Программа упорядоченное множество ко­манд, реализу­ющих алгоритм решения задачи


Скачать 357.37 Kb.
НазваниеПрограмма упорядоченное множество ко­манд, реализу­ющих алгоритм решения задачи
страница1/4
Дата публикации25.03.2013
Размер357.37 Kb.
ТипПрограмма
userdocs.ru > Информатика > Программа
  1   2   3   4

Глава 1. Принципы работы и устройство компьютера



ВВЕДЕНИЕ

Информатика - фундаментальная наука, изучающая процессы накопления,

обработки и передачи информации с помощью компьютера1.

Цель дисциплины - дать знания о:

 принципах работы и устройстве компьютера;

 методах решении прикладных задач с помощью компьютеров: моделировании и алгоритмизации вычислительных процессов, разработке новых и способах испо­льзования существующих программ обработ­ки информации.

Базовые понятия информатики:

Информация - от­ражение2 характеристик объектов реального мира, являющееся предметом нако­пления, обработки и передачи с приме­нением компьютера. Обработка информа­ции - процесс закономерного изменения представления и содержания информации. Ком­пь­ютер - фи­зиче­с­кая система, представляющая собой совокупность аппаратных (Hardware) и про­грам­мных (Software) средств, предназ­начен­ная для исполнения программ авто­ма­тизи­ро­­ванной обработки информации. Программа - упорядоченное множество ко­манд, реализу­ющих алгоритм решения задачи. Алгоритм - упорядоченное множе­ство фор­ма­ль­ных предписаний, выпол­нение которых приводит к решению задачи. Команда - элементарная инструкция, записанная на формальном язы­ке и опреде­ляю­щая действия (операции) компьютера по обработке указанных в ко­манде дан­ных (операн­дов).

Ядро Информатики определяют взаимосвязанные технические и программ­ные средства.


^ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ И

УСТРОЙСТВО КОМПЬЮТЕРА



Первый персональный компьютер "Apple" разработали Стив Джобс и Стив Возняк в 1977 году. В 1981 году фирма IBM выпустила первую модель персо­наль­но­го компьютера IBM PC (рис. 1), выгодно отличающуюся дружественным диалогом (спо­соб­ностью вести обмен ин­формацией на визуально-комфортном экране).

Совре­менный персональный компь­ютер построен по принципу откры­той архитек­ту­ры, в соответствии с которым возможно дополнение компьютера новыми ком­по­нентами без замены и с заменой старых по технологии "plug & play"3.
^ Рис. 1
Компьютер принципиально состоит из трех взаимосвязанных и взаимодей­ствующих основных частей: память, процессор, периферийные устройства (рис. 2).



Процессор Память



RAM ROM

Обработчик команд




счетчик команд,

устройство

управления Системная шина







Обработчик данных

Устройства ввода Устройства вывода

Клавиатура, мышь, Монитор,

АЛУ, регистры джойстик, сканер, принтер, ...,

сопроцессор световое перо, ...





Внешняя память (на периферийных устройствах)

Дискет, винчестер, CD ROM, магнитная лента, ...



Периферийные устройства

Рис. 2



Память компьютера - электронное устройство (рис. 3), предназначенное для

хранения информации и программы ее обработки.

^ Рис. 3

Атомарный элемент памяти называется бит (bit -bina­ry digit) или разряд и может находиться либо в состоянии вклю­чен (это состояние кодиру­ется цифрой 1), либо выключен (0). Комбинированием состояний 8 последователь­ных битов, называемых байт, можно закодировать любой из 256 перенумерованных символов таблицы ASCII - алфавита компьютера (например, сим­вол 'S' кодируется комбинацией битов '01110011'). Таблица ASCII содержит:

основной алфавит (символы с номерами 0..127), включающий буквы латинс­ко­го алфави­та A..Z (заглавные и строчные), арабские цифры 0..9, символы пун­кту­а­ции и специальные символы; вот обозначения и названия некоторых из них:

~ - тильда, ! - акцент, @ - эт, # - хэш, $ - бакс, ^ - карэт, & - амперсэнд, * - стар,

|- пайп, / - слеш, \ - бакслеш. В основном алфавите символы с номерами 0..31 - это неотображаемые управляющие коды, предназначенные для изменения режимов работы периферийных уст­ройств (например, посылка символа с номером 13 на печатающее устройство за­ставляет головку принтера вернуться к началу строки);

дополнительный алфавит (с номерами 128..255), включающий буквы национа­ль­ного алфавита, символы псевдографики (для обрамлений текстов) и др.

Память компьютера структурно состоит из ячеек и построена в соответст­вии с прин­ци­­пами фон Неймана:

1. Принцип произвольного доступа к основной памяти (адресности) гласит:

в произвольный момент времени любая ячейка доступна для чтения и записи

инфор­мации, причем время доступа к информации одинаково для всех ячеек”.

Для доступа к содержимому ячеек их нумеруют числами, называемыми адреса­ми. Общее количество ячеек определяет объем памяти компьютера и измеряется в следующих единицах: К (ки­лобайт) =1024 (210) байта, М (мегабайт)=1024 К,

Г (гигабайт)=1024 М, Т (те­рабайт) =1024 Г.
2. Принцип хранимой программы (программного управления) гласит:

способ хранения программы обработки данных в памяти компьютера ничем не

отличается от способа хранения обрабатываемых этой программой данных”.
Т.о. компьютер может решать любые задачи, поскольку для этого дос­таточно заменить в его памяти программу и данные. Этот принцип лежит, напри­мер, в осно­ве работы специальных программ-трансляторов, преобразующих ис­ходные прог­раммы, написанные на каком- либо языке программирования (здесь они уже выс­ту­пают в ипостаси данных), - в машинные команды программы работы компьютера.

Информация (обрабатываемые данные и команды программ) хранится в па­­­мяти компьютера в виде набора нулей и единиц (в двоично-кодированном виде) и

описывается по правилам применяемых систем счисления.

Системой счисления называется совокупность: множества символов, способа изображения с их помощью чисел и правил действий над числами. В компьютерах применяются следующие системы счисления: двоичная (числа кодируются с помощью цифр 0 и 1), восьмеричная (числа кодируются цифрами 0..7), шестнадцатеричная (числа ко­дируются цифрами 0..9 и буквами A..F, обозначающими цифры 10..15). С целью сохранения совместимости с об­щепринятой у людей применяется также десятичная система счисления (числа ко­дируются цифрами 0..9). Осно­в­­ная система счисления компьютера - двоичная, по­скольку один бит может хранить лишь один из двух символов (0 или 1). Восьмерич­ная (8=23) и шестнадцатеричная (16=24) системы счисления - производные от дво­ичной. Количество цифр для представления любых чисел называется основанием системы счисления (напри­мер, осно­ванием двоичной системы счисления является число 2, десятичной - 10). Позиционной называется система счисления, в ко­то­рой величина числа определяется позициями составляющих его цифр. Например, с помощью цифр 6, 7, 8 можно записать числа 678, 768, 867 и т.д., различные по вели­чине.

Для преобразования целого положительного числа из десятичной системы

счисления в любую другую необходимо последовательно делить число на осно-

вание требуемой системы счисления с выделением остатков, а затем запи-

сать число, составив его из остатков, записанных в обратном порядке.
Пример: преобразовать число 19 из десятичной системы счисления в двоичную:

19(10) = ?(2)

Решение :

19 : 2 = 9 (остаток1 = 1) 9 :2 = 4 (остаток2 = 1) 4 :2 = 2 (остаток3 = 0) 2 : 2 = 1 (остаток4 = 0, остаток5 = 1) 5432 10

В результате преобразований имеем: 19(10) = 10011(2)

Для преобразования целого положительного числа из любой системы счисле-

ния компьютера в десятичную необходимо использовать свойство позицион-

ности систем счисления. Над числом справа налево проставляются разряды

цифр и составляется сумма из произведений цифр на основание системы счи­-

сления в степени "позиция цифры".
4 3 2 1 0

Пример: 10011(2) = 124 + 023 +022 + 121 + 120 = 16 + 0 + 0 + 2 + 1 = 19(10)

Один байт может хранить число в диапазоне 0..255 (11111111(2) = 255), два байта - число в диапазоне 0..65535 и т.д.

Память компьютера конструктивно состоит из:

оперативного запоминающего устройства;

постоянного запоминающего устройства;

условно-постоянной памяти;

памяти периферийных устройств.

Оперативное запоминающее устройство (RAM - Random Access Memory) - область памяти, предназначенная для запоминания исходных данных и результатов расчетов в течение одного сеанса работы с компьютером. Конструктивно RAM выполнена в виде интегральных микросхем4 и допускает выполнение операций чте­ния / записи данных. Информация, содержащаяся в RAM, теряется при вы­ключе­нии или перезагрузке компьютера. При включении компьютера RAM хранит "мусор", т.е. случайные данные, неопределенные ни по величине, ни по знаку.

RAM подразделяется на:

базовую (объемом 1088К); из нее 64К занимает так называемая HMA-память, 384К - UMA-память, а оставшаяся базовая память объемом 640К может использо­ваться прикладными программами для работы;

отображаемую (expanded или EMS) (до 32М), которая реализуется специаль­ной аппаратной платой. Эта память разбивается на логические страницы по 16К и с по­мощью специального механизма их виртуального отображения окнами (окно =4 страницам) становится доступ­ной прикладным программам. Современный процес­сор может непосредственно управлять памятью до , однако память более доступна только в "защищенном" режиме его работы, в котором без специальной программы-драйвера не могут работать некоторые программы;

расширенную (extended или XMS) (до ), которая реализуется специальной ап­паратной платой. Эта память разбивается на логические блоки и с помощью ме­ханизма их виртуального отображения становится доступной прикладным про­г­раммам.

Постоянное запоминающее устройство (ROM - Read Only Memory) - об­ласть памяти, предназначенная для хранения программ базовой системы ввода/вы­вода (BIOS - Base Input / Output System), взаимодействующих с аппаратурой компьютера на уровне конструктивных особенностей, в том числе программы первона­чальной загрузки компьютера и справочной таблицы ASCII. Конструктивно ROM выпол­нена в виде интегральных микросхем и допускает выполнение только операций чтения данных. Информация, содержащаяся в ROM, не теряется при выключе­нии или перезагрузке компьютера.

Условно-постоянная память (CMOS) - область памяти, предназначенная для хранения параметров текущей конфигурации аппаратуры компьютера (таймера, накопителей на дисках, памяти и т.п.). Конструктивно CMOS изготовлена в виде

ин­тегральных микросхем по технологии Complementary Metal Oxide Semiconductor5 и

допускает выполнение опе­раций чтения / записи данных. Информация, содержаща­яся в CMOS, не теряется при выключении или перезагруз­ке компьютера, поскольку эта память питается от встроенного в компьютер акку­мулятора.

Компьютер комплектуется также памятью периферийных устройств (cach, буферной и т.п.) для освобождения процессора от оперативного уп­равления обменом данными с периферийными устройствами. Например, память с шестнадцатеричными адресами A0000..BFFFF расположена на схемах управления дисплеем, и монитор отображает содержимое этой памяти.



Процессор - устройство, обрабатывающее информацию в соответствии с

прог­раммой и управляющее памятью и периферийным обору-

дованием (рис. 4).

^ Рис. 4

Процессор конструктивно объединяет взаимодействующие обработчик команд и обработчик дан­ных.

Обработчик команд состоит из:

счетчика команд, выбирающего очередную команду программы из памяти;

устройства управления, которое выделяет из команды адреса ячеек данных,

код операции и организует передачу управления счетчику команд.

Обработчик данных состоит из:

арифметико-логического устройства, выполняющего операции, предусмотрен­ные командой;

регистров - ячеек особой высокоскоростной памяти для хранения данных, необходи­мых на ближайших этапах обработки данных;

сопроцессора - специализированного математического процессора для обработки смешанных (floating point) 80-битовых чисел.

Процессор “общается” с RAM и периферийными устройствами через общую системную информационную шину (system bus) посредством портов - специаль­ных аппаратных регистров, имеющих уникальные имена-пароли сообщений для конкретных устройств (рис. 5). За каждым устройством закреплены конкретные номера портов, например, за клавиатурой и динамиками закреплены порты 60..63.

Принцип действия общей шины предусматривает:

 равноправность позиций всех внешних устройств;

 присутствие единственного внешнего устройства, ответственного за порт;

 унификацию языка общения процессора с периферийными устройствами за счет передачи по шине только следующих сообщений:

 записать число А в ячейку памяти с адресом М и прочитать число А из ячейки памяти с адресом М;

 записать число А в порт N (эта команда изменяет режим работы периферийного устройства) и прочитать число А из порта N (состояние порта).
  1   2   3   4

Похожие:

Программа упорядоченное множество ко­манд, реализу­ющих алгоритм решения задачи iconСтатья «Алгоритм решения изобретательских задач» в Википедии Это...
Алгоритм решения изобретательских задач[1][2][3][4][5][6][7][8][9][10] раздел теории решения изобретательских задач (триз), разработаной...
Программа упорядоченное множество ко­манд, реализу­ющих алгоритм решения задачи iconЭкзаменационная программа по курсу «Линейная алгебра»
Системы линейных уравнений. Алгоритм Гаусса упрощения системы линейных уравнений и матрицы. Главные и свободные неизвестные. Разложение...
Программа упорядоченное множество ко­манд, реализу­ющих алгоритм решения задачи icon4 Алгоритм Гаусса ( Гаусса-Жордана ) для решения систем уравнений...
Определители, их свойства. Вычисление определителей с использованием свойств (с демонстрационным примером)
Программа упорядоченное множество ко­манд, реализу­ющих алгоритм решения задачи iconВ сегодняшнем социуме слово «алгоритм» настолько широко распространено,...
Алгори́тм — набор инструкций, описывающих порядок действий исполнителя для достижения результата решения задачи за конечное число...
Программа упорядоченное множество ко­манд, реализу­ющих алгоритм решения задачи iconПрограмма (компьютерная программа)
Алгоритм – понятное и точное указание исполнителю выполнить конечную последовательность действий, приводящих к результату
Программа упорядоченное множество ко­манд, реализу­ющих алгоритм решения задачи icon2. Основные положения теории измерений. Шкалы измерений Шкала (измерений)
Шкала (измерений), measurement scale – Отображение множества различных проявлений количественного или качественного свойства на принятое...
Программа упорядоченное множество ко­манд, реализу­ющих алгоритм решения задачи iconАнализа III курс, 5 семестр 2009/2010 учебного год
Метод итерации решения численных уравнений (алгоритм, поведение погрешности вблизи корня)
Программа упорядоченное множество ко­манд, реализу­ющих алгоритм решения задачи iconБизнес-план, его цели, задачи, содержание, структура и функции
Выбор модели и стили принятия решения в конкретной ситуа­ции. Оптимальный стиль принятия решения
Программа упорядоченное множество ко­манд, реализу­ющих алгоритм решения задачи iconСравнительный анализ методов анализа иерархий, запрос на примере решения задачи
Сравнительный анализ критериальных методов, и метода запрос на примере решения задачи
Программа упорядоченное множество ко­манд, реализу­ющих алгоритм решения задачи icon4. оценка вариантов решения выбор
В предыдущей лекции были рассмотрены два этапа задачи разработки программы (системы). Третий этап – это этап, где оцениваются возможные...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница