2.3. Структура компьютера с позиций программы
Структура компьютера с позиций программы представлена на рис. 2.1. После загрузки программы в оперативную память, текст программы на языке компьютера, ее константы и переменные размещаются в оперативной памяти. А реализация алгоритма обеспечивается всего тремя видами базовых операций. Это ввод исходных данных (О1), формирование новых данных в соответствии с применяемым методом (О2) и вывод результатов (О3).
Направление передачи данных при выполнении этих операций показано стрелками. Ввод данных производится с одного из внешних устройств в оперативную память. Результатом операции О2 является новое значение, которое присваивается какой-либо переменной программы, в связи с чем ее называют операцией присваивания или просто присваиванием. При ее выполнении исходные данные считываются из оперативной памяти, результат записывается вновь в оперативную память, а формирование (вычисление) результата производится в центральном процессоре. Вывод результатов работы программы в целом производится из оперативной памяти на одно из внешних устройств.
О1 О3
О2
Рис. 2.1. Структура ЭВМ с позиций программы.
В связи с этим для записи алгоритма, вне зависимости от формы записи алгоритма, в его составе должны быть заданы правила представления этих операций, как основных. Рассмотрим их.
2.4. Базовые операции
Ввод. Ввод – это процесс копирования данных (констант) с внешнего устройства во внутренние переменные программы. При этом никаких новых значений не формируется, но производится преобразование формы их представления. Например, код клавиши, нажатой на клавиатуре, преобразуется в двоичное число – номер символа в таблице символов.
Запись операции ввода в алгоритме имеет следующий вид:
где список ввода – перечень имен переменных, записанных через запятую, значения которых должны быть заменены теми, которые будут поступать с внешнего устройства.
Отметим, что в результате выполнения данной операции переменные из списка ввода всегда получают новые значения (с потерей старых значений), и эти значения присваиваются в том порядке, в котором переменные указаны в списке.
Пример:
Пусть с входного устройства поступает последовательность чисел 12, 3.5, -2.
И пусть выполняется операция “ввод (a, s[7], x)”
Тогда после ее выполнения переменные примут следующие значения:
a = 12; s[7] = 3.5 ; x = -2
Присваивание. Это операция формирования нового значения для внутренней переменной. Запись ее имеет следующий вид:
Операция заключается в вычислении выражения и присваивании его значения переменной, имя которой записано слева от записи “:=”, называемой символом присваивания. Переменная, находящаяся слева от знака присваивания, должна быть скалярной, т.е. такой, которая одновременно может хранить одно единственное значение. Выражение строится так же, как это принято в математике: оно может содержать константы, переменные и функции, а для задания порядка вычислений, не совпадающих со старшинством (приоритетностью) операций, можно использовать круглые скобки.
В общем случае имя некоторой переменной может присутствовать одновременно как слева, так и справа от знака присваивания. При вычислении выражения всегда используется то значение переменной, которое она имела до начала операции. Присваивание нового значения переменной (справа от знака “:=” ) производится строго после завершения вычислений.
Примеры записи операции:
y := sin(x) {присвоить значение функции синус от аргумента x}
d[2] := exp(-s/(t+2)) {присвоить новое второму элементу массива d}
k := k+1 {увеличить значение переменной k на единицу}
Отметим одно из условий, которое должно быть обязательно выполнено: типы выражения и переменной слева от знака присваивания должны совпадать.
Вычисление выражений имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать. Одной из них является неопределенность некоторых алгебраических операций и элементарных функций при некоторых значениях аргументов.
Примеры.
Некорректность деления целых (упоминавшаяся выше).
Неопределенность деления на ноль – в этом случае происходит аварийное завершение программы. Аналогичная ситуация возникает и при делении на достаточно малое (и не равное нулю) делимое.
Неопределенность значения функции логарифм от вещественного числа, близкого к нулю.
Причиной исключительных ситуаций может служить возникновение промежуточных значений, превышающих диапазоны допустимых значений:
Результат выражения 10100 превышает МаксВещ и не может быть представлен в памяти компьютера.
Результат выражения
при
(МаксВещ)
превышает МаксВещ и не может быть
представлен в памяти компьютера.Результат выражения
при
превышает МаксВещ и не может быть
представлен в памяти компьютера.
Вывод. Вывод – это процесс формирования на внешнем устройстве цепочки символов. При выводе на экран или на принтер результатом операции будут сформированные строки текста. Правила размещения выводимой на печать (экран) информации определяются во внешней спецификации, а в алгоритме могут задаваться в одной из двух форм: списком вывода или образцом вывода.
Запись операции вывода по списку имеет вид
где элементом списка вывода может быть
символьная константа,
имя переменной или выражение, значение которых в виде символьной строки должно быть отображено на устройстве вывода.
При использовании списка вывода можно задать только порядок вывода элементов, но не правила их размещения на внешнем устройстве.
Запись операции вывода по образцу выглядит следующим образом:
Пример записи операции ввода по образу:
вывод
Здесь значения переменных a и b, подлежащие выводу, будут помещены в позиции образца, заключенные в угловые скобки, а прямоугольная рамка условно отделяет образец от остального текста алгоритма (служит границами образца).
Пример вывода той же информации по списку имеет вид:
вывод(‘SIN(‘, a ,’) =’ ,b)
При выводе последовательности элементов можно использовать обобщенную компактную форму записи.
Примеры:
Вывести в соответствии с заданным образцом все элементы одномерного массива Z, содержащего n элементов по 5 чисел в строке:
Вывод
Вывести все элементы массива А, не оговаривая формы их размещения:
