Вопрос №1.
Информация — это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состояниях, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.
Информатика рассматривает информацию как связанные между собой сведения, изменяющие наши представления о явлении или объекте окружающего мира. С этой точки зрения информацию можно рассматривать как совокупность знаний о фактических данных и зависимостях между ними.
данные – это зарегистрированные сигналы.
Обработка данных адекватными им методами создаёт новый продукт – информацию. Таким образом, информация возникает и существует в момент взаимодействия объективных данных и субъективных методов. Как и всякий объект, она обладает свойствами (объекты различимы по своим свойствам). Характерной особенностью информации, отличающей её от других объектов природы и общества, является то, что на свойства информации влияют как свойства данных, составляющих её содержательную часть, так и свойства методов, взаимодействующих с данными в ходе информационного процесса. По окончании процесса свойства информации переносятся на свойства новых данных, то есть свойства методов могут переходить на свойства данных.
Первая концепция (концепция К. Шеннона), отражая количественно-информационный подход, определяет информацию как меру неопределенности (энтропию) события. Количество информации в том или ином случае зависит от вероятности его получения: чем более вероятным является сообщение, тем меньше информации содержится в нем. Этот подход, хоть и не учитывает смысловую сторону информации, оказался весьма полезным в технике связи и вычислительной технике и послужил основой для измерения информации и оптимального кодирования сообщений. Кроме того, он представляется удобным для иллюстрации такого важного свойства информации, как новизна, неожиданность сообщений.
Вторая концепция рассматривает информацию как свойство материи. Ее появление связано с развитием кибернетики и основано на утверждении, что информацию содержат любые сообщения, воспринимаемые человеком или приборами. Наиболее ярко и образно эта концепция информации выражена академиком В.М. Глушковым. Он писал, что "информацию несут не только испещренные буквами листы книги или человеческая речь, но и солнечный свет, складки горного хребта, шум водопада, шелест травы".
Третья концепция основана на логико-семантическом подходе, при котором информация трактуется как знание, причем не любое знание, а та его часть, которая используется для ориентировки, для активного действия, для управления и самоуправления.
Одной из важнейших характеристик информации является ее адекватность. Адекватность информации — это уровень соответствия образа, создаваемого с помощью информации, реальному объекту, процессу, явлению. От степени адекватности информации зависит правильность принятия решения.
Адекватность информации может выражаться в трех формах: синтаксической, семантической и прагматической.
Синтаксическая мера информации оперирует с обезличенной информацией, не выражающей смыслового отношения к объекту. На этом уровне объем данных в сообщении измеряется количеством символов в этом сообщении. В современных ЭВМ минимальной единицей измерения данных является бит — один двоичный разряд. Широко используются также более крупные единицы измерения: байт, равный 8 битам; килобайт, равный 1024 байтам; мегабайт, равный 1024 килобайтам, и т. д.
Прагматическая мера информации определяет ее полезность, ценность для процесса управления. Обычно ценность информации измеряется в тех же единицах, что и целевая функция управления системой.
Вопрос №2.
В настоящее время фон-неймановской архитектурой называется организация ЭВМ, при которой вычислительная машина состоит из двух основных частей — линейно-адресуемой памяти, слова которой хранят команды и элементы данных, и процессора, выполняющего эти команды. В основе модели вычислений фон Неймана лежат принцип последовательной передачи управления (счётчик команд) и концепция переменной (идентификатор).
Схема ЭВМ
Программа, выполняемая компьютером, представляет собой последовательность команд. Для того чтобы обеспечить последовательное выполнение команд выполняется следующее:
К
адресу первой команды прибавляется её
длина (в байтах), таким образом определяется
адрес второй команды. После выполнения
второй команды к её адресу прибавляется
её длина и определяется адрес третей
команды и.т.д. Если процесс нарушается,
выполняется процесс условного перехода.
Код операции – код, находящийся в оперативной части; определяет какая именно операция выполняется. занимает 8 бит
Микрооперация – элементарное действие внутри Вычислительной Машины.
Адресная часть – часть, где хранятся адреса. команды бывают одно-, двух-, трехадресные и безадресные(испольщуются для уменьшения числа обращений к оперативной памяти)
Регистр команд – регистр, после помещения в который, тело команды начнет выполняться .
Команды дробятся на микрокоманды. Микрокоманды и микрооперации находяятся в постоянной памяти. Каждой микрокоманде может соответствовать одна или несколько микроопераций
Принцип программного управления заключается в том, что после сообщения машине адреса первой команды программы и занесения тела этой команды в регистр команд, программа управляет сама собой. Далее никакого внешнего управления не требуется. Этот принцип выполняется как на уровне команд, так и на уровне микрокоманд.
Вопрос №3.
Операционная система представляет собой комплекс системных и служебных программ, управляющий ресурсами вычислительной системы и обеспечивающий пользовательский интерфейс, программно-аппаратный и программный интерфейс. Она опирается на базовое программное обеспечение – базовую систему ввода-вывода BIOS (Base Input-Output System. Программы, работающие под управлением операционной системы, называются приложениями. Под ресурсами вычислительной системы понимаются объем оперативной памяти, процессорное время, объем внешней памяти, внешние устройства.
Операционная система обеспечивает следующие виды интерфейсов:
интерфейс между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя);
интерфейс между программным и аппаратным обеспечением (программно-аппаратный интерфейс);
интерфейс между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).
Разновидности операционных систем
На сегодняшний момент в мире насчитывается много видов ОС. Такое разнообразие объясняется различными целями и задачами, которые ставили перед собой разработчики. Кроме того, каждая ОС, как правило, принадлежит к какому-то определённому семейству, которое развивалось уже продолжительное время.
Основные операционные системы на сегодняшний момент это Windows и Linux, именно они чаще всего встречаются на ПК. Также стоит отметить MacOS, использующуюся на компьютерах компании Apple.
В последние годы с развитием мобильных устройств и повышения их возможностей мобильные платформы становятся более популярными и актуальными для современных пользователей. Им уделяется не меньшее внимание, чем традиционным ОС, а разработчики создают программное обеспечение для них.
В некоторой степени такое расслоение и ослабление долгой монополии Microsoft на рынке приводит к тому, что пользователи начинают использовать несколько видов. Вторая операционная система - это часто вынужденная необходимость, попытка защитить свои данные, а также способ оптимизировать свою работу, используя все доступные средства.
Вопрос №4.
В каждой из операционных систем предусмотрены программные средства, которые существенно облегчают разработку и модификацию программного обеспечения ЭВМ. Они включают редактор, ассемблер, отладчик, компоновщик, интерпретаторы и компиляторы.
Редактор
Редакторы используются для ввода и модификации исходных программ или текстовой информации. Подобная информация обычно хранится в устройствах внешней памяти, таких, как твердые магнитные диски, магнитные дискеты или ленты, в форме файла3*, называемого исходным файлом. Редактор может формировать эти файлы и манипулировать информацией, содержащейся в них. Пользователи ЭВМ вызывают редактор путем введения соответствующих команд с клавишного пульта и получают требуемую информацию на экране видеотерминала (дисплея).
Хороший редактор микрокомпьютерной системы, как правило, обеспечивает:
построчное редактирование (в каждый момент времени обрабатываться может только одна строка
1) Монопольный режим (в отличие от режима коллективного пользования) - режим, при котором с системой работает только один пользователь.
2) Однопрограммный режим (в отличие от мультипрограммного) - режим, при котором в системе содержится и выполняется только одна программа. - Прим. перев.
3) Один из форматов последовательной записи данных. Группы слов (8 -г- 16-разрядных, от двух до нескольких тысяч) образуют блоки, а группы блоков (от двух до нескольких сотен) образуют файлы исходной программы или информации. Вместе с тем имеется возможность работы с полным экраном дисплея, что позволяет пользователю редактировать сразу целую страницу текста. (Размер экранной страницы обычно ограничен числом строк экрана видеотерминала.);
гибкое управление перемещением курсора видеотерминала для отслеживания текущего редактируемого символа. Специальные функциональные клавиши на пульте или их комбинации могут обеспечить передвижение курсора на любое место видеотерминала: в верх и в низ экрана, к начальному или конечному символу слова или строки, движение вверх и вниз от строки, вперед или назад;
считывание из устройств внешней памяти в память микро-ЭВМ информации для ее просмотра или изменения. Редактор также может переписывать новую информацию из памяти микро-ЭВМ в устройства внешней памяти. Обмен данными между ЭВМ и периферийными устройствами происходит автоматически;
• отображение на экране видеотерминала содержимого исходных файлов, записанных в устройствах внешней памяти. Любая часть исходного файла может быть выведена на дисплей по запросу пользователя в удобном формате. На экран можно вывести нужное число слов в строке или строк на странице, можно перемещать страницу вверх или вниз по строкам или «листать» текст на экране по страницам;
• ввод в микрокомпьютерную систему новой информации. Записанная на внешних носителях информация может перезаписываться, сохраняться или изменяться. Возможности редактирования могут предусматривать удаление и вставку текстовой информации в исходный файл по символам, словам, строкам или предложениям.
Простым построчным редактором текстов является программа EDLIN.COM, которая входит в операционную систему PC-DOS. На рис. 1.10 приведен пример работы с этой программой на персональном компьютере фирмы IBM под управлением операционной системы PC-DOC.
Вопрос №5.
Важнейший
элемент любого компьютера – процессор.
Данный элемент в большей степени
определяет возможности вычислительной
системы и, образно выражаясь, является
ее сердцем. Вовсе не обязательно он
представляет из себя одну микросхему.
В больших вычислительных системах
процессор (процессоры) могут занимать
пространство, размером не с один шкаф.
Например, процессор «Эльбрус»,
разработанный в Зеленограде и признанный
на сегодняшний день совершенством (с
точки зрения архитектуры, то есть
внутреннего строения) – представляет
собой систему довольно больших
геометрических размеров. Мы же будем
вести речь о микропроцессорах, то есть
об устройствах, которые используются,
в основном, в персональных компьютерах.
Микропроцессор, как правило, представляет
собой сверхбольшую интегральную схему,
реализованную в одном полупроводниковом
кристалле и способную выполнять функции
центрального процессора. Степень
интеграции определяется размером
кристалла и количеством реализованных
в нем транзисторов. Зачастую интегральные
микросхемы называют чипами (chips).
К
обязательным компонентам микропроцессора
относятся арифметико – логическое
(исполнительное) устройство и блок
управления. Они характеризуются скоростью
(тактовой частотой), разрядностью или
длиной слова (внутренней и внешней),
архитектурой и набором команд. Архитектура
процессора определяет необходимые
регистры, стеки систему адресации а
также систему команд и типы обрабатываемых
процессором данных. Обычно используются
следующие типы данных: бит (один разряд),
полубайт (4 бита), байт (8 бит), слово (16
бит), двойное слово (32 бита). Выполняемые
процессором команды предусматривают,
как правило, арифметические действия,
логические операции, передачу управления
(условную и безусловную) и перемещение
данных (между регистрами, памятью и
портами ввода-вывода).
Под
конвейерным режимом понимают такой вид
обработки, при которой интервал времени,
необходимый для выполнения процесса в
функциональном узле (например, в
арифметико-логическом устройстве)
микропроцессора, п
родолжительнее,
чем интервалы, через которые данные
могут вводиться в этот узел. Предполагается,
что функциональный узел выполняет
процесс в несколько этапов, то есть
когда первый этап завершается, результаты
передаются на второй этап, на котором
используются другие аппаратные средства.
Разумеется, что устройство, используемое
на первом этапе, оказывается свободным
для начала новой обработки данных. Как
известно, можно выделить четыре конкретных
этапа обработки команды микропроцессора:
выборка, декодирование, выполнение и
запись результата. Иными словами, в ряде
случаев пока команда выполняется, вторая
может декодироваться, а третья
выбираться.
С
внешними устройствами микропроцессор
может общаться “благодаря” шинам
адреса, данных и управления выведенными
на специальные контакты корпуса
микросхемы. Стоит отметить, что разрядность
внутренних регистров микропроцессора
может не совпадать с количеством внешних
выводов для линий данных. Иначе говоря,
микропроцессор с 32-разрядными регистрами
может иметь только 16 внешних линий
данных. Объем физически адресуемой
процессором памяти однозначно определяется
разрядностью внешней шины адреса как
2 в степени N, где N – количество адресных
линий.
Рисунок
1 структурная схема вычислительного
устройства
Таким
образом, структурная схема устройства,
выполняющего, например, операции сложения
будет выглядеть, как показано на рисунке
1, и состоять из процессора, памяти, шин
адреса, данных и управления. При этом
возникает необходимость ввода информации
и вывода результатов. Это достигается
использованием внешних устройств для
ввода - вывода информации (например,
клавиатуры, монитора).
Вопрос №6.
ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА. ИХ НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Внешние (периферийные) устройства персонального компьютера составляют важнейшую часть любого вычислительного комплекса. Стоимость внешних устройств в среднем составляет около 80-85% стоимости нашего комплекса. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей средой — пользователями, объектами управления и другими компьютерами.
Внешние устройства подключаются к компьютеру через специальные разъемы-порты ввода-вывода. Порты ввода-вывода бывают следующих типов:
параллельные (обозначаемые LPT1 — LPT4) — обычно используются для подключения принтеров;
последовательные (обозначаемые СОМ1 — COM4) — обычно к ним подключаются мышь, модем и другие устройства.
К внешним устройствам относятся:
устройства ввода информации;
устройства вывода информации;
диалоговые средства пользователя;
средства связи и телекоммуникации.
К устройствам ввода информации относятся:
клавиатура — устройство для ручного ввода в компьютер числовой, текстовой и управляющей информации;
графические планшеты (дигитайзеры) — для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняется считывание координат его местоположения и ввод этих координат в компьютер;
сканеры (читающие автоматы) — для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в компьютер машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей;
устройства указания (графические манипуляторы) — для ввода графической информации на экран монитора путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в компьютер (джойстик, мышь, трекбол, световое перо);
сенсорные экраны — для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в компьютер).
К устройствам вывода информации относятся:
графопостроители (плоттеры) — для вывода графической информации на бумажный носитель;
принтеры — печатающие устройства для вывода информации на бумажный носитель.
Основные виды принтеров:
матричные — изображение формируется из точек, печать которых осуществляются тонкими иглами, ударяющими бумагу через красящую ленту. Знаки в строке печатаются последовательно. Количество иголок в печатающей головке определяет качество печати. Недорогие вдринтеры имеют 9 иголок. Более совершенные матричные принтеры имеют 18 и 24 иглы;
струйные — в печатающей головке имеются тонкие трубочки — сопла, через которые на бумагу выбрасываются мельчайщие капельки чернил. Матрица печатающей головки обычно содержит от 12 до 64 сопел. В на-Встоящее время струйные принтеры обеспечивают разрешающую способность до 50 точек на миллиметр и скорость печати до 500 знаков в секунду при отличном качестве печати, приближающемся к качеству лазерной печати. Струйные принтеры выполняют и цветную печать, но разрешающая способность при этом уменьшается примерно вдвое;
лазерные — применяется электрографический способ формирования изображений. Лазер служит для создания сверхтонкого светового луча, вычерчивающего на Поверхности предварительно заряженного светочувствительного барабана контуры невидимого точечного электронного изображения. После проявления электронного Воображения порошком красителя (тонера), налипающей на разряженные участки, выполняется печать — перенoc тонера с барабана на бумагу и закрепление изображения на бумаге разогревом тонера до его расплавления. Лазерные принтеры обеспечивают наиболее высококачественную печать с высоким быстродействием. Широко используются цветные лазерные принтеры.
К диалоговым средствам пользователя относятся:
видеотерминалы (мониторы) — устройства для отображения вводимой и выводимой информации. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера (видеоадаптера). Видеоконтроллеры входят в состав системного блока компьютера (находятся на видеокарте, устанавливаемой в разъем материнской платы). Видеомониторы относятся к внешним устройствам компьютера. Основной характеристикой монитора является разрешающая способность, которая определяется максимальным количеством точек, размещающихся по горизонтали и по вертикали на экране монитора. Современные мониторы имеют стандартные значения разрешающей способности от 640 X 480 до 1600 х 1200, но реально могут быть и другие значения. Могут использоваться как цветные, так и монохромные мониторы;
устройства речевого ввода-вывода информации. К ним относятся различные микрофонные акустические системы, а также различные синтезаторы звука, выполняющие преобразование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через динамики или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.
Средства связи и телекоммуникации используются для подключения компьютера к каналам связи, другим компьютерам и компьютерным сетям. К этой группе прежде всего относятся сетевые адаптеры. В качестве сетевого адаптера чаще всего используются модемы (модулятор-демодулятор).
Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе — средствам мультимедиа.
Средства мультимедиа — это комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться компьютером, используя самые разные естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др. К средствам мультимедиа относятся:
устройства речевого ввода и вывода информации;
микрофоны и видеокамеры, акустические и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видеоэкранами;
звуковые и видеоплаты, платы видеозахвата, снимающие изображение с видеомагнитофона или видеокамеры и вводящие его в компьютер;
сканеры;
вешние запоминающие устройства большой емкости на оптических дисках, часто используемые для записи звуковой и видеоинформации.
Вопрос №7.
Компью́терная па́мять (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных, используемых в вычислениях, в течение определённого времени. Память, как и центральный процессор, является неизменной частью компьютера с 1940-х. Память в вычислительных устройствах имеет иерархическую структуру и обычно предполагает использование нескольких запоминающих устройств, имеющих различные характеристики.
В персональных компьютерах «памятью» часто называют один из её видов — динамическая память с произвольным доступом (DRAM), — которая в настоящее время используется в качестве ОЗУ персонального компьютера.
Задачей компьютерной памяти является хранение в своих ячейках состояния внешнего воздействия, запись информации. Эти ячейки могут фиксировать самые разнообразные физические воздействия (см. ниже). Они функционально аналогичны обычному электромеханическому переключателю и информация в них записывается в виде двух чётко различимых состояний — 0 и 1 («выключено»/«включено»). Специальные механизмы обеспечивают доступ (считывание, произвольное или последовательное) к состоянию этих ячеек.
Процесс доступа к памяти разбит на разделённые во времени процессы — операцию записи (сленг. прошивка, в случае записи ПЗУ) и операцию чтения, во многих случаях эти операции происходят под управлением отдельного специализированного устройства — контроллера памяти.
Также различают операцию стирания памяти — занесение (запись) в ячейки памяти одинаковых значений, обычно 0016 или FF16.
Наиболее известные запоминающие устройства, используемые в персональных компьютерах: модули оперативной памяти (ОЗУ), жёсткие диски (винчестеры), дискеты (гибкие магнитные диски), CD- или DVD-диски, а также устройства флэш-памяти.
Вид |
Среда, хранящая информацию |
Принцип чтения/записи |
Примеры |
Полупроводниковая память(англ. semiconductor storage) |
сформированные в полупроводнике элементы, имеющие 2 устойчивых состояния с различными электрическими параметрами |
включение в электрическую цепь |
SRAM,DRAM,EEPROM,Flash-память |
Магнитная память(англ. magnetic storage) |
Намагниченность участковферромагнитного материала (доменов) |
Магнитная запись |
Магнитная лента,магнитный диск,магнитная карта |
Оптическая память(англ. optical storage, laser storage) |
последовательность участков (питов), отражающих или рассеивающих свет |
чтение: отражение либо рассеяние лазерного луча от питов; запись: точечный нагрев, изменяющий свойства отражающего слоя |
CD, DVD,Blu-ray, HD DVD |
Магнитооптическая память (англ. magnetooptics storage) |
показатель преломления участков информационного слоя |
чтение: преломление и отражение луча лазера запись: точечный нагрев и электромагнитный импульс |
CD-MO, Fujitsu DynaMO |
Магниторезистивная память с произвольным доступом (англ. Spin Torque Transfer Random Access Memory, STT-RAM) |
магнитные домены |
В STT-RAM электрическое поле воздействует на микромагниты, заставляя их менять направление магнитного поля (спин). В свою очередь направление магнитного поля (справа — налево или сверху — вниз) вызывает изменение в сопротивлении (логические 0 и 1). |
MRAM |
Память с изменением фазового состояния(англ. phase change memory, PCM) |
молекулы халькогенида(chalcogenide) |
использует изменение фазового состояния халькогенида — вещества, способного под воздействием нагрева и электрических полей переходить из непроводящего аморфного состояния (1) в проводящее кристаллическое (0). В ней применены диоды вертикального типа и трехмерная кристаллическая структура. Не требует предварительного удаления старых данных перед записью новых, не требует электропитания для сохранения своего состояния.[4] |
PRAM |
Ёмкостная память(англ. capacitor storage) |
конденсаторы |
подача электрического напряжения на обкладки |
DRAM |
Вопрос №8.
Основные принципы построения ЭВМ были сформулированы американским учёным Джоном фон Нейманом в 40-х годах 20 века:
1. Любую ЭВМ образуют три основные компоненты: процессор, память и устройства ввода-вывода (УВВ).
2. Информация, с которой работает ЭВМ делится на два типа:
набор команд по обработке (программы);
данные подлежащие обработке.
3. И команды, и данные вводятся в память (ОЗУ) – принцип хранимой программы.
4. Руководит обработкой процессор, устройство управления (УУ) которого выбирает команды из ОЗУ и организует их выполнение, а арифметико-логическое устройство (АЛУ) проводит арифметические и логические операции над данными.
5. С процессором и ОЗУ связаны устройства ввода-вывода (УВВ).
Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через системную шину (другое название - системная магистраль).
Шина - это кабель, состоящий из множества проводников. По одной группе проводников - шине данных передаётся обрабатываемая информация, по другой - шине адреса - адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Третья часть магистрали - шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др).
Системная шина характеризуется тактовой частотой и разрядностью. Количество одновременно передаваемых по шине бит называетсяразрядностью шины. Тактовая частота характеризует число элементарных операций по передаче данных в 1 секунду. Разрядность шины измеряется в битах, тактовая частота – в мегагерцах.
Всякая
информация, передаваемая от процессора
к другим устройствам по шине данных,
сопровождается адресом,
передаваемым по адресной шине. Это может
быть адрес ячейки памяти или адрес
периферийного устройства. Необходимо,
чтобы разрядность шины позволила
передать адрес ячейки памяти. Таким
образом, словами разрядность шины
ограничивает объем оперативной памяти
ЭВМ, он не может быть больше чем 
,
где n – разрядность шины. Важно, чтобы
производительности всех подсоединённых
к шине устройств были согласованы.
Неразумно иметь быстрый процессор и
медленную память или быстрый процессор
и память, но медленный винчестер.
Поколение |
Особенности |
Быстродей- ствие (операций в секунду) |
Программное обеспечение |
Примеры |
Первое поколение(после 1946 года) |
Применение вакууно-ламповой технологии, использование систем памяти на ртутных линиях задержки, магнитных барабанах, электронно-лучевых трубках (трубках Вильямса). Для ввода-вывода данных использовались перфоленты и перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Была реализована концепция хранимой программы. |
10-20 тыс. |
Машинные языки |
ENIAC (США) МЭСМ (СССР) |
Второе поколение (после 1955 года) |
Замена электронных ламп как основных компонентов компьютера на транзисторы. Компьютеры стали более надежными, быстродействие их повысилось, потребление энергии уменьшилось. С появлением памяти на магнитных сердечниках цикл ее работы уменьшился до десятков микросекунд. Главный принцип структуры - централизация. Появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, устройства памяти на магнитных дисках. |
100-500 тыс. |
Алгоритмические языки, диспетчерские системы, пакетный режим |
IBM 701 (США) БЭСМ-6, БЭСМ-4, Минск-22, Минск-32(СССР) |
Третье поколение(после 1964 года) |
Компьютеры проектировались на основе интегральных схем малой степени интеграции (МИС - 10 - 100 компонентов на кристал) и средней степени интеграции (СИС - 10 -1000 компонентов на кристал). Появилась идея, которая и была реализована, проектирования семейства компьютеров с одной и той же архитектурой, в основу которой положено главным образом программное обеспечение. В конце 60-х появились мини-компьютеры. В 1971 году появился первый микропроцессор. |
порядка 1 млн. |
Операционные системы (управление памятью, устройствами ввода-вывода и другими ресурсами), режим разделения времени |
IBM 360 (США) ЕС 1030, 1060 (СССР) |
Четвертое поколение(после 1975 года) |
Использование при создании компьютеров больших интегральных схем (БИС - 1000 - 100000 компонентов на кристал) и сверхбольших интегральных схем (СБИС - 100000 - 10000000 компонентов на кристал). Началом данного поколения считают 1975 год - фирма Amdahl Corp. выпустила шесть компьютеров AMDAHL 470 V/6, в которых были применены БИС в качестве элементной базы. Стали использоваться быстродействующие системы памяти на интегральных схемах - МОП ЗУПВ емкостью в несколько мегабайт. В случае выключения машины данные, содержащиеся в МОП ЗУПВ, сохраняются путем автоматического переноса на диск. При включении машины запуск системы осуществляется при помощи хранимой в ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) программы самозагрузки, обеспечивающей выгрузку операционной системы и резидентного программного обеспечения в МОП ЗУПВ. В середине 70-х появились первые персональные компьютеры. |
десятки и сотни млн. |
Базы и банки данных |
Супер- компьютеры (многопроцес- сорная архитектура и использование принципа параллелизма), ПЭВМ |
Пятое поколение(после 1982 года) |
Главный упор при создании компьютеров сделан на их "интеллектуальность", внимание акцентируется не столько на элементной базе, сколько на переходе от архитектуры, ориентированной на обработку данных, к архитектуре, ориентированной на обработку знаний. Обработка знаний - использование и обработка компьютером знаний, которыми владеет человек для решения проблем и принятия решений. |
|
|
|
Вопрос №9.
Взаимодействие внешних и центральных устройств ЭВМ.
Магистрально-модульный принцип построения компьютера Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, т. е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет потребителю самому подобрать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости его модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации.Магистраль или системная шина - это набор электронных линий, связывающих воедино по адресации памяти, передачи данных и служебных сигналов процессор, память и периферийные устройства. Обмен информацией между отдельными устройствами ЭВМ производится по трем многоразрядным шинам, соединяющим все модули, шине данных, шине адресов и шине управления. Подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. За реакцию устройства процессор не отвечает - что функция контроллера. Поэтому внешние устройства ЭВМ заменяемы, и набор таких модулей произволен. Данные по шине данных могут передаваться как от процессора к какому-либо устройству, так и в обратную сторону, т. е. шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием шины передачи данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств, чтение данных с устройств ввода, пересылка данных на устройства вывода.
Вопрос №10.
Visual Studio включает в себя редактор исходного кода с поддержкой технологии IntelliSense и возможностью простейшегорефакторинга кода. Встроенный отладчик может работать как отладчик уровня исходного кода, так и как отладчик машинного уровня. Остальные встраиваемые инструменты включают в себя редактор форм для упрощения создания графического интерфейса приложения, веб-редактор, дизайнер классов и дизайнер схемы базы данных. Visual Studio позволяет создавать и подключать сторонние дополнения (плагины) для расширения функциональности практически на каждом уровне, включая добавление поддержки систем контроля версий исходного кода (как например, Subversion и Visual SourceSafe), добавление новых наборов инструментов (например, для редактирования и визуального проектирования кода на предметно-ориентированных языках программирования или инструментов для прочих аспектов цикла разработки программного обеспечения (например, клиент Team Explorer для работы с Team Foundation Server).
Visual Studio включает один или несколько компонентов из следующих:
Visual Basic .NET, а до его появления — Visual Basic
Visual C++
Visual C#
Visual F# (включён начиная с Visual Studio 2010)
Вопрос №11.
--
Вопрос №12
Отладка программы
ОТЛАДКА ПРОГРАММЫ (program debugging). Этап разработки программы, состоящий в локализации, выявлении и устранении программных ошибок, факт существования которых уже установлен. О. п. имеет место тогда, когда очевидно, что программа либо не компилируется, либо работает неправильно. Синтаксические ошибки обычно выявляются в процессе компиляции программы. Наличие некоторых синтаксических, а также смысловых или семантических ошибок устанавливается в процессе тестирования программы. В системах программирования существуют специальные средства О. п. - отладчики, которые позволяют в режиме интерпретации установить контрольные точки, выполнить отдельные участки программы и просмотреть результаты работы операторов. Очень эффективной может оказаться трассировка программы, но не будучи тщательно спланированной, она приводит к таким объемам выдаваемой информации, что разобраться в ней программисту бывает просто не под силу. Однако программисту редко удается обойтись стандартными средствами О. п. Желательно еще на этапе программирования предусматривать и вводить в программу собственные средства О. п., отслеживающие ход выполнения алгоритма, обращения к переменным и подпрограммам или воспроизводящие значения переменных. В этом случае места ошибок могут определяться с большой точностью. Удобству О. п. способствует модульное программирование, позволяющее проводить отдельно отладку каждого модуля программы. По мнению специалистов, О. п., как правило, занимает больше времени, чем все остальные стадии создания программы. Вот несколько советов программисту, данных в книге Д. Ван Тас-села "Стиль, разработка, эффективность, отладка и испытание программ": первым делом проверяйте программу за столом; применяйте отладочный компилятор, вводите средства отладки как можно раньше; контролируйте правильность вводимых данных; используйте все доступные для вас средства отладки. Делайте программу правильной с самого начала. См. отладка
Вопрос №13.
--
Вопрос № 14.
Технология разработки программ, стиль программирования, документирование программ
Цель разработки программного обеспечения заключается в создании высококачественной системы, которая удовлетворяет требованиям пользователя. Для этого необходимо знать условия успешной разработки приложений, этапы разработки программ и особенности разработки приложений на VBA и программ на других языках.
Введение в разработку приложений.
Разработка приложений - это процесс описания, построения и поставки программных продуктов. Программными продуктами является все программное обеспечение, включая операционные системы, среды разработки баз данных, инструменты для программирования, а также приложения, предназначенные для решения одной конкретной задачи. Хотя при детальном рассмотрении разработка каждого из этих типов продуктов отличается от других, основные действия, выполняемые при создании любого приложения, очень схожи. Подход к разработке программного обеспечения, описанный здесь, относится к разработке объектно-ориентированных приложений. Однако многие методы могут использоваться для любого объекта, будь то разработка новой операционной системы или создание программы VBA, предназначенной для управления базами данных с помощью Microsoft Excel.
Этапы разработки приложений.
Разработка приложений проходит в несколько этапов. За первой версией программы (обычно версия 1.0) периодически выпускаются следующие версии, которые включают как принципиально новые средства, так и улучшенные старые. Каждый цикл разработки можно разделить на несколько взаимосвязанных этапов. Ниже рассматриваются четыре основные фазы (рис. 13.1). Понимание сути каждого из этапов разработки программного обеспечения поможет правильно выбрать круг действий, которые необходимо выполнить для создания качественной программы:
Определение требований. Выявление потенциальных пользователей создаваемого приложения и максимально точное описание предъявляемых ими требования.
Проектирование. Анализ задач, для решения которых разрабатывается приложение, создание проекта, удовлетворяющего требованиям пользователей.
Разработка. Написание кода, отладка и документирование программы, при условии, что она удовлетворяет требованиям пользователей.
Поставка. На данном этапе требуется записать программу на магнитный носитель и распространить ее среди пользователей.
Рис. 13.1. Этапы разработки приложений
Заметим, что разработка программного обеспечения (ПО) - итерационный процесс, некоторые этапы которого могут перекрываться.
Рабочие группы и функции участников проекта.
Действия, выполняемые при разработке ПО, лучше производить в группе. Групповой подход к проектированию имеет следующие преимущества:
Скорость
- быстрое получение промежуточных
результатов;
Использование опыта членов группы - разрешение вопросов с использованием опыта всех членов группы.
Число людей, работающих над проектом, зависит от масштаба проекта, времени, отпущенного на создание ПО и суммы бюджета. На количество разработчиков влияют:
Эффективность организационной структуры;
Степень важности проекта;
Уровень профессионализма членов группы.
Вне зависимости от размера группы для успешной разработки ПО требуется решить заранее известный набор задач. В табл. 13.1 приводится описание функций участников проекта. Теоретически каждый член группы должен иметь только одну функцию, но для небольших групп это неосуществимо.
Функции участников проекта.
Вопрос №15.
Актуальность теш. В настоящее время значительно возрос объем задач, которые можно перевести на язык вычислительных машин. Расширился диапазон естественных наук,для которых на сегодняшний день возможно и необходимо применение вычислительных машин. Основными этапами решения всякой задачи на ЭВМ являются: формализация, которая заключается в ее математическом описании с использованием определенных обозначений и систем правил; программирование-перевод построенной математической модели на язык конкретной ЭВМ, например, на ФОРТРАН; отладка-поиск и устранение из программы ошибок для ее адекватного функционирования согласно математической модели и исходной постановке задачи. Ввиду неформальности и сложности отладки доля времени и других ресурсов, необходимых на поиск и устранение ошибок в программах, может достигать Ъ0% и более от всех выделенных на решение задачи.
Традиционный метод отладка-тестирование не обеспечивает построение в рамках существующих подходов и технологий разработки программного обеспечения простых и эффективных методик для обнаружения значительной части семантических ошибок. Отсутствие таких методик объясняется как недостаточной изученностью процесса отладки, так и все усложняющимся и увеличивающимся в объеме прикладным программным обеспечением. Поэтому задача совершенствования процесса отладки и разработки более эффективных приемов и методов для проведения отладки является весьма актуальной.
Цель работы. Целью диссертационной работы является:
1) исследование семантических ошибок программирования и создание каталога наиболее типичных устойчивых ошибок;
2) исследование метода отладки программ путем поиска конкретных семантических ошибок, взаимосвязи метода с другими способаш отладки, эффективности метода;
3) разработка командного языка для проведения диалоговой отладки программ пользователя методом поиска конкретных ошибок;
4) разработка эффективных алгоритмов для поиска конкретных семантических ошибок;
5) разработка диалоговой системы отладки, поддерживающей метод поиска конкретных ошибок;
6) исследование областей применения метода поиска конкретных ошибок и методик использования отладочных процедур.
Научная новизна и обоснованность результатов. Исследованный в диссертационной работе метод отладки программного обеспечения является новым подходом к процессу отладки и к повышению надежности программного обеспечения. В рамках исследований метода получены следующие новые научные результаты:
- создан каталог семантических устойчивых ошибок программирования .определенных в терминах программных конструкций,что предопределяет возможность построения алгоритмов поиска таких ошибок;
- разработан язык ПОИСК-ДИАЛОГ для проведения семантической отладки программ;
- разработаны алгоритмы анализа исходных текстов программ и поиска семантических ошибок;
- создана диалоговая система отладки КАПКАН-ФОРТРАН на основе метода поиска конкретных ошибок;
- исследованы области применения системы отладки КАПКАН-ФОРТРАН и разработаны методики применения отладочных процедур;
- проведена серия машинных экспериментов по поиску ошибок в программах пользователей, подтверждающих эффективность системы.
Вопрос №16.
В настоящее время создание алгоритмов - написание программ для электронных вычислительных машин - стало видом человеческой деятельности. Важнейший конструктивный компонент программирования, не зависящий от особенностей синтаксиса языков программирования и специфики функционирования конкретных вычислительных машин, - разработка алгоритма.
Подходы к созданию алгоритмов и требования к ним существенно изменялись в ходе эволюции компьютеров. Первоначально, в эпоху ЭВМ 1 - го и 2-го поколений, когда они были еще мало распространены, машинное время было дорого, а возможности ЭВМ очень скромны (с точки зрения сегодняшних достижений), основным требованием к алгоритму была его узко понимаемая эффективность:
1) минимальные требования в отношении оперативной памяти компьютера - . программа должна была использовать наименьшее возможное число ячеек оперативной памяти компьютера;
2) минимальное время исполнения (минимальное число операций). При этом программы составлялись из команд, непосредственно или почти непосредственно исполнявшихся компьютером (точнее говоря, процессором):
• операции присваивания;
• простейших арифметических операций;
• операций сравнения чисел;
• операторов безусловного и условных переходов (изменяющих порядок вычисления команд в программе);
• операторов вызова подпрограмм (вспомогательных алгоритмов).
Такой подход в программировании (создании алгоритмов), ориентированный на непосредственно выполняемые компьютером операции, можно назвать операциональным.