Контрольные вопросы для самоподготовки студентов
Что собой представляет описание процедуры/функции?
Что такое формальные и фактические параметры?
Какое соответствие должно быть между формальными и фактическими параметрами?
Как осуществляется вызов процедуры/функции?
В чем состоит отличие функции от процедуры?
Когда предпочтительнее использовать процедуру, а когда функцию?
Какие переменные называются локальными?
Как передать в качестве аргумента массив в подпрограмму?
Что значит передача параметров по ссылке и по значению?
Объяснить назначение служебного слова STATIC в строке описания подпрограммы.
Ссылки на литературные источники, приведенные в рабочей программе дисциплины
Информатика. Базовый курс. 2-е издание/Под. Ред. С.В. Симоновича. - СПб.:Питер, 2008.-640 с.
Информатика. Моделирование.- Волгоград: НОУ ВПО ВНБ, 2009.- Саратов: Издательство «Вузовское образование», 2013.- 143 с. (электронный ресурс) режим доступа http://www.iprgookshop.ru/11320.html
Практикум по курсу “Алгоритмизация и программирование”. Часть 1: Учебное пособие / А.А. Андрианова, Т.М. Мухтарова. - Казань: Казанский государственный университет, 2008. – 95 с. (электронный ресурс) режим доступа http://window.edu.ru/resource/951/79951/files/Programming1.pdf
Основы алгоритмизации и программирования: учеб. пособие / Т.А. Жданова, Ю.С. Бузыкова. – Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос.ун-та, 2011. – 56 с. (электронный ресурс) режим доступа http://window.edu.ru/resource/402/77402/files/alg_prog.pdf
Аляев Ю.А., Козлов О.А. Алгоритмизация и языки программирования Pascal, C++, VisualBasic. – М.: Финансы и статистика, 2002. – 320 с.
Создание подпрограмм на языке QBASIC: Методические указания для прак. занятий/Сост. Г.А. Фролова. - Егорьевск: - ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН", 2013.-22с.(электрон. библиотека ЕТИ)
Лекция 10 Тема «Общие принципы организации и работы современных эвм»
План лекции
Что такое компьютер?
Состав и работа компьютерной системы.
Принципы построения ЭВМ.
Классическая архитектура компьютера.
Шинная архитектура компьютера.
Что такое компьютер?
Компьютер(агл. computer - вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами.
Существует два основных класса компьютеров:
цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде двоичных кодов;
аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время, угол поворота), которые являются аналогами вычисляемых величин.
Поскольку в настоящее время подавляющее большинство компьютеров являются цифровыми, далее рассматриваться будет только этот класс компьютеров.
Основу компьютеров образует аппаратура (hardware), построенная, в основном с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (software) – заранее заданных, четко определенных последовательностей арифметических, логических и других операций.
Состав и работа компьютерной системы
Разнообразие современных компьютеров очень велико. Но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих в любом компьютере выделить следующие главные устройства:
память (запоминающее устройство – ЗУ), состоящую из перенумерованных ячеек;
процессор, включающий устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);
устройство ввода;
устройство вывода.
Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация (см. рис.19).
Рис. 19 Общая схема компьютера
В составе процессора имеется ряд специализированных ячеек памяти, называемых регистрами. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Некоторые регистры имеют свои названия: сумматор, счетчик команд, регистр команд.
Сумматор – регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции.
Счетчик команд – регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательности ячеек памяти;
Регистр команд – регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные – для хранения адресов операндов.
Принципы построения ЭВМ
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены принципы, сформулированные американским ученым Джоном фон Нейманом в 1945 г.
Принцип программного управления. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является принцип программного управления. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе. После ее завершения в память загружается другая программа.
Программа, требуемая для работы ЭВМ, предварительно размещается в памяти компьютера, а не вводится команда за командой. Память строится по принципу иерархии: для часто используемых данных выделяется память меньшего объема, но большего быстродействия; для редко используемых данных выделяется память большего объема, но меньшего быстродействия.
Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды.
А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.
Если нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к другой, используются команды условного и безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды «стоп».
Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.Принцип программного управления реализуется за счет наличия в компьютере устройства управления и развитого запоминающего устройства.
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.Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов – бит, объединенных в группы по 8 бит, которые называются байтами. Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом. Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова – чаще всего четыре байта. Как правило, в одном машинном слове может быть представлено одно целое число, либо одна команда. Широко используются более крупные единицы объема памяти: Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, Терабайт, Петабайт.
Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Компьютеры, построенные на этих принципах, называются фон-неймановские.
Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д.
Структура компьютера – это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами выступают самые различные устройства – от основных логических узлов компьютера до простейших схем.
Связь между устройствами компьютера осуществляется с помощью сопряжений, которые в вычислительной технике называются интерфейсами. Интерфейс представляет собой совокупность стандартизированных аппаратных и программных средств, обеспечивающих обмен информацией между устройствами. В основе построения интерфейсов лежит унификация и стандартизация.
Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) –одно АЛУ, через которое проходит поток данных, и одно УУ, через которое проходит поток команд – программа. Это однопроцессорный компьютер (см. рис.20).
Рис.20 Классическая архитектура ЭВМ
К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной, называемой также системной магистралью(см. рис.21). Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на три группы: шину адреса, шину команд, шину данных. Количество проводов в системной шине, предназначенных для передачи данных, называется разрядностью шины. Разрядность определяет число битов информации одновременно передаваемых по шине. Количество проводов для передачи адресов, или адресных линий, определяет, какой объем оперативной памяти может быть адресован.
Рис. 21Архитектура ЭВМ с общей шиной
Периферийные устройства подключаются к компьютеру через специальные микросхемы – контроллеры. Контроллер – устройство для управления периферийным устройством. Контроллеры освобождают процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.
Единая система аппаратных соединений значительно упростила структуру, сделав ее более децентрализованной. Все передачи данных по шине осуществляются под управлением сервисных программ.
Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы, которые являются общим стандартом структур современных компьютеров: модульность построения, магистральность, иерархия управления.
Модульность построения предполагает выделение в структуре компьютера достаточно автономных, функционально и конструктивно законченных устройств (процессор, модули памяти, накопитель на жестком диске, видеокарта и другие).
Модульная конструкция компьютера превращает его в открытую систему, способную к адаптации и совершенствованию. К компьютеру можно подключать дополнительные устройства, улучшая его технические и экономические показатели. Появляется возможность увеличения вычислительной мощности, улучшения структуры путем замены отдельных устройств на более совершенные, изменения и управления конфигурацией системы, приспособления ее к конкретным условиям применения в соответствии с требованиями пользователя.