в качестве сигналов в компьютерах используются уровни электрического потенциала. Как правило, символу «0» соответствует низкий уровень электрического потенциала, а символу «1» - высокий его уровень. Поэтому аппаратная часть компьютеров, как цифровых систем обработки информации, состоит из совокупности технических элементов, физически реализующих эти два состояния электрического потенциала. Техническая реализация этих элементов может быть выполнена в самом различном виде: электромеханическом (в виде электромагнитных реле), магнитном (в виде перемагничивающихся сердечников с прямоугольной петлей гистерезиса) или электронном. Самыми распространенными в настоящее время являются электронные элементы.

В основе любого современного цифрового автомата, в том числе и наиболее сложного, каковым является компьютер, как уже говорилось ранее, лежит небольшое количество типов элементарных схем, выполняющих элементарные логические функции: дизъюнкции, конъюнкции, инверсии и функции неравнозначности (исключенного «ИЛИ», или суммы по модулю 2). Техническими названиями физических элементов, реализующих эти элементарные функции, соответственно являются: дизъюнктор, конъюнктор, инвертор и полусумматор.

Эти простейшие логические элементы используются также и для формирования целого ряда быстродействующих запоминающих устройств компьютера.

Указанные элементарные логические элементы на функциональных схемах любых цифровых устройств изображаются в виде, показанном на рис. VII.1.

Рис.VII.1 Условные графические обозначения базовых логических

элементов.

Все основные цифровые узлы компьютеров собраны на базе этих элементарных схем. Эти основные цифровые узлы относятся к двум типам цифровых устройств: комбинационным и накапливающим. Комбинационными называются такие цифровые устройства, которые выдают выходные сигналы сразу же после подачи на его входы входных сигналов. (При этом не учитывается физическая задержка сигнала за счет конечности распространения электрического сигнала в реальных схемах). Функциональная связь между входными и выходными сигналами определяется только схемой данного комбинационного устройства. Таким образом, выходные сигналы в нем определяются только комбинацией входных сигналов. Поэтому этот способ обработки и называется комбинационным, а устройства, осуществляющие этот способ обработки, – комбинационными устройствами.

Если же устройство содержит элементы памяти, то выходной сигнал зависит не только от входных сигналов, но и от состояния запоминающих элементов в этот момент времени. Такой способ обработки информации называется накапливающим, а устройства, реализующие такой способ обработки, называют последовательностными устройствами, цифровыми автоматами или автоматами с памятью.

Компьютер – пример сложного цифрового автомата с памятью.

Рассмотрим принципы построения и условные графические обозначения основных функциональных цифровых узлов компьютеров.

Шифраторы.

Шифратором(Coder)– называется комбинационное устройство, формирующее на своем выходе двоичный код номера входа, на который подано активное воздействие (сигнал).

 

Активным сигналом называется сигнал, который приводит к некоторым заданным изменениям в выходном сигнале (или памяти устройства). Обычно реализуют, так называемые, приоритетные шифраторы, входам которых присваивают определенные приоритеты, и поэтому на приоритетные шифраторы можно подавать активные сигналы одновременно на несколько входов. В любом случае, на выходе приоритетного шифратора всегда появится код номера наиболее приоритетного входа из тех, на которых поданы активные сигналы.

Заметим, что шифраторы можно рассматривать как преобразователи унитарного кода числа в его двоичный код.

Условное графическое обозначение на функциональных схемах приоритетного шифратора, в общем случае, будет иметь вид, изображенный на рис.VII.2.

Рис.VII.2 Условное графическое обозначение приоритетного

шифратора.

Здесь: PRCD (Priority Coder) – приоритетный шифратор;

EI (Enable Input) – разрешение входа;

x_i – входные сигналы;

y_i – разряды выходного кода.

 

Приоритетные шифраторы используются, например, в АЦП параллельного преобразования для кодирования результатов, или в компьютерных системах для кодирования номера подключаемого регистра периферийного устройства.

 

Дешифраторы.

Дешифратором (Decoder) – называется комбинационное устройство, преобразующее двоичный входной код в активный (управляющий) сигнал на одном из его выходов, номер которого соответствует входному коду.

 

В общем случае, дешифратор, имеющий n-двоичных разрядов, имеет 2ⁿ выходов, так как n-разрядный двоичный код может принимать 2ⁿ различных значений и каждому из них должен соответствовать активный управляющий сигнал на своем выходе. Однако на практике часто используют дешифраторы с числом выходов меньшим, чем 2ⁿ, например, дешифраторы, преобразующие двоично-десятичные коды десятичных тетрад в сигналы управления цифровыми газоразрядными индикаторами. Эти дешифраторы имеют не 16, а 10 выходов.

Пример условного графического обозначения на функциональных схемах дешифратора с тремя входами приведен на рис.VII.3.

Рис.VII.3 Условное графическое обозначение дешифратора.

Здесь: DC (Decoder) – дешифратор;

x_i – разряды входного двоичного кода;

y_i – выходные управляющие сигналы.

EI (Enable Input) – разрешение входа;

 

В компьютерах дешифраторы широко используются, например, в блоках управления, в которых двоичный код операции микрокоманды преобразуется в управляющие сигналы.

 

Мультиплексоры.

Мультиплексором (Multiplexer) – называется устройство, предназначенное для управляемого переключения одного из N входных цифровых информационных каналов к одному выходному каналу.

 

Таким образом, мультиплексор является коммутатором цифровых каналов или просто цифровым коммутатором. Цифровые информационные каналы могут быть как одноразрядные (состоящие из одной линии), так и многоразрядные, состоящие из многих линий. Так, в вычислительной технике широко используются мультиплексоры, переключающие каналы полубайтовые (4-х разрядные), байтовые (8-ми разрядные), двухбайтовые (16-ти разрядные), и другой разрядности. Сам принцип управляемой передачи цифровой информации от нескольких источников в один канал называется мультиплексированием. Принцип мультиплексирования цифровой информации иллюстрирован на рис.VII.4.

Рис VII.4 Иллюстрация принципа мультиплексирования цифровой

информации

 

Здесь: A, B, C, D – источники цифровой информации;

MUX – условное обозначение мультиплексора на схемах.

 

На рисунке изображено два входа управляющих сигналов х0 и х1, на которые подаются двухразрядный двоичный код управления мультиплексором, позволяющий подключать к выходному каналу один из четырех источников цифровой информации, которая передается в виде последовательности четырехразрядных двоичных кодов.

Демультиплексоры.

Демультиплексором (Demultiplexer)– называется устройство, осуществляющее управляемое переключение входного цифрового канала к одному из N выходных каналов.

 

Демультиплексор, также как и мультиплексор, относится к устройствам коммутации каналов данных, но осуществляет обратную коммутацию цифровой информации. Сам принцип управляемой передачи цифровой информации от одного входного источника к одному из нескольких возможных приемников носит название демультиплексирования.

Принцип демультиплексирования иллюстрирован на рис.VII.5.

 

Рис.VII.5 Иллюстрация принципа демультиплексирования цифровой

информации.

 

Здесь: A, B, C, D – приемники цифровой информации.

DMX – условное обозначение демультиплексора на схемах.

На рисунке изображены два входа управления х0 и х1. Двухразрядный двоичный управляющий код, подаваемый на эти входы, позволяет переключать цифровую информацию с входного канала на один из четырех выходных каналов.

Мультиплексирование и демультиплексирование каналов очень широко используется в компьютерной технике, например, при совмещении использования каналов передачи и приема адресов и данных, при организации связи между запоминающей матрицей и системной шиной в современных модулях оперативной памяти, таких как DDR, DDR2, DDR3 и т.д., а также при создании многопроцессорных систем.

 

Сумматоры

Сумматором – называется устройство, осуществляющее арифметическое сложение двух двоичных чисел.

 

Сумматоры могут быть как комбинационные, так и накапливающие. В современных компьютерах реализуются только сумматоры комбинационного типа, поскольку их быстродействие значительно выше. Преимущество накапливающих сумматоров, заключающееся в простоте реализации и меньшем числе требующихся элементов, в настоящее время, в связи с резким увеличением степени интеграции микросхем, перестало быть актуальным. Сумматоры многоразрядных чисел строятся на основе одноразрядных двоичных сумматоров. Условное графическое обозначение одноразрядного сумматора приведено на рис. VII.6.

Рис.VII.6 Условное графическое обозначение на схемах одноразрядного

двоичного сумматора.

 

Здесь: SM – условное обозначение сумматора на схемах;

a, b – входы разрядов операндов;

cr (carry) – входной сигнал переноса;

s – выход результата суммирования значений соответствующих

разрядов чисел;

CR – выходной сигнал переноса.

 

Многоразрядные сумматоры строятся в виде последовательной совокупности одноразрядных сумматоров, и они составляют основу арифметико-логических устройств и, следовательно, компьютера в целом.

 

 

Триггеры.

Триггером – называется устройство с двумя устойчивыми состояниями, обладающее способностью переходить из одного состояния в другое, под воздействием входных сигналов, и выдавать выходной сигнал, однозначно определяющий его состояние.

 

Таким образом, триггер является простейшим запоминающим устройством – элементом памяти. Работа триггеров, как элементарных автоматов с памятью, определяются функцией переходов Q, которая определяет в какое состояние перейдет триггер при подаче на его вход (входы) сигналов активного воздействия. При этом выходной сигнал триггера будет однозначно определяться состоянием триггера.

Наиболее широко используются в цифровых устройствах, в том числе и в компьютерах, четыре типа триггеров.

1. Триггеры с одним информационным входом:

а) D – триггеры (Delay – задержка);

б) T – триггеры (Toggle – кувыркаться, опрокидываться).

2. Триггеры с двумя информационными входами:

а) RS – триггеры (Set –установка, Reset – возврат);

б) JK – триггеры.

У подавляющего большинства триггеров два выхода: прямой и инверсный, хотя вполне достаточно и одного. Два выхода делаются из чисто практических соображений удобства схемотехнического использования.

Рассмотрим кратко условные графические обозначения (УГО) указанных типов триггеров и их функции переходов.

 

Одновходовые триггеры.

а) D – триггер: б) T – триггер: .

Здесь: D – вход D-триггера;

T – вход T-триггера;

Q – прямой выход триггера;

- инверсный выход триггера;

C – синхровход для синхронных триггеров.

 

Двухвходовые триггеры

 

 

 

 

Аналитические выражения для функций переходов RS и JK – триггеров приводить не будем.

По способу приема и передачи информации триггеры, как и все цифровые устройства (в том числе и компьютер в целом) делятся на асинхронные и синхронные.

Асинхронные цифровые устройства переходят в новое состояние, и выдают соответствующие выходные сигналы, сразу же после появления активных сигналов на его входах.

Синхронные цифровые устройства переходят в новое состояние только в определенные моменты времени, задаваемые специальными синхросигналами, подаваемыми на его так называемые синхровходы – С. Отметим, что они ни в коей мере не влияют на саму функцию, как переходов, так и выходов, а определяют только моменты времени переходов.

Практически все современные компьютеры являются синхронными цифровыми устройствами.

 

Регистры

Регистромназывается упорядоченная совокупность триггеров, образующая запоминающее устройство на одно слово.

 

В настоящее время широко используются два типа регистров: запоминающиерегистрыи сдвигающиерегистры.

Запоминающиерегистры служатдля запоминания одного слова информации длиной, соответствующей разрядности данного регистра. Основными операциями, которые реализуются при использовании запоминающих регистров, являются:

- операция установки регистра в исходное состояние (сброс), при котором все триггеры регистра переводятся в исходное (большей частью нулевое) состояние;

- операция записи в регистр слова информации параллельным кодом (т.е. всеми разрядами одновременно) и дальнейшего его хранения в нем;

- операция считывания, хранящегося в регистре слова информации параллельным кодом (прямым или обратным).

Сдвигающимирегистрами называются регистры, в которых, помимо указанным выше операций, может осуществляться ещё и операция сдвига, занесенного в регистр слова. Сдвиг может осуществляться либо в сторону младших разрядов (регистры со сдвигом вправо), либо в сторону старших разрядов (регистры со сдвигом влево), либо со сдвигом как в ту, так и в другую сторону (регистры с двухсторонним сдвигом). В последнем случае такие регистры называются универсальнымирегистрами.

В компьютерах регистры составляют основу интерфейсных устройств между процессором и периферией, между процессором и памятью. Они лежат в основе аппаратной части самого процессора (входные и выходные регистры комбинационных узлов процессора, регистры общего назначения, индексные регистры, сегментные регистры, указатели стека, указатель команд, регистр флагов и др.).

Регистры, как и триггеры, изготавливаются широко и в автономном исполнении, в виде отдельных интегральных микросхем. На рис VII.7 приведено, например, условное графическое обозначение универсального четырехразрядного регистра, изготавливаемого в виде интегральной схемы К555 ИР11.

Данный универсальный регистр имеет четыре режима работы:

1. Режим хранения информации, при котором его входы не реагируют на входные сигналы (S0 = 0, S1 = 0).

2. Режим записи последовательных кодов, поступающих старшим разрядом вперед, он же режим сдвига кода, хранящегося в регистре, влево (вниз) (S0 = 0, S1 = 1).

3. Режим записи последовательных кодов, поступающих младшим разрядом вперед, он же режим сдвига кода, хранящегося в регистре, вправо (вверх) (S0 = 1, S1 = 0).

4. Режим записи параллельных кодов (S0 =1, S1 = 1).

Синхросигналом является передний (положительный) фронт синхроимпульса.

 

 

Рис. VII.7 Условное графическое обозначение регистра на схемах.

Здесь: RG – условное обозначение регистра на схемах;

DR – вход ввода последовательных кодов младшими разрядами

вперед;

DL – вход ввода последовательных кодов старшими разрядами

вперед;

SI, S0 – входы управления режимом работы регистра;

C – вход синхросигналов и сдвиговых импульсов;

R – вход сброса регистра в нулевое состояние;

DI – входы параллельной записи кодов;

DO – выходы параллельной выдачи кодов.

 

Сброс осуществляется низким уровнем напряжения, подаваемого на вход R.

 

Счетчики.

Счетчикомназывается устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поданных на его счетный вход, и запоминающего это число в той или иной системе счисления.

Поскольку число принятых импульсов счетчики должны хранить, то счетчики, так же как и регистры строятся на основе элементарных запоминающих элементов – триггеров.

По системе счисления, в которой производится подсчет и запоминается результат, счетчики, используемые в компьютерах, делятся на двоичныесчетчики и двоично-десятичныесчетчики. По характеру счета они делятся на суммирующие, вычитающие и реверсивные,которые могут, как суммировать, поступающие на его вход импульсы, так и вычитать их из числа импульсов, накопленных к тому времени в счетчике. И, наконец, по согласованности переключения, входящих в них триггеров – на асинхронные и синхронные счетчики.

В компьютерах счетчики используются во многих его блоках, например, в электронных часах, для подсчета переданных кодов при передаче массивов данных, для формирования адреса очередной исполняемой команды, для подсчета числа сдвигов при сдвиговых операциях, а также числа элементов в обрабатываемых цепочках, при подсчете числа циклов в циклических операциях и т.п.

Счетчики, как и регистры широко распространены и в виде отдельных интегральных схем. Пример условного графического обозначения на схемах такого типового двоичного реверсивного счетчика типа К555ИЕ7, приведен на рис. VII.8.

 

Рис.VII.8 Условное графическое обозначение на схемах универсального

двоичного реверсивного счетчика.

 

Здесь: СТ2 – условное обозначение двоичного счетчика на схемах;

+1 – суммирующий вход счетчика;

−1 – вычитающий вход счетчика;

С – сигнал разрешения записи параллельного кода по входам D_i;

R – вход сброса счетчика в исходное нулевое состояние;

D₀, D₁, D₂, D₃ – входы 4-х разрядного двоичного кода для

начальной установки содержимого счетчика;

Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ – выходы 4-х разрядного двоичного кода

содержимого счетчика;

>15 – выход переноса из старшего разряда счетчика;

< 0 - вход переноса из предыдущего счетчика.