Конструктор для изучения логических схем

Обновлено: 05.05.2024

Современная электронная вычислительная машина - это сложнейший комплекс устройств, восхищающий своим технологическим совершенством и разнообразием физических принципов работы. Различные устройства машины представляют собой комбинацию большого числа элементов-кирпичиков. Элементы компьютера выполняют хранение, преобразование и передачу двоичных переменных, а также ряд вспомогательных функций: задержку сигнала во времени, формирование сигнала с определенными физическими характеристиками и т. п. Для представления и обработки информации используются различные физические явления и процессы, например электрический ток или магнитный поток. Наличие или отсутствие электрического тока, уровня напряжения различной величины или полярности, величины магнитного потока и т. д. рассматриваются как сигналы. В техническом отношении передача и преобразование дискретной информации реализуется наиболее просто, если различать только два уровня сигнала, соответствующие символам 0 и 1, или понятиям истинности ДА или НЕТ. Различные конструкции элементов могут давать лишь разные технические реализации, гарантирующие распознавание двух таких состояний.

Какой бы сложной ни была структура конкретной системы, ее можно изучать и описывать по частям, выявляя в ней сравнительно небольшое число стандартных элементов, составляющих стандартные узлы и блоки. Устройства машины представляют собой комбинации большого числа элементов-кирпичиков. Разнообразие их, однако, не столь велико. Каждая машина состоит из ограниченного количества типов элементов, которые выполняют определенные логические функции, выражающие зависимость сигналов на выходах от сигналов на входах этих элементов.

Построение и анализ логических элементов и схем основываются на применении формального метода математики к области логики. Подобно тому, как в математике для выражения отношений используется язык формул, в математической логике тот же язык формул используется для выражения логических связей, которые существуют между суждениями, понятиями, высказываниями.

Так же как и для математической задачи, решение любой логической задачи имеет свою “технологию”. Она составляется из простейших операций, похожих на сложение и умножение. Принято считать, что значение истинности высказывания равно единице, если оно истинно, и равно нулю, если оно ложно. Если условно обозначить различные высказывания буквами A, B и т. д., то в общем виде запись A = 1 означает, что высказывание А истинно, а B = 0 означает, что высказывание B ложно. То, что значение истинности может принимать два значения - 0 и 1, хорошо согласуется с двоичной системой счисления и с работой двухпозиционных элементов, используемых в ЭВМ. Например, в ЭВМ истинность высказывания может быть передана сигналом положительного электрического напряжения, что условно соответствует сигналу 1, а ложность - сигналом отрицательного напряжения или отсутствием вообще какого-либо сигнала. Это условно соответствует сигналу 0.

Высказывания могут быть простыми и сложными. Из данных высказываний с помощью логических операций можно получить новые высказывания.

2. Базовые логические элементы

Любые сложные логические функции, необходимые для работы машины, могут быть выполнены с помощью основных логических элементов. Сами элементы строятся из разнообразных электрических схем. При этом аргументами являются сигналы, поступившие на вход схемы, а функциями от этих аргументов - выходные сигналы. Если сигнал есть, то значение аргумента, который он изображает, равно единице, если нет - нулю. Поскольку логический элемент машины реализует конкретную логическую функцию, то строго определенной комбинации входных сигналов, отвечающей значениям аргумента, должно соответствовать наличие (или отсутствие) сигнала на выходе схемы. Наиболее простыми и распространенными логическими элементами являются: схема совпадения, собирательная схема и инвертор.

3. Постановка задачи.

Создать конструктор и тестер логических схем для внедрения в учебный процесс предмета ОИВТ.

а) Техническое задание.

На экране должна быть "живая" - изменяемая конструкция базовых логических элементов, соединенных в логической последовательности.

Должна быть предусмотрена возможность редактирования, записи/чтения с диска схем, контроль их работы. Должна быть предусмотрена возможность регистрации и печати протоколов работы, выставление оценки в режиме контроля.

4. Назначение пакета (версия DOS)

Пакет состоит из двух программ (“Конструктор логических схем” и “Тест по логическим схемам”) и файлов с примерами логических схем и вариантов тестирования. Пакеты призваны повысить производительность учительского труда, совершенствуя методику предмета и организацию урока, и учебной деятельности учащегося, освобождая его от рутинной работы в ходе выполнения учебных заданий.

а) Назначение программы “Конструктор логических схем”.

Программа “Конструктор логических схем” предназначена для создания логических схем, их редактирования и контроля, а также для создания и редактирования вариантов тестирования. При запуске программы на экране монитора появляется красочная заставка. После нажатия любой клавиши на экране появляется рабочее поле, поле подсказок и главное меню программы. На рабочем поле располагается текущая схема. В поле подсказок располагаются подсказки, описывающие возможные в данный момент действия (если текущим является главное меню, то в поле подсказок описывается команда, высвеченная в главном меню красным цветом). В главном меню клавишами передвижения курсора предлагается выбрать команду и после нажатия клавиши “Enter” управление передается данной команде.

Команды главного меню.

На рабочем поле появляется светлый прямоугольник. Клавишами перемещения курсора можно передвигать этот прямоугольник по двумерной матрице рабочего поля. Клавишей “Пробел” можно изменять элемент схемы, находящийся в светлом прямоугольнике. При нажатии на клавишу “Enter” управление передается главному меню и схема остается на рабочем поле. При нажатии на клавишу “Esc” управление передается главному меню, а на рабочем поле восстанавливается предыдущая схема.

ЗАПИСЬ НА ДИСК:

Появляется меню файлов с сохраненными схемами. В верхнем правом углу отображается имя текущего файла. На рабочем поле отображается схема, записанная в текущем файле. В меню имя текущего файла имеет зеленый цвет. Выбор файла в меню осуществляется клавишами передвижения курсора. После нажатия клавиши “Enter” схема, записанная в файле, останется на рабочем поле и текущим станет главное меню. Если вместо клавиши “Enter” нажать клавишу “Delete”, то файл будет удален с диска. Если нажать клавишу “Esc”, то текущим станет главное меню, а на рабочее поле вернется схема, бывшая на нем до запуска команды “ЧТЕНИЕ С ДИСКА”. Также прочитать файл с сохраненной схемой можно, нажав клавишу “Tab”. В верхнем правом углу появится курсор. После ввода с клавиатуры имени файла, он будет прочитан. Если во время ввода повторно нажать клавишу “Tab”, то текущим снова станет меню файлов.

Появляется меню выбора вариантов. Выбор варианта осуществляется клавишами передвижения курсора (всего 28 вариантов).

После нажатия клавиши “Enter” появится список из пяти файлов. Для того чтобы записать в вариант другой файл, нужно клавишами передвижения курсора сделать текущим файл, вместо которого предполагается записать другой файл.

Затем нужно нажать клавишу “Enter”. Появится меню, идентичное меню “ЧТЕНИЯ С ДИСКА”. После выбора нужного файла, вновь появится список варианта. Если сделанные изменения устраивают, нужно нажать клавишу “Esc”. На экране появится меню выбора варианта. Если нужные варианты отредактированы, нажимается клавиша “Esc” и текущим станет главное меню.

КОНТРОЛЬ:

В левой части рабочего поля появляется светлый зеленый прямоугольник, перемещая который по вертикали клавишами передвижения курсора, можно клавишей “Пробел” изменять сигналы, подаваемые на схему. В правой части рабочего поля отображаются сигналы, выходящие из схемы. При нажатии на клавиши “Enter” или “Esc” текущим станет главное меню.

Очищается рабочее поле.
ВЫХОД:
Выход из программы.

б) Назначение программы “Тест по логическим схемам”.

Программа “Тест по логическим схемам” предназначена для тестирования учащихся по знанию работы простейших логических схем, основанных на базовых логических элементах. По внешнему виду программа схожа с “Конструктором логических схем”.

Команды главного меню.

ТЕСТИРОВАНИЕ ПО ВАРИАНТАМ:

Появляется меню выбора вариантов. После выбора варианта на рабочем поле появляется первая схема. Сигналы, присутствующие на входе схемы, расставляются случайно. В правой части рабочего поля появляется светлый зеленый прямоугольник, перемещая его по вертикали клавишами передвижения курсора, можно клавишей “Пробел” изменять сигналы, которые по мнению тестируемого должны присутствовать на выходе схемы. Затем нужно нажать клавишу “Enter” и на рабочем поле появится следующая схема.

После окончания теста в поле подсказок будет выведено количество набранных баллов. Каждый правильный ответ - 1 балл. Затем, после нажатия любой клавиши, будет задан вопрос “Тестировать еще раз?”. Если нажать клавишу “Enter”, то тестирование будет повторено. Если нажать любую другую клавишу, текущим станет главное меню.

ТЕСТИРОВАНИЕ БЕЗ ВАРИАНТОВ:

Файлы со схемами выбираются случайно. Тестирование проходит аналогично тестированию по вариантам.

ВКЛЮЧИТЬ (ОТКЛЮЧИТЬ) ВЫВОД НА ПРИНТЕР:

Включает (отключает) вывод на принтер. Вначале вывод на принтер отключен.

ВЫХОД:

Выход из программы.

5. Перспективы развития (пакет под WINDOWS)

В следующих версиях пакета сделаны следующие дополнения:

- был устранен недостаток, связанный с некорректным контролем схем, сигналы в которых проходят не только слева направо, но и справа налево.

- увеличенное рабочее поле

- возможность управления мышью

- поддержка работы в локальной сети

- вывод схем на принтер

- сохранение схем в файлах в графическом виде

- более дружелюбный и удобный интерфейс

- возможность настройки программы по вкусу пользователя

Версия для WINDOWS

Все это было реализовано в версии 1.00 для OS WINDOWS

1. Построение логической схемы…осуществляется выбором из библиотеки элементов соответствующего соединения и расстановкой его на рабочем поле.

Тренажер «Логика» предназначен для проведения практических занятий по теме «Математическая логика» в игровой форме. Подобная игра была ранее написана для компьютеров «Ямаха» (программисты П. Меняйло и М. Щекочихин). Оригинал программы вместе с имитатором MSX-компьютера можно скачать здесь (спасибо Михаилу Бондаревскому).

Программа работает под управлением операционных систем линейки Windows 95/98/NT/2000/XP/2003 на любых современных компьютерах. После распаковки архива она находится в работоспособном состоянии и не требует никаких дополнительных настроек.

Программа является бесплатной для некоммерческого использования. Исходные тексты программы не распространяются.

Программа поставляется «as is», то есть, автор не несет никакой ответственности за всевозможные последствия ее использования, включая моральные и материальные потери, вывод оборудования из строя, физические и душевные травмы.

Программа содержит конструктор, позволяющий создавать новые схемы и подключать их в качестве уровней. Здесь можно скачать готовые схемы всех уровней, а также схемы триггеров на элементах «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ».

Достоинства

игровая форма закрепления учебного материала;
программа имеет встроенный набор логических схем (задач) для каждого из 10 уровней;
существует возможность составлять новые схемы и проверять их работу, не выходя из программы;
с каждым уровнем можно связать свою схему; список нестандартных схем хранится в файле инициализации LOGIC.INI ; таким образом, можно составить несколько ini-файлов с разнотипными заданиями;
кроме стандартного набора логических элементов (И, ИЛИ, НЕ) в схемах можно использовать включенные (непонятно почему) в школьную программу элементы «импликация», «эквивалентность», а также полусумматор, сумматор и RS-триггер.

Правила игры

Задача заключается в том, чтобы последовательно передавать кристалл с верхней площадки на нижнюю. Подавая ток на вход механизмов в правой части схемы, можно выдвигать площадки на пути кристалла. Если на входе механизма нет тока, площадка убирается.

Для управления механизмами используют выключатели в левой части поля. Их состояние изменяется щелчком мыши. Если выключатель включен, по цепи идет ток и поступает на логические схемы, включенные в эту цепь (средняя часть поля). Логические схемы преобразуют входные сигналы по следующим правилам:

схема НЕ: на выходе будет ток (сигнал 1), если на входе тока нет (сигнал 0), и наоборот;
схема И: на выходе будет 1, если на обоих входах 1;
схема ИЛИ: на выходе будет 1, если хотя бы на одном входе 1;
схема XOR (исключающее ИЛИ): на выходе будет 1, если только на одном входе 1;
схема импликация (1—>2): на выходе будет 0, если на первом входе 1, а на втором — 0; иначе на выходе 1;
схема эквивалентность ( ): на выходе будет 1, если оба входа равны; иначе на выходе 0.

Кристалл нельзя передавать сразу через несколько «пролетов» — в этом случае он разбивается и приходится начинать уровень заново. Кроме того, у вас есть только 5 кристаллов на всю игру, если вы разобьете их все, задание считается невыполненным.

Игра состоит из 10 уровней. Если вы сможете пройти все уровни, сохранив хотя бы один кристалл и наберете больше нуля очков, вы увидите картинку.

Любые данные, будь то бытовое планирование на месяц, техническая инструкция или план работы по проекту, должны быть понятными и систематизированными. Не всё можно представить в виде простого текстового описания, списка или рисунка. Поможет в визуализации блок-схема, называемая также флоучартом.

Создать блок-схемы, флоучарты и майндмэпы помогут и простые текстовые и графические редакторы. Но в ряде случаев гораздо удобнее воспользоваться онлайн-сервисами. Во-первых, не нужно засорять память устройства, во-вторых, онлайн-приложения позволяют работать не в одиночку, а командой.

Собрали 15 онлайн-сервисов для создания и редактирования блок-схем.

Draw.io

Самый популярный онлайн-сервис для создания блок-схем. Он бесплатный и обладает хорошим набором инструментов и функций, позволяющих создавать организационные диаграммы, блок-схемы (флоучарты), сетевые диаграммы, UML, принципиальные электросхемы. У сервиса есть 5 готовых шаблонов блок-схем. Понятный интерфейс, поддерживает виртуальные хранилища – Google Drive, OneDrive и DropBox, что даёт возможности нескольким пользователям совместно работать над проектом. Сохранить проект можно в форматах JPG, PNG, SVG, PDF, HTML, XML, можно импортировать файлы в VSDX, и сохранять в собственные форматы других сервисов – Lucidchart и Gliffy.

Для большинства пользователей набора его опций хватает. Тем, кому нужны более широкие возможности, стоит рассмотреть другие варианты.

Wireflow

Этот сервис ориентирован, прежде всего, на веб-разработчиков и дизайнеров, он позволяет проектировать каркасы сайтов и пользовательские потоки. Wireflow прост в управлении, имеет обширную библиотеку элементов, несколько вариантов шаблонов блок-схем. К сожалению, сохранить готовый результат можно только в JPG, что доставляет некоторые неудобства. Но это приложение бесплатно, и со своими задачами оно справляется.

Microsoft Visio

Говоря о блок-схемах, нельзя не вспомнить про Visio. Этот продукт Microsoft создан специально для проработки блок-схем, организационных диаграмм, карт процессов. Кроме этого, с помощью него можно создавать планы зданий и помещений, схемы и инженерные проекты. Вы можете спросить, какое отношение он имеет к онлайн-сервисам. Сама по себе программа Visio – для ПК, но она предусматривает возможность совместной одновременной работы онлайн в Office 365. Блок-схемы в этой системе связаны с базовыми исходными данными таким образом, что обновляются при изменении этих самых данных.

Lucidchart

Для тех, кого по каким-то причинам не устраивает Visio, есть вариант, являющийся полноценной его заменой в области создания диаграмм и флоучартов. В приложении есть множество элементов, шаблоны для создания блок-схем и диаграмм (впрочем, можно обойтись без них и создать схему с нуля), в платной версии их ещё больше. Интерфейс приложения интуитивно понятен и прост, с ним разберётся даже начинающий пользователь. Для работы необходим только выход в интернет, есть возможность командной работы (хотя и с ограничениями для бесплатных аккаунтов). Сервис поддерживает импорт файлов Visio (VSDX), Amazon Web Service (AWS) и Omnigraffle, а сохраняет результаты в JPG,PNG, SVG, PDF и Visio. Кроме того, есть приятная возможность сохранять промежуточные версии на облачном сервере.

Бесплатная версия Lucidchart функциональна, но если не хватает расширений – можно оплатить подписку. В их числе: больший объём виртуального хранилища, возможность создания неограниченного количества проектов, добавления ссылок на данные. Стоит платная версия от $5,95 до $20 в месяц.

Cacoo

Cacoo – похожий на Lucidchart сервис, но более специализированный под блок-схемы. Здесь нет лишнего, зато есть множество шаблонов, форм и стрелок на любой вкус. Приложение удобно в управлении, в нём очень хорошо реализованы возможности для командной работы – ведь именно для этого оно и задумывалось. Можно заниматься проектом в режиме реал-тайм, видеть, кто в данный момент работает. Есть чат для обсуждения.

Сервис платный. Стоимость месяца работы в зависимости от тарифа варьируется от $4,95 до $18. Первые 14 дней можно пользоваться бесплатно.

Google Docs

Когда речь заходит о Google Docs, то, наверное, уместнее будет спросить, что же НЕ может этот сервис. Блок-схемы тоже не стали исключениями – их можно создавать в Гугл Документах при помощи функции Google Drawings. Набор функций тут стандартный, управление простое, разобраться с ним легко. Так как сервисы Гугла связаны с Google Диском, то возможность командной работы подразумевается сама собой. Просто создайте проект и отправьте ссылку на него другим участникам, открыв доступ для редактирования. Сохранить результат можно как файл рисунка или SVG, а также опубликовать в сети.

Сервис бесплатный, однако есть ограничения – вам будет доступно всего 15 ГБ на Диске.

Gliffy

Нужно что-то попроще? Тогда Gliffy – это для вас. Приложение не может похвастаться огромным набором функций, но зато в нём есть много шаблонов, оно простое и быстрое. Работает в режиме офлайн. Командная работа поддерживается, вы можете обмениваться своими наработками с коллегами.

Однопользовательская версия стоит $7,99, для команды – $4,99 за каждого пользователя.

Textographo

Необычный и уникальный сервис, где блок-схемы создаются при помощи текста. Вам не придётся перетаскивать блоки и стрелки, просто наберите текст, используя специальный синтаксис – ключевые слова, хештеги, маркировку. А программа сама построит графическую схему – флоучарт, диаграмму, карту разметки. Коллективная работа поддерживается, все данные сохраняются в облаке.

Сервис платный. Версия Essentials стоит $8, а Premium – от $14 в месяц.

OmniGraffle

Этот инструмент предназначен специально для MacOS и iOS. Его возможности не ограничиваются простым созданием и редактированием флоучартов, ещё сервис может работать с векторной графикой (например, преобразовывать линии в кривые Безье). Есть возможность вводить команды и редактировать данные с клавиатуры. Продвинутые пользователи могут автоматизировать работу сервиса с помощью JavaScript.

Тарифы сервиса бьют по карманцам – от $50 до $250. Первые 14 дней – бесплатно.

SmartDraw

Аналог Visio, подходящий как для онлайн-использования, так и для установки на компьютер под управлением Windows и MacOS. Как и в продукте от Microsoft, здесь можно создавать простые блок-схемы, диаграммы, сложные поэтажные планы зданий. Как и во всех программах подобного типа, есть шаблоны, и здесь их немало – несколько десятков. Сервис обладает мощным функционалом и при этом он прост в управлении.

Стоимость использования сервиса – $15 в месяц.

Creately

Очень гибко настраиваемый сервис с сотнями шаблонов и тысячами примеров от самих пользователей. Диаграммы, графики, блок-схемы – здесь найдутся образцы для всего. Кроме прочего, многие элементы «умные» и сами подстраиваются под общий стиль блок-схемы или диаграммы, даже под цветовую гамму. Работать над проектом можно командой в реальном времени, есть возможность комментирования, просмотра истории изменений. Интеграция с Chrome и GSuite тоже является несомненным плюсом.

Работать с Creately можно не только через браузер, есть приложения на ПК и смартфон. Стоимость лицензии – $5 в месяц или $75 бессрочно с каждого пользователя. Но это того стоит.

Mindomo

Сервис интегрирован с GSuite, Google Диском, Office 365, а также с системами управления обучением – Canvas, Blackboard, Schoology, Moodle.

Canva

Простой, понятный сервис для создания красивых блок-схем. Набор функций мало отличается от всех вышеперечисленных вариантов, однако Canva может похвастаться возможностью настройки внешнего вида. Фон страницы, шрифт и цвет текстов, добавление изображений – собственных или из огромной библиотеки. Есть даже встроенный фоторедактор. Разумеется, здесь есть и поддержка командной работы. Для работы с мобильных устройств есть приложения как для iOS, так и для Android. Сохранение проектов – в формат PDF.

Сервис бесплатен, но есть премиум-элементы (фото и векторные изображения), они стоят $1 за штуку.

Mindmeister

Сервис для создания ментальных карт и диаграмм. У него неплохой функционал, хорошо реализованные возможности командной работы – поддержка мобильной версии, чат и комментирование. Можно добавлять ссылки, изображения и видео, вставлять созданные файлы в свой блог или сайт, просматривать историю изменений, создавать из проекта презентации и слайд-шоу, есть даже функция рисования. Сохранять можно в PNG, PDF, а также программу Word. Сервис интегрируется с приложениями Гугла.

Имеется бесплатный тариф с 3 проектами карт, но есть и платные версии – от $36 за полгода, с более широкими возможностями.

MindMup

Бесплатный редактор схем и диаграмм со стандартным набором функций. У него есть возможность командной работы с настройками доступа, можно добавлять файлы и следить за историей. Но в приложении отсутствуют шаблоны, нет режима презентации и добавления эффектов. Кроме того, невозможно резервное копирование.

Блок-схемы пригодятся не только для инженеров, программистов и менеджеров. Каждый может извлечь пользу из их создания, особенно в качестве способа рационализации вашей работы и жизни, и даже избавления от вредных привычек. Единственная проблема в том, что вам придётся подобрать хорошую программу под Windows 10 и в поиске вам прежде всего будет предложены платные варианты. Рассмотрим 7 бесплатных альтернатив.

Dia — бесплатное и полнофункциональное приложение для построения блок-схем. Оно открыто под лицензией GPLv2. Если вы ищете лучшую бесплатную альтернативу Microsoft Visio, то Dia — лучший выбор.