1.4. Компьютерная программа
Остановимся несколько подробнее на последней форме записи алгоритмов – компьютерных программах, как наиболее важной для нас форме представления алгоритмов в свете изучаемых понятий информатики, компьютерных и информационных технологий.
Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд.
Команда – это описание операции, которую должен выполнить компьютер.
Как правило, у команды есть свое обозначение (код выполняемой операции), указания по определению операндов (или их адресов) и предписания по размещению получаемого результата. Результат команды вырабатывается по точно определенным для данной команды правилам, заложенным в конструкцию компьютера. Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.
Важно знать, что в компьютерной технике для всех видов информации (команды, числовые и текстовые данные, адреса и т.п.), хранящихся в памяти ЭВМ или на машинных носителях принята единая форма их представления – двоичные числа (коды), которые надлежащим образом интерпретируются и обрабатываются соответствующими компьютерными программами. В связи с этим, бессмысленно пытаться обрабатывать с помощью компьютерной программы такой вид информации, для которого данная программа не предназначена. В этом случае будет выдано либо сообщение о невозможности такой обработки, либо обрабатываемая информация будет представлена в недоступной для понимания форме или в недопустимом для дальнейшей обработки виде.
2. Аппаратное и программное обеспечение пк
2.1. Архитектура пк и логические принципы его работы
Компьютер (от английского слова computer – вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать различные виды информации и производить необходимые для этого вычисления.
Обобщенная структурная схема, или, как принято говорить, архитектура ЭВМ, а также её принципы устройства и работы за последние десятилетия практически не изменились. Современные компьютеры сохраняют архитектуру, предложенную одним из первопроходцев в области компьютерной техники – американским ученым Джоном фон Нейманом (1945 г.), и включают в себя:
а
рифметико-логическое
устройство (АЛУ) или блок выполнения
элементарных операций (машинных команд);устройство управления (УУ), который указывает порядок шагов, т.е. управляет процессором вычислений;
устройства ввода (УВв) и вывода (УВыв) данных;
оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – память компьютера;
внешние запоминающие устройства (ВЗУ).
На приведенной слева схеме двойными линиями обозначены потоки передачи информации (шины данных), а одинарными – каналы передачи команд управления.
Для выполнения каждой вычислительной команды программы УУ осуществляет следующую последовательность действий:
определяет адрес (место в памяти) очередной команды;
считывает команду из памяти и расшифровывает её;
вызывает из памяти её операнды и пересылает их в АЛУ;
настраивает АЛУ на выполнение нужной операции;
пересылает полученный результат по адресу, указанному в команде.
Помимо вычислительных операций УУ выполняет и другие команды: пересылки информации из одних мест памяти в другие, а также ввода и вывода информации.
Джон фон Нейманом были сформулированы следующие основные принципы построения компьютера:
1. Принцип объединения (интеграции) двух устройств АЛУ и УУ в составе одного устройства – процессора (микропроцессора).
2. Принцип программного управления – компьютерная программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически одна за другой в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес ячейки памяти на длину очередной исполняемой команды. Поскольку команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения очередной команды перейти не к следующей за ней, а к какой-то другой команде, то используются операторы условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд адрес ячейки памяти, содержащей команду, определяемую оператором перехода. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды "стоп". На этом работа компьютерной программы завершается.
2. Принцип однородности памяти – программы и данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила генерирования некоторых ее частей, что позволяет организовывать выполнение циклов и вызов подпрограмм. Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты выполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции – перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на машинный язык конкретного компьютера.
3. Принцип адресности – структурно ОЗУ состоит из пронумерованных ячеек, и процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка памяти. Отсюда следует возможность задавать имена областям памяти, так, чтобы к запоминаемым в них значениям можно было обращаться в процессе выполнения программы не по их адресам, а по присвоенным им именам, что намного удобнее для программистов.
5. Принцип использования двоичной системы счисления как самой "родной" для компьютера, поскольку элементная база любого компьютера состоит из устройств, которые могут надежно находиться только в двух различных состояниях: "Включено / Выключено", "Есть ток (заряд, магнитный поток, напряжение) / Нет тока (заряда, магнитного потока, напряжения)" и т.п.
Компьютеры, построенные на изложенных выше принципах, относятся к типу так называемых "фон-неймановских" компьютеров. Следует отметить, что предпринимавшиеся ранее попытки использования в компьютерах таких систем счисления как троичная (самая эффективная система счисления) и десятичная (самая привычная система счисления) приводили к неоправданному усложнению конструкции компьютера и логики его работы. В настоящее время в компьютерах помимо двоичной системы счисления иногда используются восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления. Эти системы счисления не приводят к указанным выше сложностям, а наоборот упрощают адресацию больших массивов ячеек памяти при разработке программ, поскольку они являются "родственными" по отношению к двоичной системе счисления, так как базируются на ней (23=8 и 24=16).
Подытоживая разговор об основных логических принципах работы компьютера, можно заключить, что главный принцип действия компьютера состоит в выполнении им программы – заранее заданной, четко определенной последовательностей арифметических, логических и других видов операций.