Logické obvody (Hardvérová časť)

Logické obvody (Hardvérová časť)

Boolová Algebra

• Zahŕňa logické funkcie ,ktoré sa využívajú v informatike a elektrotechnike.
• Na základe týchto funkcií sa vytvárajú logické hradlá ,z ktorých sú zostavené tranzistory, integrované obvody a procesory.
• Boolová algebra využíva binárnu sústavu.
• Premenné v boolovej algebre teda môžu nadobúdať hodnoty 0 alebo 1.
• Vstupné hodnoty premenných a výslednú hodnotu funkcie zapisujeme do pravdivostnej tabuľky.
• Vstupné hodnoty označujeme ako nezávislé premenné, výstupnú hodnotu označujeme ako závislo-premennú.

Negácia

– Je najjednoduchšou boolovskou operáciou, pri negácií nadobúda premenná opačnú hodnotu.

– Pravdivostná tabuľka:

– Negácia sa označuje rovnou vodorovnou čiarou nad premennou.

Logický súčet

– Je operácia disjunkcie (zjednotenie).

– Býva tiež označovaná

– Schematicky ju môžeme znázorniť takto:

– Pre operáciu logického súčtu je charakteristická spojka alebo.

A OR B

A + B

A alebo B

A ∨ B

Logický súčet

– Je operácia konjunkcie alebo prieniku, označuje sa aj takýmto znakom ∧.

– Pre logický súčin sú typické spojky a, aj, i.

A ∧ B

A & B

A · B

A AND B

– Výsledná hodnota funkcie je jedna len vtedy, ak všetky nezávislé premenné majú hodnotu 1.

Ďalšie Boolovské funkcie

NAND (Negovaný súčin)

– Funkcia NAND má hodnotu 1, ak aspoň 1 nezávislá premenná má hodnotu 0.

NOR (Negovaný súčet)

– Funkcia NOR má hodnotu 1, ak všetky vstupy majú hodnotu 0.

XOR (Exkluzívny súčet)

– Funkcia XOR má hodnotu 1, ak vstupy majú rozdielne hodnoty.

Karnaughové mapy

• Slúži na zjednodušený zápis funkcie.
• Aby bola mapa karnaughovou mapou musí spĺňať tieto podmienky:

1. Karnaughová mapa má toľko políčok koľko má pravdivostná tabuľka riadkov (2ⁿ). ^{n=počet vstupov}
2. V Karnaughovej mape musí existovať 1 bunka, v ktorej majú všetky nezávislé vstupy hodnotu 0.
3. V Karnaughovej mape musí existovať 1 bunka, v ktorej majú všetky nezávislé vstupy hodnotu 1.
4. Pre každý nezávislý vstup musí platiť ,že pre polovicu buniek Karnaughovej mapy má vstup hodnotu 0 a pre polovicu buniek Karnaughovej mapy má vstup hodnotu 1.

2 spôsoby zápisu Karnaughovej mapy

• Do Karnaughovej mapy zapisujeme hodnotu funkcie, nie hodnotu vstupov.

Preklápacie obvody

• Je to obvod, ktorý sa dokáže dostať zo stavu 0 do stavu 1 a naopak.

1. Monostabilný

– Má stabilný iba jeden stav, ak mu dáme povel (impulz), preklopí sa do opačného stavu a po určitom čase sa vráti do svojho stabilného stavu.

– Napríklad: svetlá vchodoch bytovke sú v stabilnej 0, po stlačení vypínača sa dajú do stabilnej 1 a po určitom čase sa vrátia do stabilnej 0 (zhasnú) a infrasnímač.

1. Bistabilný

– Má stabilné oba stavy, ak je v nule a dostane povel, preklopí sa do jednotky a na ďalší povel sa preklopí do nuly.

– Napríklad: mikrospínač na televízory.

1. Astabilný

– Tento klopný obvod nemá stabilný ani jeden stav a preklápa sa z 0 do 1 alebo z 1 do 0.

– Napríklad: blikač na bicykli.

Hradlá

• Sú základnými stavebnými prvkami logických obvodov.
• Každé hradlo má vstupy a jeden výstup.
• Pokiaľ hradlo funguje správne, jeho výstupná hodnota je závislá iba na vstupoch a môžeme ju popísať ako jednu zo základných funkcií boolovej algebry.

B) Programovanie (Softvérová časť)

Programovanie

Programovacie jazyky

• Programovacie jazyky sú jazyky, ktoré slúžia k tvorbe počítačových programov.
• Možno ich rozdeliť z mnohých hľadísk.
• Najčastejšie sa však delia takto:

1. Programovacie jazyky nižšej úrovne

• Sú primitívne jazyky, ktorých príkazy sú zhodné s príkazmi procesora. To znamená, že procesor vykonáva presne tie inštrukcie, ktoré programátor napíše.
• Tieto jazyky sú závislé na svojom procesore a sú neprenositeľné na iný nepríbuzný procesor (napríklad: program z 386-tky na Pentiu pôjde, ale na Atari s procesorom Motorola už nie).
• V praxi to vyzerá tak, že programátor musí vypisovať každý detail a aj jednoduchý program má neúmerne zložitý zdrojový kód.
• Na druhej strane sa takto programátor dostane i k funkciám počítača ku ktorým sa pomocou vyššieho programovacieho jazyka nedostane.
• Patrí sem jazyk symbolických adries ASSEMBLER a strojový kód ( to je to čo vidíme, keď sa nám podarí natiahnuť obsah .exe súboru do textového editora).

1. Programovacie jazyky vyššej úrovne

• Problémovo orientované programovacie jazyky.
• Ich zdrojový kód je oveľa zrozumiteľnejší, jeho štruktúra je logická a nie sú závislé na type procesora, či strojových princípoch počítača.
• Patria sem všetky programovacie jazyky okrem ASSEMBLERA, napríklad: Pascal, Basic, Fortran, Prolog, Algol, Imagine, C++, C#, Java a iné.
• Často sa uvádza, že jazyk C je akýmsi prechodom medzi nižšími a vyššími programovacími jazykmi, ale bližšie má k vyšším.

• Podľa spôsobu prekladania programu delíme programovacie jazyky na:

1. Interpretované programovacie jazyky

• Sú programovacie jazyky, ktoré sa prekladajú do strojového kódu priebežne, po riadkoch, teda po jednotlivých príkazoch. Takto preložené príkazy sa hneď aj vykonávajú, preto je vykonávanie programov v interpretovaných programovacích jazykoch pomalšie.

1. Kompilované programovacie jazyky

• Tieto jazyky sú prekladané do strojového kódu pomocou kompilátora, ktorý neprekladá každý príkaz samostatne, ale preloží celý zdrojový kód naraz a vytvorí z neho spustiteľný exe súbor a až potom sa tento exe súbor spustí a my vidíme čo sme naprogramovali.

• Ďalej môžeme programovacie jazyky rozdeliť na:

1. Štruktúrované programovacie jazyky

• Využívajú programové štruktúry, ktoré sa dajú graficky znázorniť pomocou štrukturogramov. Tieto štruktúry vytvárajú nemennú kostru celého programu, tvoria telo hlavnej časti programu a aj telá vnorených podprogramov. U týchto programovacích jazykoch nie je možné vytvárať vlastné dátové štruktúry.

1. Objektovo orientované programovacie jazyky

• Pracujú s objektami, ktoré obsahujú premenné a s nimi súvisiace funkcie. Majú svoje vlastnosti alebo zdedené vlastnosti a komunikujú s ostatnými objektami.

Programovacie jazyky C

• Jazyk C je štruktúrovaný kompilovaný programovací jazyk.
• Programovací jazyk vyššej úrovne.
• Základná štruktúra programu DEV C++

Jazyk C

• Jazyk C je univerzálny štruktúrovaný programovací jazyk.
• Bol navrhnutý a implementovaný pod operačným systémom UNIX a takmer celý UNIX je aj v C-čku napísaný. Na UNIX sa ale nijako neviaže a neviaže sa ani na žiadne hardvérové alebo softvérové vybavenie počítača (hovoríme že je MULTIPLATFORMNÝ).
• Jazyk C je jazykom kompilovaným.
• Priebeh kompilácie súboru. Ako prebieha kompilácia, od zdrojového kódu napísaného v nejakom vhodnom editore (odporúčam DEV C++) až po spustiteľný EXE súbor, je znázornené na obrázku.
• Tento jazyk patrí k štruktúrovaným programovacím jazykom, čo znamená že využíva iba dané údajové štruktúry nie je možné v ňom vytvárať objekty z reálneho sveta.

Základné pojmy a zásady v jazyku C

• C-čko je case sensitive jazyk, z toho vyplýva že rozlišuje malé a veľké písmená. V praxi to znamená, že premenna, Premenna a PREMENNA sú tri rôzne identifikátory.
• Kľúčové slová jazyka C (napr. if, while, register….) MUSIA byť písané malými písmenami. Ak sú písané veľkými písmenami alebo kombináciou veľkých a malých písmen, neberú sa ako príkazy ale ako identifikátory.
• Zdrojový súbor .c ktorý je vytvorený v editore je nutné dopĺňať o hlavičkové a zdrojové súbory. Hlavičkové súbory sú súbory, ktoré obsahujú štandardné funkcie vstupu/výstupu, matematické funkcie, operácie na úpravu textových reťazcov a podobne. Tieto súbory .h používame najčastejšie. Vkladáme ich príkazom #include, napríklad #include<stdio.h>
• Biele znaky (white spaces) sú znaky, ktoré sú dôležité ale na obrazovke ich nevidíme. Sú to tzv. oddeľovacie znaky ako medzera, tabulátor, nový riadok, nová stránka, návrat na začiatok riadka a pod.
• Komentáre sú dôležitou súčasťnou zdrojového kódu, pretože sprehľadňujú program. Komentár slúži k tomu aby sa v našom zdrojovom kóde vyznal ktokoľvek cudzí alebo i my sami, keď sa k tomuto programu vrátime po nejako čase. Komentár môže byť jednoriadkový //toto je jednoriadkový komentár, alebo viac riadkový /* toto je viac riadkový komentár, ktorý môže byť ľubovoľne dlhý */.

Dátové typy

Premenná

• Premenná je miesto v pamäti, ktoré má svoje meno, adresu, dátový typ a hodnotu.
• Počas behu programu môže premenná nadobúdať rôzne hodnoty.
• Od dátového typu závisi aké veľké miesto v pamäti bude zaberať a aké hodnoty môžeme do nej vkladať.

Konštanta

• Konštanta je rovnako ako premenná miesto v pamäti, ktoré má svoje meno, adresu, dátový typ, ale na rozdiel od premennej nemôže počas behu programu meniť svoju hodnotu.
• Hodnotu konštantnej môžeme zmeniť pred spustením programu alebo po jeho ukončení.

Dátové typy v jazyku C

• Najbežnejší a najpoužívanejší dátový typ je celé číslo.

1. Int (integer)

• Celé číslo.
• Zaberá v pamäti 2B ( - 35 000 až 35 000 ).
• Tento integer môže byť short integer (short int) alebo long integer (long int).

1. Float

• Reálne číslo.
• Zaberá v pamäti 4B.

1. Double

• Dvojnásobok reálneho číslo.

1. Long double
2. Char

• Zaberá v pamäti 1B.
• Napríklad: „ A “, „ X “, „ & “, „ * “

Deklarácia a definícia premennej

Deklarácia premennej

• Oznamuje procesoru, že budeme používať danú premennú, aby sme na ňu vyhradili v pamäti miesto.

dátový typ názov premennej;

int vek; ← deklarácia

Definícia premennej

• Pri definovaní premennej priradzujeme k premennej hodnotu.
• Je možné urobiť súčasne deklaráciu a definíciu premennej súčasne.

int vek = 18; ← deklarácia s definíciou

Operátor

Matematické operácie

• Operátor sčítania +
• Operátor odčítania -
• Operátor násobenia *
• Operátor delenia /
• Operátor zvyšku po celočíselnom delení % (nazýva sa modulo)

Typy delenia:

int/int => int

celočíselné delenie

7 / 2 = 3 12 / 2 = 6

zvyšok => 7 % 2 = 1 12 % 2 = 0

float/float => float

7 / 2.0 = 3.5

float/int => float

7 / 2 = 3.5

rovná sa = =

Logické operátory

• Rovná sa = =
• Priradenie =
• Nerovná sa ! =
• Väčší >
• Menší <
• Väčší alebo rovný > =
• Menší alebo rovný < =
• And &&
• OR ||

Inkrementácia

• Zvyšovanie hodnoty premennej o jedna.
• a++ => postfixový zápis
• ++a => prefixový zápis

a = 6;

b = a;

b => 6

• Najprv sa vykoná priradenie a až potom inkrementácia.
• Najprv sa a inkrementuje a až následne priradí hodnotu premennej b.

Dekrementácia

• Znižovanie hodnoty premennej o jedna.
• a-- => postfixový zápis
• --a => prefixový zápis
• Strácame efektívnosť, pretože používame moc prostriedkov.
• Printf vypisuje na obrazovku.

Formáty načítavania a výpisu premenných

• Pred každým formátom sa udáva znak %.

%c => char => znak

%d => int => desiatková sústava

%x => int => šestnástková sústava, malé písmená

%X => int => šestnástková sústava, veľké písmená

%o => int => osmičková sústava

%s => reťazec => niekoľko znakov

%f => float => reálne čísla

Načítanie hodnoty premennej

• Hodnoty načítame do premennej z klávesnice príkazom scanf.

Syntax:

Vetvenie

• Vetvenie používame v programe vtedy, ak máme viacero možností akými môže program pokračovať ďalej.
• Vetvenie delíme na jednoduché a úplné.

Jednoduché vetvenie

• Používa sa vtedy, ak sa má vykonať nejaká činnosť, ak je podmienka splnená.
• Ak podmienka splnená nie je, program ďalej pokračuje vo vykonávaní príkazov.
• Príkazy za IF sa vykonajú iba vtedy, ak je podmienka splnená. Ak podmienka splnená nie je, príkazy ignorujú.

Syntax:

• Kľúčové slovo if.

if (podmienka)

{príkaz(y);}

Úplné vetvenie

• Úplné vetvenia sa používa vtedy, ak má program niečo vykonať, ak je podmienka splnená a ak má program niečo vykonať aj keď podmienka splnená nie je.
• Teda či podmienka splnená je alebo nie je, program vždy vykoná nejaké príkazy.

Zložené podmienky

• Sú podmienky, ktoré pozostávajú z dvoch a viacerých podmienok.
• Môžeme ich spojiť logickým operátorom AND alebo OR.
• Ak ich spojíme logickým operátorom AND, musia byť splnené všetky podmienky v zloženej podmienke, aby sa príkaz vykonal.
• Ak je spojená logickým operátorom OR, stačí keď bude splnená iba jedna podmienka.

Case switch

• V prípadoch, keď máme niekoľko možností, že premenná môže nadobúdať konkrétnu hodnotu, nie je výhodné používať príkaz if, ale príkaz switch case.
• Tento príkaz, sa ale nedá použiť, ak chceme premennej nadefinovať nejaký interval, dá sa použiť jedine vtedy, ak premennej definujeme nejakú hodnotu.

Názorný príklad na ukážku tejto funkcie:

switch-case

switch (premenná) {

case ’a‘: printf („Ahoj\n“); break;

case ’b‘: printf („Čaves\n“); break;

case ’c‘: printf („Sewa\n“); break;

default: printf („Nezadal si žiadnu z možností\n“);

}

Praktický príklad na ukážku tejto funkcie:

switch (typ) {

case ’k‘: if (váha<=20) {printf („Spaľovňa\n“);}

else {if (váha<=200) {printf („Lokálne smetisko\n“);}

else {printf („Centrálne smetisko\n“);}}

break;

case ’s‘: if (váha<=10) {printf („Recyklácia\n“);}

else {printf („Triedenie\n“);}

break;

default: printf („Nezadali ste korektné údaje.\n“);

}

Cykly

• Cyklus je opakovanie sa nejakého algoritmu (postupnosti príkazov).
• Rozlišujeme tri druhy cyklov:

1. Cyklus so známym počtom opakovaní (FOR)

• Používame ho vtedy, ak vopred vieme koľkokrát potrebujeme aký cyklus zbehol.

1. Cyklus s podmienkou na začiatku (WHILE)

• Cyklus sa vykoná iba vtedy, ak je podmienka splnená, to znamená, že sa nemusí vykonať ani raz.

1. Cyklus s podmienkou na konci (DO-WHILE)

• Cyklus sa vykonáva dovtedy, kým je podmienka platná.
• POZOR tento cyklus zbehne vždy aspoň raz.

Cyklus so známym počtom opakovaní (FOR)

• ZADANIE PRÍKLADU: Vytvorte program, ktorý načíta tri premenné a vypíše najväčšiu.

#include <stdio.h>

int main () {

int cislo; int max = - 30 000;

int i;

for (i=1; i<4; i++) {

scanf („%d“, &cislo);

if (cislo>max) {max=cislo;}

}

printf („Najväčšie číslo je %d\n“, max);

Syntax:

• Kľúčové slovo for.

Generovanie náhodného čísla

Cyklus s podmienkou na začiatku (WHILE)

Syntax:

• Kľúčové slovo while.

while (podmienka) {

telo cyklu (príkazy;)

}

while (a<10) {

b++;

a++;

}

Cyklus s podmienkou na konci (DO-WHILE)

Syntax:

do {

príkaz (y);

} while (podmienka);

do {

scanf („%d“, &x);

} while (x<10);

Polia

Praktický príklad na ukážku tejto funkcie:

#include <stdio.h>

//Vytvorte program ,ktorý vygeneruje 30 náhodných čísel do 100 a uloží ich do poľa. Ďalej program načíta 10 čísel od užívateľa a tiež ich vloží do ďalšieho poľa. Program zistí či sú čísla ,ktoré sú v jednom aj druhom poli vypíše ich.

int main () {

srand (time(NULL));

int i, j=0;

int nacitane [10];

int gener [30];

int cisla [40];

printf ("Zadaj 10 nahodnych cisel.\n");

for (i=0; i<10; i++) {

scanf ("%d", &nacitane[i]);

printf (" * %d * \n", nacitane [i]);

}

printf ("\nProgram vygeneruje 30 nahodnych cisel do 100.\n");

for (j=1; j<31; j++) {

gener [j] = rand () %100; +1;

printf ("Hodnota %d premennej gener je: * %d *\n", j, gener [j]);

}

for (j=0; j<30; j++) {

for (i=0; i<10; i++) {

if (nacitane [i]==gener [j]) {printf ("* %d * ", nacitane [i]);}

}}

system ("pause");

return 0;

}

Funkcie

• Funkcie sú vlastne podprogramy, ktoré nám uľahčujú prácu tým, že funkciu nedefinujeme iba raz, ale v tele programu ju môžeme zavolať (použiť) ľubovoľný počet krát.
• Tým prechádzame k tomu, aby sme v zdrojovom kóde opakovali, písali tie isté príkazy.
• Funkciu nikdy nedefinujeme v inej funkcii.

Názorný príklad na ukážku tejto funkcie:

Funkcie s parametrom

• Funkcia s parametrom narozdiel od funkcie bez parametra posiela funkcii vstupné hodnoty, ktoré je potrebné spracovať.

Praktický príklad na ukážku tejto funkcie:

//Vytvorte program ,ktorý vypočíta priemer z dvoch načítaných známok.

#include <stdio.h>

float priemer (float a, float b);

int main () {

float c1, c2;

float priemer1;

scanf ("%f", &c1);

scanf ("%f", &c2);

priemer1 = priemer (c1, c2);

printf ("Priemer známok je %0.02f.\n", priemer1);

system ("pause");

return 0;

}

float priemer (float a, float b) {

return ((a+b)/2);

}