Цели урока:
Образовательные:
- сформировать у учащихся представление об устройствах элементной базы компьютера;
- сформировать навыки построения логических схем.
Развивающие:
- формировать развитие алгоритмического мышления;
- развивать мировоззрение (т.е. способствовать формированию взглядов на окружающий мир);
- продолжать способствовать развитию ИКТ - компетентности:
- уметь извлекать пользу из образовательного опыта,
- уметь получать и обрабатывать информацию,
- уметь сотрудничать и работать в группе,
- уметь использовать информационные технологии.
Воспитательные:
- продолжить формирование познавательного интереса к предмету информатика;
- воспитывать личностные качества:
- активность,
- самостоятельность,
- аккуратность в работе;
- продолжить воспитание молодых граждан к жизни в быстро изменяющемся информационном мире.
Требования к знаниям и умениям:
Учащиеся должны знать:
- основные базовые элементы логических схем;
- правила составления логических схем.
Учащиеся должны уметь:
- составлять логические схемы.
Тип урока: урок изучения нового материала
Вид урока: комбинированный
Методы организации учебной деятельности:
- фронтальная;
- индивидуальная;
- групповая.
Программно-дидактическое обеспечение:
ПК, тесты с заданиями, презентация по теоретическому материалу.
Ход урока
I. Постановка целей урока.
Вступительное слово учителя.
Сегодня мы продолжаем с вами продолжаем изучение главы “Основы логики и логические основы компьютера”. Тема урока “Базовые логические элементы”. Мы узнаем:
1.Каким образом алгебра логики связана с компьютером?
2.Почему компьютер не был изобретён раньше?
II. Проверка домашнего задания
Дома вам необходимо было повторить основные понятия логики, определения, законы.
(Выполнение теста по теме “Основы логики”, созданный в приложении электронные таблицы).
Тест
Вариант 1. Приложение 1
Вариант 2. Приложение 2
III. Изложение нового материала. Приложение 3
Над применением логики в технике учёные и инженеры задумывались уже давно. Ещё в 1910 году, голландский физик Пауль Эренфест (1880-1933) писал:
“ … Пусть имеется проект схемы проводов автоматической телефонной станции. Надо определить:
- будет ли она правильно функционировать при любой комбинации, могущей встретиться в ходе работы станции;
- не содержит ли она излишних осложнений. Каждая такая комбинация является посылкой, каждый маленький коммутатор есть логическое “или-или”, воплощённое в эбоните и латуни; всё вместе система чисто качественных … “посылок”, ничего не оставляющая желать в отношении сложности и запутанности… правда ли, что, не смотря на существование алгебры логики, своего рода “алгебра распределительных схем” должна считаться утопией?” Созданная позднее Михаилом Александровичем Гавриловым (1903-1079) (в 1925 г. Закончил МВТУ им.Н.Э.Баумана в звании инженера – электрика) теория релейно-контактных схем показала, что это вовсе не утопия. (Эта работа была опубликована АН в 1950 году.)
Посмотрим на микросхему. (Годом рождения полупроводниковой микросхемы, принято считать, 1959 год. Авторами изобретения, радикально изменившего образ жизни человечества, стали американские инженеры Джек Килби (Jack Kilby), работавший в то время в компании Texas Instruments, и будущий основатель корпорации Intel Роберт Нойс (Robert Noyce). Дорогу к созданию микросхемы проложило изобретение полупроводникового транзистора в 1947 году работавшими в Bell Laboratories американскими учеными Джоном Бардином, Уильямом Шокли и Уолтером Браттейном. До этого большинство электронных устройств строилось на базе громоздких электронных ламп, потреблявших огромное количество электроэнергии. Транзистор позволял усиливать электрические сигналы и стал удобной, дешевой и эффективной заменой вакуумным приборам.
На первый взгляд ничего того, что нас удивило
бы, мы не видим. Но если рассматривать её при
сильном увеличении она поразит нас своей
стройной архитектурой. Хотя компьютерные
микросхемы выглядят абсолютно плоскими
керамическими пластинками, (кремний является
самым распространенным на земле элементом после
кислорода и используется в производстве
микросхем, поскольку он является естественным
полупроводником.) на них может находиться более 20
уровней сложных электрических цепей и
транзисторов.
Что бы понять, как она работает, вспомним, что
компьютер работает на электричестве, т.е. любая
информация представлена в виде электрических
импульсов. Поговорим о них. С точки зрения логики
электрический ток либо течёт, либо не течёт;
электрический импульс есть или его нет;
электрическое напряжение есть или его нет. В
связи с этим поговорим о различных вариантах
управления включением и выключением
обыкновенной лампочки. Для этого рассмотрим
электрические контактные схемы, реализующие
логические операции.
В рабочих тетрадях учащиеся чертят таблицу и по ходу объяснения заполняют её.
1 схема (составляем в основной таблице таблицу истинности).
1) Оба контакта в положении “включено”. Тогда ток через лампочку идёт и она горит.
2) Первый контакт в положении “включено”, второй – в положении “выключено”. Ток не идёт, лампочка не горит.
3) Оба контакта в положении “выключено”. Тока нет. Лампочка не горит.
Вывод: первая схема реализует логическую операцию “И”.
2 схема (составляем в основной таблице таблицу истинности).
1) Оба контакта в положении “включено”. Ток через лампочку идёт и она горит.
2) Первый контакт в положении “включено”, второй – а положении “выключено”. Ток идёт, лампочка горит.
3) Обратная ситуация. Первый контакт в положении “выключено”, второй – в положении “включено”. Ток идёт, лампочка горит.
4) Оба контакта в положении “выключено”. Тока нет. Лампочка не горит.
Вывод: вторая схема реализует логическую операцию “ИЛИ”.
3 схема (составляем в основной таблице таблицу истинности).
В этом устройстве в качестве переключателя используется автоматический ключ. Когда тока в нём нет, пластинка замыкает контакты и лампочка горит. Если на ключ подать напряжение, то вследствие явления электромагнитной индукции пластинка прижимается и цепь размыкается. Лампочка не горит.
Вывод: третья схема реализует логическую операцию “НЕ”.
Недостатками контактных схем являлись их низкая надёжность и быстродействие, большие размеры и потребление энергии. Поэтому попытка использовать такие схемы в ЭВМ не оправдала себя. Появление вакуумных и полупроводниковых приборов позволило создавать логические элементы с быстродействием от 1 миллиона переключений в секунду. Именно такие электронные схемы нашли своё применение в качестве элементной базы ЭВМ. Вся теория, изложенная для контактных схем, была перенесена на электронные схемы. Элементы, реализующие базовые логические операции, назвали базовыми логическими элементами или вентилями и характеризуются они не состоянием контактов, а наличием сигналов на входе и выходе элемента. Их названия и условные обозначения являются стандартными и используются при составлении и описании логических схем компьютера.
Почему необходимо уметь строить логические схемы?
Дело в том, что из вентилей составляют более сложные схемы, которые позволяют выполнять арифметические операции и хранить информацию. Причем схему, выполняющую определенные функции, можно построить из различных по сочетанию и количеству вентилей. Поэтому значение формального представления логической схемы чрезвычайно велико. Оно необходимо для того, чтобы разработчик имел возможность выбрать наиболее подходящий ему вариант построения схемы из вентилей. Процесс разработки общей логической схемы устройства (в том числе и компьютера в целом), становится иерархическим, причем на каждом следующем уровне в качестве "кирпичиков" используются логические схемы, созданные на предыдущем этапе.
Алгоритм построение логических схем. Приложение 3
- Определить число логических переменных.
- Определить количество базовых логических операций и их порядок.
- Изобразить для каждой логической операции соответствующий ей вентиль.
- Соединить вентили в порядке выполнения логических операций.
Пример 1.
Составить логическую схему для логического выражения: F=A v B & A.
- Две переменные – А и В.
- Две логические операции: 1-&, 2-v.
- Строим схему:
Пример 2.
Постройте логическую схему, соответствующую
логическому выражению F=А&Вv 
(ВvА). Вычислить значения выражения для
А=1,В=0.
- Переменных две: А и В;
- Логических операций три: & и две v; А&Вv (Вv А).
- Схему строим слева направо в соответствии с порядком логических операций:
- Вычислим значение выражения: F=1&0v
(0v1)=0
Закрепление изученного материала
Задание 1.
Постройте логические схемы, соответствующие логическим выражениям и найдите значения логических выражений:
- F=AvB& C, если А=1, В=1, С=1. (1)
- F= ¬(AvB&C),если А=0, В=1, С=1. (1)
Задание 2.
Составить логические выражения по логическим схемам:
F= (A & B v B&)
Данное логическое выражение можно упростить, применяя закон дистрибутивности:
F= (B&(A v C) и тогда
логическая схема примет вид:
Вывод: Логические схемы, содержащие минимальное количество элементов, обеспечивают большую скорость работы и увеличивают надёжность устройства.
Алгебра логики дала конструкторам мощное средство разработки, анализа и совершенствования логических схем. Проще, и быстрее изучать свойства и доказывать правильность работы схемы с помощью выражающей её формулы, чем создавать реальное техническое устройство.
Проверка усвоения изученного материала:
(Выполнение теста по теме “Базовые логические элементы и схемы” созданный в приложении электронные таблицы).
Вариант 1. Приложение 4
Вариант 2. Приложение 5
Итоги урока
Ответим на поставленный в начале урока вопрос:
1.Каким образом алгебра логики связана с компьютером?
2.Почему компьютер не был изобретён раньше?
Оценка работы класса.
Домашнее задание:
§ 3.7.1
1.Построить логические схемы по формулам:
- F= AvB&C, если А=1, В=0, С=1;
- F= (AvB)&(CvB), если А=0, В=1, С=0;
- F= (A&B&C), если А=0, В=0, С=1.
2.Составить логические выражения по схемам:
Список литературы
- Н.Угринович “Информатика и информационные технологии” 10-11 класс. Издательство Москва Бином. Лаборатория знаний. 2002 г.
- Н.Угринович, Л.Босова, Н.Михайлова “Практикум по информатике и информационным технологиям” Издательство Москва Бином. Лаборатория знаний. 2002 г.
- О.Л.Соколова “Поурочные разработки по информатике” Москва “ВАКО” 2006 г.