Разработка по теме "Логические элементы"

Урок информатики в 8 классе по теме: «Логические элементы»

Тип урока: изучение нового материала.

Цель: познакомить с основными базовыми логическими элементами и основными логическими устройствами компьютера.

Задачи урока:

Образовательные:

• сформировать у учащихся представление об устройствах элементной базы компьютера;

• показать схемы основных логических операций;

• сформировать навыки построения логических схем по данному логическому выражению, и наоборот, по данной логической схеме определять логическое выражение.

Развивающие:

• формировать развитие алгоритмического мышления;

• развивать мировоззрение (т.е. способствовать формированию взглядов на окружающий мир);

• продолжать способствовать развитию ИКТ - компетентности:

  • уметь получать и обрабатывать информацию,

  • уметь использовать информационные технологии.

Воспитательные:

• продолжить формирование познавательного интереса к предмету информатика;

• воспитывать личностные качества:

  • активность,

  • самостоятельность,

  • аккуратность в работе.

Требования к знаниям и умениям:

Учащиеся должны знать:

• основные логические функции (конъюнкция, дизъюнкция, инверсия), таблицы истинности;

• основные базовые элементы логических схем;

• правила составления логических схем.

Учащиеся должны уметь:

• строить таблицы истинности логических функций, которые состоят из основных логических функций;

• строить логические схемы по данному логическому выражению;

• по данной логической схеме определять логическое выражение.

Методы организации учебной деятельности: фронтальная; индивидуальная; групповая.

Основные понятия, изучаемые на уроке: логический элемент; конъюнктор; дизъюнктор; инвертор; электронная схема.

Ход урока

1. Организационный момент (1 мин.).

2. Постановка цели и формулировка задач урока (2 мин.).

Тема нашего урока «Логические элементы и основные логические устройства компьютера. Сегодня на уроке мы с вами повторим основные понятия формальной логики, вспомним все изученные на прошлых двух уроках логические выражения и логические операции, порядок выполнения логических операций в сложном логическом выражении, а так же закрепим построение таблиц истинности для сложных логических выражений, а так же мы познакомимся с логическими элементами и основными логическими устройствами компьютера.

1. Проверка домашнего задания (10 мин.).

Логическая задача «Прогноз»

Фронтальный опрос

1. Кто основоположник алгебры логики?

2. Перечислите все логические операции, которые вы знаете?

3. Дайте определение конъюнкции и постройте таблицу истинности.

4. Дайте определение дизъюнкции и постройте таблицу истинности.

5. Дайте определение инверсии и постройте таблицу истинности.

6. Дайте определение импликации и постройте таблицу истинности.

7. Дайте определение эквивалентности и постройте таблицу истинности.

8. Расскажите порядок логических операций в сложном логическом выражении.

2)Закрепление материала по теме «Построение таблиц истинности для сложных логических выражений»

Задача. Постройте таблицы истинности для следующих логических выражений.

1. 

   А	В	С
   0	0	0	1	0	0
   0	0	1	1	1	1
   0	1	0	1	1	1
   0	1	1	1	1	1
   1	0	0	0	0	0
   1	0	1	0	1	0
   1	1	0	0	1	0
   1	1	1	0	1	0

2. 

А	В	С
0	0	0	1	1	1
0	0	1	0	0	1
0	1	0	1	1	1
0	1	1	0	1	1
1	0	0	1	1	1
1	0	1	0	0	0
1	1	0	1	1	1
1	1	1	0	1	1

1. 

А	В	С
0	0	0	1	1	1	0	0	1
0	0	1	1	0	0	1	1	0
0	1	0	1	1	1	0	0	0
0	1	1	1	0	1	0	0	0
1	0	0	0	1	1	0	0	1
1	0	1	0	0	0	1	0	1
1	1	0	0	1	1	0	0	0
1	1	1	0	0	1	0	0	0

3)Учащимся предлагается заполнить части кластера по теме «Логические функции. Таблицы истинности логических функций».

(Приложение 1)

Учитель актуализирует ранее полученные знания, которые помогут более эффективному усвоению материала посредством вопросов:

• Какое ключевое слово нашей темы?

• По какому принципу идут уровни кластера?

• Что находится на первом, втором, третьем уровне?

• С каким уровнем возникли проблемы?

Таким образом, мы повторили материал, а теперь преступим к изучению новой темы.

Как известно, любая информация при обработке на компьютере представляется в двоичной форме, то есть кодируется некоторой последовательностью 0 и 1. Поэтому упрощенно можно представить работу компьютера как некоторого устройства, производящего обработку двоичных сигналов, соответствующих 0 и 1. Такую обработку в любом компьютере выполняют так называемые логические элементы, из которых составляются логические схемы, выполняющие различные логические операции. Реализация любых логических операций над двоичными сигналами основана на использовании логических элементов трех типов: И, ИЛИ, НЕ.

Логический элемент – это электронное устройство, реализующее одну из логических функций. Рассмотрим указанные три простейших элемента. В зависимости от типа элемента на его вход подается один или несколько входных сигналов, а на выходе – снимается один выходной сигнал. Названия и условные обозначения этих логических элементов являются стандартными и используются при составлении и описании логических схем компьютеров.

Логический элемент И (конъюнктор) выполняет логическое умножение. Сигнал на выходе этого логического элемента будет только в том случае, если есть сигнал на всех входах.

        

1 схема

1. Оба контакта в положении "выключено". Тока нет. Лампочка не горит..

2. Первый контакт в положении "включено", второй – в положении "выключено". Ток не идёт, лампочка не горит.

3. Оба контакта в положении "включено". Тогда ток через лампочку идёт и она горит.

Учащиеся делают вывод

Логический элемент ИЛИ (дизъюнктор) выполняет логическое сложение. Он имеет несколько входов и один выход. Сигнал на выходе будет, если есть сигнал хотя бы на одном входе.

             

2 схема

1. Оба контакта в положении "выключено". Тока нет. Лампочка не 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 "включено". Ток через лампочку идёт и она горит.

Учащиеся делают вывод

Логический элемент НЕ (инвертор) выполняет логическое отрицание. Он имеет один вход и один выход. Отсутствие сигнала (напряжения) обозначим через «0», а наличие сигнала через «1». Сигнал на выходе всегда противоположен входному сигналу. Это видно из таблицы истинности, которая показывает зависимость выходного сигнала от входного.

                                     

3 схема

1. В этом устройстве в качестве переключателя используется автоматический ключ. Когда тока в нём нет, пластинка замыкает контакты и лампочка горит.

2. Если на ключ подать напряжение, то вследствие явления электромагнитной индукции пластинка прижимается и цепь размыкается. Лампочка не горит.

Учащиеся делают вывод

Обработка любой информации на компьютере сводится к выполнению процессором различных арифметических и логических операций. Для этого в состав процессора входит так называемое арифметико-логическое устройство. Оно состоит из ряда устройств, построенных на рассмотренных выше логических элементах. Важнейшими из этих устройств являются регистры и сумматор.

Регистр представляет собой электронный узел, предназначенный для хранения многоразрядного двоичного числового кода. Такой код может быть числовым кодом команды, выполняемой процессором, либо кодом некоторого числа, которое используется при выполнении данной команды. Упрощенно можно представить регистр как совокупность ячеек, в каждой из которых может быть записано одно из двух значений: 0 или 1, то есть один разряд двоичного числа. Такая ячейка называется триггером, представляет собой некоторую логическую схему, составленную из рассмотренных выше логических элементов. Под воздействием сигналов, поступающих на вход триггера, он переходит в одно из двух возможных устойчивых состояний, при которых на выходе будет выдаваться сигнал, кодирующий значение 0 или 1. Для хранения в регистре одного байта информации необходимо 8 триггеров.

Сумматор – это электронная схема, предназначенная для выполнения операции суммирования двоичных числовых кодов. При суммировании по правилам двоичной арифметики двух единиц результат равен 10 и происходит перенос 1 в старший двоичный разряд. Для реализации простейшей операции суммирования одноразрядных двоичных чисел используется логическая схема (одноразрядный сумматор), составленная из следующих логических элементов: двух элементов И, одного элемента ИЛИ и одного элемента НЕ. Эта схема имеет три входа (два слагаемых и возможный перенос из предыдущего разряда) и два выхода (сумма и возможный перенос в следующий разряд). Многоразрядный сумматор строится как логическая схема на основе одноразрядных двоичных сумматоров.

Таким образом, можно сделать вывод, что логические элементы являются теми строительными «кирпичиками», из которых путем конструирования логических схем строится «здание» любого современного компьютера.

Учитель объясняет алгоритм построения логических схем:

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.

Элементы, реализующие базовые логические операции, назвали базовыми логическими элементами или вентилями.

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.

Алгоритм построение логических схем.

• 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.

(Можно посмотреть фильм, в котором будет рассказано о логических элементах и основных логических устройствах компьютера. Фильм рассчитан на 10 минут).

Решение задач у доски.

Пример 1.

Составить логическую схему для логического выражения:

F=A B &A

1. Две переменные – А и В.

2. Две логические операции: 1-&, 2-.

3. Строим схему:

Пример 2.

Постройте логическую схему, соответствующую логическому выражению:

.

1. Вычислить значения выражения для А=1,В=0

2. Переменных две: А и В

3. Логических операций три:  и две ; АВ().

4. Схему строим слева направо в соответствии с порядком логических операций:

1. Вычислим значение выражения: F=10()=0

Работа по вариантам

Задание 1.

Постройте логические схемы, соответствующие логическим выражениям и найдите значения логических выражений:

Вариант 1: F = A˅B& C, если А=1, В=1, С=1.

Вариант 2: F = ¬(AB&C), если А=0, В=1, С=1.

Ответ:

Задание 2.

Составить логические выражения по логическим схемам:

Вариант1

Вариант 2

После выполнения работы, задания разбираются на доске

1. Рефлексия (2 мин.)

2. Домашнее задание (2 мин.)

1.Построить логические схемы по формулам:

• F= A∨B∧C, если А=1, В=0, С=1;

• F= (A∨B)∧(C∨B), если А=0, В=1, С=0;

• F= (A∧B∧C), если А=0, В=0, С=1.

2.Составить логические выражения по схемам:

Итоги урока, выставление оценок.

- Вам было легко или были трудности?

- Что у вас получилось лучше всего и без ошибок?

- Какое задание было самым интересным и почему?