Закон непротиворечия утверждает: "Два противоположных суждения не могут быть истинными в одно и то же время и в одном и том же отношении". Например, суждения "Петя Иванов учится в нашем классе" и "Петя Иванов не учится в нашем классе" являются противоречивыми, и истинным может быть лишь одно из них. Суждения "Петя Иванов учится в нашем классе" и "Петя Иванов не учился в нашем классе" могут быть непротиворечивыми, а значит, могут быть истинными или ложными одновременно.
Закон исключенного третьего формулируется следующим образом: "Из двух противоречащих друг другу срк-дений одно истинно, другое ложно, а третьего не дано". Действие этого закона оказывается неограниченным лишь в "жестких" предсказуемых ситуациях. Например, суждения "Завтра в 15 часов будет солнечное затмение" и "Завтра в 15 часов не будет солнечного затмения" подчиняются этому закону, поскольку день и час очередного
БИЛЕТ № 10
Представление целых и вещественных чисел
I в памяти персонального компьютера.
| 2. Логическая схема триггера. Использование
I триггеров в оперативной памяти.
г 3. Задача. Разработка алгоритма (программы),
.содержащего команду (оператор) ветвления.
1. Представление целых и вещественных чисел в памяти персонального компьютера
Базовые понятия
Целые и вещественные числа.
Знаковый разряд. Дополнительный код.
Переполнение — получение результата, для сохранения которого в машине недостаточно двоичных разрядов.
Представление с плавающей запятой; мантисса и порядок. Нормализованные числа.
Обязательно изложить
Числовая информация была первым видом информации, который начали обрабатывать ЭВМ, и долгое время она оставалась единственным видом. Поэтому неудивительно, что в современном компьютере существует большое разнообразие типов чисел.
Целые числа. Для того чтобы различать положительные и отрицательные числа, в их двоичном представлении выделяется знаковый разряд. По традиции используется самый старший бит, причем нулевое значение в нем соответствует знаку плюс, а единичное — минусу.
Из сказанного следует, что положительные числа представляют собой обычное двоичное изображение числа (с нулем в знаковом бите). А вот для записи отрицательных чисел используется специальный код, называемый в, литературе дополнительным. Для практического получения кода отрицательных чисел используется Следующий алгоритм:
• модуль числа перевести в двоичную форму;
• проинвертировать каждый разряд получившегося кода, т.е. заменить единицы нулями, а нули — единицами;
• к полученному результату обычным образом прибавит единицу.
Вещественные числа. Для хранения этого типа данных в памяти современных ЭВМ обычно используется представление чисел с плавающей запятой. Оно фактически взято из математики, где любое число А в
системе счисления с основанием О предлагается записывать в виде
А = (±М) • Q±f,
где М называют мантиссой, а показатель степени Р — порядком числа. Для десятичной системы это выглядит очень привычно, например: заряд электрона равен — 1,6 • 1СГ'19 Кл, а скорость света в вакууме составляет 3 • 108 м/с.
Арифметика чисел с плавающей запятой оказывается заметно сложнее, чем для целых. Тем не менее вычислительные машины со всем этим великолепно умеют автоматически справляться. Заметим, что для процессоров Intel все операции над вещественными числами вынесены в отдельный функциональный узел, который принято называть математическим сопроцессором; до 486-й модели он представлял собой отдельную микросхему.
Таким образом, при использовании метода представления вещественных чисел с плавающей запятой в памяти фактически хранятся два числа: мантисса и порядок. Разрядность первой части определяет точность вычислений, а второй — диапазон представления чисел.
К описанным выше общим принципам представления вещественных чисел необходимо добавить правила кодирования мантиссы и порядка. Эти правила могут отличаться для различных машин, и мы не будем их здесь рассматривать.
Таким образом, если сравнить между собой представление целых и вещественных чисел, то станет отчетливо видно, как сильно различаются числа, скажем, 3 и 3.0.
Желательно изложить
Беззнаковые целые числа. Хотя в математических задачах не так часто встречаются величины, принципиально не имеющие отрицательных значений, беззнаковые типы данных получили в ЭВМ большое распространение. Причина состоит в том, что в самой машине и программах для нее имеется много такого рода объектов: прежде всего адреса ячеек, а также всевозможные счетчики (количество повторений циклов, число параметров в списке или символов в тексте) . К этому списку добавим наборы чисел, обозначающие дату и время, размеры графических изображений в пикселях. Все перечисленное выше принимает только целые и неотрицательные значения.
Минимальное значение для данного числового типа по определению равно 0, а максимальное состоит из единиц во всех двоичных разрядах, а потому зависит от их количества:
max- 2N- I, — где N — разрядность чисел.
Результат вычислений, например после умножения, при определенных условиях может потребовать для своего размещения большего количества разрядов, чем имеется на практике. Проблема выхода за отведенную разрядную сетку машины называется переполнением. Факт переполнения всегда фиксируется путем установки в единицу специального управляющего бита, который последующая программа имеет возможность проанализировать. Образно говоря, процессор заметит переполнение, но предоставляет программному обеспечению право принять решение реагировать на него или проигнорировать.
При сохранении вещественного числа некоторое неудобство вносит тот факт, что представление числа в плавающей форме не является единственным:
3 • 108= 30 • 107 = 0,3 • 109 = 0,03 • 1010 = ...
Поэтому договорились для выделения единственного варианта записи числа считать, что мантисса всегда меньше единицы (т.е. целая часть отсутствует), а первый разряд содержит отличную от нуля цифру — в нашем примере обоим требованиям удовлетворит только число 0,3 • 109. Описанное представление чисел называется нормализованным и является единственным. Любое число легко нормализуется с помощью формального алгоритма.
Все сказанное о нормализации можно применять и к двоичной системе:
А = (±Л4) • 2±р, причем 1/2 < М < 1.
Существенно, что двоичная мантисса всегда начинается с единицы (М > 1/2). Поэтому во многих ЭВМ эта единица даже не записывается в ОЗУ, что позволяет сохранить вместо нее еще один дополнительный разряд мантиссы (так называемая "скрытая единица").
Примечание для учителей
Изложение, приведенное ранее в полных материалах билета (см. ссылку после вопроса), гораздо подробнее, чем это необходимо для ответа на экзамене, зато представляет собой достаточно полное систематическое описание вопроса. Автор надеется, что знание деталей будет полезно учителю при подготовке рассказа на уроке. В данной публикации сделана попытка выделить тот самый минимум, который ученику необходимо включить в свой ответ на экзамене.
Примечания для учеников
При ответе надо быть готовым к дополнительным вопросам об обосновании тех или иных утверждений. Например, каковы максимальное и минимальное значения 8-битного целого числа со знаком и почему их модули не равны.
Как обычно, при подготовке вопроса необходимо продумать и подобрать примеры к своему рассказу.
Ссылка на материалы по вопросу
Полный текст материалов вопроса опубликован в "Информатике" № 11, 2003, с. 9 — 13.
2. Логическая схема триггера. Использование триггеров в оперативной памяти
Базовые понятия
Триггер.
Входы для сброса и установки триггера, прямой и инверсный выходы.
Статическое (на триггерах) и динамическое (на базе конденсаторов) ОЗУ.
Обязательно изложить
Триггер — это электронная схема, которая может находиться в одном из двух устойчивых состояний; последним условно приписывают значения 0 и 1. При отсутствии входных сигналов триггер способен сохранять свое состояние сколь угодно долго. Таким образом, из определения следует, что триггер способен хранить ровно 1 бит информации.
Можно без преувеличения сказать, что триггер является одним из существенных узлов ЭВМ. Как правило, некоторое количество триггеров объединяют вместе, при этом полученное устройство называется регистром.
Рассмотрим логическое устройство триггера. На рисунке а приведена простейшая схема триггера, а на рисунке б показано его обозначение на схемах как единого функционального узла.
Q
Начнем с расшифровки обозначений входов и выходов. Триггер имеет два входа — S (от англ. Set — установка) и R (Reset — сброс), которые используются соответственно для установки триггера в единичное и сброса в нулевое состояния. Вследствие таких обозначений рассматриваемую схему назвали RS-триггером. Один из выходов, обозначенный на схеме Q, называется прямым, а противоположный выход — инверсным (это показывает черта над Q, которая в математической логике обозначает отрицание). За единичное состояние триггера договорились принимать такое, при котором
Q=i-
Обратимся теперь к рисунку а. Видно, что триггер состоит из двух одинаковых двухвходовых логических элементов ИЛИ-НЕ (ИЛИ обозначается символом 1 внутри элемента, а отрицание НЕ — небольшим кружочком на его выходе), соединенных определенным
2004 № 16 ИНФОРМАТИКА
Готовимся к экзамену по информатике
Е.А. Еремин, В.И. Чернатынский, А.П. Шестаков,
Продолжение. См. № Л 0-15/2004
БИЛЕТ № 13