Управление и кибернетика

МКОУ СОШ № 1 Курского муниципального района Ставропольского края

Учитель информатики : Перверзева Елена Геннадьевна

Урок №1.

Управление и кибернетика.

Цель: ученик знает об управлении и кибернетике, программе и алгоритме, языках программирования.

Образовательная задача: анализирует эффективность управления (обратная связь), понимает связь программы и алгоритма, знает свойства алгоритма, различия между языками программирования.

Воспитательная задача: осмысливает значение управления в живой и неживой природе.

Развивающая задача: анализирует развитие программирования и компьютерной техники.

План.

1. Организация урока.

2. Мониторинг.

3. Работа над изучаемым материалом:

• управление;

• алгоритм;

• языки программирования.

4. Практическая работа с компьютером.

5. Итог урока.

6. Д/З.

Компьютер-исполнитель работает с определённой системой команд, записанной на понятном ему языке.

1948 год - Норберт Винер написал книгу: «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине».

Управление - целенаправленное взаимодействие объектов.

Схема управления:

управляющее

воздействие

Схема управления с обратной связью:

управляющее

в

оздействие

обратная связь

Обратная связь - процесс передачи информации от управляющего к управляемому.

Автоматизированные системы управления АСУ помогают получить необходимую информацию для принятия решения, предлагают оптимальные варианты таких решений, но окончательное слово за человеком.

Компьютерные системы (локальные и глобальные сети), АСУ, используют современные средства информационных технологий: базы данных, моделирование, машинная графика и т. д.

В САУ (системы автоматического управления) все операции, связанные с процессами управления происходят автоматически, без непосредственного участия человека. Объектом управления выступают технические устройства (станок, ракета, химический реактор, ускоритель и т. д.).

Алгоритм - последовательность команд, приводящая от исходных данных к заранее поставленной цели.

Появление алгоритма связывают с зарождением математики. Более 1000 лет назад (в 825 году) ученый из города Хорезма Абдулла (или Абу Джафар) Мухаммед бен Муса аль-Хорезми создал книгу по математике, в которой описал способы выполнения арифметических действий над многозначными числами. Само слово алгоритм возникло в Европе после перевода на латынь книги этого математика.

Различные варианты определения:

• Алгоритм - последовательность команд, приводящая от исходных данных к заранее поставленной цели.

• Алгоритм - это последовательность действий, которые должен выполнить исполнитель для достижения конкретной цели.

• Алгоритм - это понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность действий приводящих от исходных данных к конечному результату.

Свойства алгоритма

• Понятность - в алгоритме используются только система команд исполнителя (СКИ).

• Однозначность (определенность) - каждая команда алгоритма однозначно определяет действие исполнителя;

• Результативность (конечность) - т. е. алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов;

• Массовость (универсальность) - т. е. алгоритм должен выполняться для любого набора исходных данных, удовлетворяющих условию задачи;

• Дискретность - разделение информационного процесса в алгоритме на отдельные команды.

Способы описания:

• Словесный;

• Словесно-формульный;

• Графический (блок – схема);

• На алгоритмическом языке;

• На языке программирования.

Язык программирования - это набор правил для описания алгоритмов решения задачи с помощью ЭВМ.

Программирование - это раздел информатики, занимающейся вопросами разработки программ управления компьютером.

Базовый принцип архитектуры современных компьютеров - двоичный характер любой информации.

Для передачи управляющей команды компьютером необходимо преобразовать её в физическое действие. Такое преобразование из двоичного кода компьютера в электрический сигнал выполняет прибор цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).

От управляемого объекта все изменения состояния (температура, давление, деформация, напряжённость и т. д.) преобразуются в электрический (аналоговый) сигнал и с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) поступают к компьютеру.

Программировать в двоичных кодах необычайно сложно.

Язык программирования - специальная программа, осуществляющая переход от языковых конструкций к машинным командам.

Процесс перевода программы на язык, понятный самому компьютеру называется трансляцией.

Существует два различных подхода к трансляции – интерпретация и компиляция:

• Языки программирования интерпретирующего типа при исполнении программы за один проход переводят в машинные коды одну строку программы. При большом размере программы процесс исполнения готовой программы занимает довольно много времени. В то же время при разработке программ режим интерпретации очень удобен, так как любое внесенное изменение сразу же переводится в машинные коды и исполняется.

• Языки компилирующего типа сначала переводят весь текст программы в машинные коды, а уже затем полученный файл может быть запущен на выполнение. Откомпилированная программа выполняется гораздо быстрее (в 5-10 раз), но наличие ошибок на этапе компиляции требует довольно много времени на их исправление.

Языком программирования принято называть формально определенный язык для записи программы (т. е. содержащий средства описания данных и алгоритмов).

В настоящее время существует большое число языков программирования, которое не перестает расти, хотя надо заметить, что данный процесс замедлился.

Языки программирования делятся на два класса: процедурные и непроцедурные.

Процедурные (императивные) языки – это языки операторного типа. Описание алгоритма на этом языке имеет вид последовательности операторов. Характерным для процедурного языка является наличие оператора присваивания (БЕЙСИК, ПАСКАЛЬ, СИ).

Непроцедурные языки разделяются на три группы языков программирования: функциональные, логические, и объектно-ориентированные.

Функциональные языки основаны на теории рекурсивных функций. Программа, написанная на функциональном языке, состоит из непорядочного набора уравнений, определяющих функции и значения, которые задаются как функции от других значений (ЛИСП, РЕФАЛ).

Логические языки основаны на использовании символической логики. Наиболее широко используемый язык – ПРОЛОГ.

Объектно-ориентированные языки – это языки, в которых понятия процедуры и данных, используемых в обычных системах программирования, заменены понятиями «объект» и «событие». В отличие от процедуры, которая описывает, как должна выполняться обработка, сообщение только определяет, что желает выполнить отправитель и что должно произойти. Наиболее развитым языком программирования считается СМОЛТОК, к этому классу языков относятся также Java, C++, Delphi, Visual Basic.

6. Д. З. Семакин

Подготовить ответы на вопросы:

Что такое управление?

Что общего в управлении живым и машинами?

Кто был основателем кибернетики?

Что называется алгоритмом?

Виды и свойства алгоритма?

Чем отличается интерпретация и компиляция?

Какие языки программирования вам известны?

Творческое домашнее задание:

Приведите примеры различных систем и способов управления.

Какие виды алгоритмов нам встречаются в повседневной жизни?

Составьте алгоритм решения задачи:

На левом берегу реки находятся волк, коза, капуста и перевозчик с лодкой. Перевозчик должен переправить всех на правый берег так, чтобы не оставлять наедине волка с козой и козу с капустой. Как это сделать?

Дополнительно задачи:

1. На левом берегу реки находятся волк, коза, капуста и перевозчик с лодкой. Перевозчик должен переправить всех на правый берег так, чтобы не оставлять наедине волка с козой и козу с капустой. Как это сделать?

• Начало алгоритма.

• Переправить на правый берег козу.

• Вернуться на левый берег.

• Переправить на правый берег капусту.

• Вернуться на левый берег с козой.

• Переправить на правый берег волка.

• Вернуться на левый берег.

• Переправить на правый берег козу.

• Все в сборе.

• Конец алгоритма.

2. Поменять между собой значения двух переменных А и В.

Если задачу представить в виде: поменять местами содержимое двух стаканов с молоком и водой, то ребята приходят к выводу, что необходим третий стакан или третья переменная - С для хранения.

Было предложено заморозить содержимое одного стакана и таким образом обойтись без временного хранения.

5