Введение

11

Введение

Понятие об ЭВМ (ПЭВМ, ПК). Чтобы понять, что такое ЭВМ (ПЭВМ — персональная ЭВМ или, как сейчас чаще называют, ПК — персональный компьютер), рас­смотрим принципы структуры и работы простейшей ЭВМ.

Итак, самая простая ЭВМ содержит следующие ос­новные блоки и устройства:

Процессор — «мозг» компьютера — устройство, не­посредственно выполняющее операции над числами (в частности, все арифметические и логические операции) и управляющее работой всех блоков ЭВМ при решении лю­бых задач по заданным программам. В ПК процессор на­зывается микропроцессором, потому что создается на ос­нове прецизионных нанотехнологий. В каждом новом поколении микропроцессоров для ПК в несколько раз больше транзисторов на одном квадратном миллиметре полупроводникового кристалла.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — служит для хранения в ЭВМ (ПК) программы, исходных данных, результатов решения задач, с которыми непос­редственно в данный момент времени работает ЭВМ. ОЗУ состоит из отдельных ячеек. В каждую ячейку можно записывать только одно число. При записи нового числа в данную ячейку старое стирается.

Устройства ввода — служат для ввода в ЭВМ про­грамм и исходных данных задач для последующего раз­мещения их в ОЗУ или других запоминающих устрой­ствах (см. далее).

Устройства вывода — служат для представления ре­зультатов работы ЭВМ в виде, удобном для человека — пользователя ЭВМ-ПК. В качестве устройств ввода-выво­да в ПК чаще всего используются монитор и клавиату­ра. Также в качестве устройств ввода используются ска­нер, дигитайзер и др., а для вывода результатов вычис-

лений — печатающие устройства: принтер, графопостро­итель и т.п. (также см. далее).

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) — слу­жат для длительного хранения данных и программ для ЭВМ (ПК). Дело в том, что записанные в ОЗУ-величины хранятся до тех пор, пока к ЭВМ подведено электропи­тание. После выключения электрического питания все они стираются. В качестве основного ВЗУ в ПК исполь­зуются жесткие диски, или винчестеры, — несъемные магнитные диски, имеющие большую информационную емкость и быстродействие. ВЗУ используется как для более длительного хранения данных, так и в том слу­чае, когда объем ОЗУ оказывается недостаточным и часть данных во время вычислений из ОЗУ «подхватывает» ВЗУ. Этот процесс называется свопированием (см. ниже). ОЗУ и ВЗУ вместе являются накопителями информа­ции и определяют оперативную и долговременную «па­мять» ПК.

• Основные функциональные элементы ПК: микро­процессор, память, схемы управления клавиатурой и т.д. располагаются на специальной печатной плате — сис­темной плате, которую обычно называют материнской платой. Основные характеристики современных ПК в ос­новном и определяются устройством и параметрами ма­теринской платы.

Перечисленные блоки и устройства содержит любая ЭВМ. ПК (или ПЭВМ) отличается тем, что все вышепере­численное оборудование размещается на столе или даже в кармане и позволяет быть действительно «персональ­ным».

Понятие о программе. Программа — это предписа­ние, указывающее, какие операции, над какими данны­ми и в каком порядке ЭВМ должна выполнять.

Каждый тип ЭВМ и ПК обладает своим собственным «внутренним» языком и может понимать программы, на­писанные только на нем. Такие программы называют заг­рузочными (исполняемыми), или загрузочным модулем.

Такие же языки, как Бейсик, Паскаль, Делфи, СИ и пр., называемые компьютерными языками, на самом деле для компьютера «чужие». Программы на таких язы-

I 2 Основы информатики

ках называются исходными. Для работы ЭВМ с исход­ной программой ее необходимо перевести на внутренний язык машины при помощи специальной программы-пе­реводчика — «транслятора».

Пример исходной программы.

Пусть нужно вычислить значение Y=(3X-A)/(5+X) при Х=2, А=5. Очевидно, что для решения этой задачи следует выполнить операции, указанные ниже в левом столбце в порядке очередности. Это описание последова­тельности операций и есть программа решения данной задачи, но ориентированная на человека. Механически выполняя указанные в программе операции, любой гра­мотный человек решит эту задачу.

Если же в приведенной последовательности некото­рые слова удалить, а некоторые заменить специальными символами, то получится программа решения задачи для ЭВМ (правый столбец):

1	Принять Х=2.	1.	Х=2
2	Принять А=5.	2.	А=5
3.	Вычислить В=ЗХ.	3.	В=3-Х
4.	Вычислить С=В-А.	4.	С=В-А
5.	Вычислить D=5+X.	5.	D=5+X
6.	Вычислить Y=C/D.	6.	Y=C/D
7.	Записать значение Y.	7.	PRINT Y
8.	Вычисления остановить (прекратить)	8.	END

Если ввести программу в ЭВМ, то она будет выпол­нять все операции строго по порядку и выдаст искомый результат, отпечатав значение Y по команде: PRINT Y.

«Общение» с любой ЭВМ, в том числе и ПК, предпо­лагает выполнение двух видов работ:

1. создание программы;

1. работа с готовой программой (решение задач при помощи программ).

В первую очередь уточним, что такое «готовая про­грамма». Программу можно считать готовой, если она отлажена, испытана на отсутствие изъянов (так называ­емых «багов»), записана в ВЗУ (на CD или винчестер) и, кроме этого, снабжена инструкцией по работе с ней. Ин­струкция обычно также хранится в ВЗУ и часто выдает­ся по мере выполнения самой программы.

Введение ] 3

Для работы программы ее требуется установить на ЭВМ. Установкой программы, или инсталляцией (бук­вальный перевод слова «установка» на английский), на­зывается процесс переноса ее текста в ВЗУ ЭВМ и созда­ние всех условий для ее работы.

Процесс включения программы в работу называется запуском программы. При этом программа загружается из ВЗУ в ОЗУ. Поэтому вместо термина «запуск» часто используется термин «загрузка программы».

Понятие операционной системы. Некоторые програм­мы являются неотъемлемой частью ЭВМ, например, опе­рационная система (ОС). Собственно, это сложный ком­плекс программ, управляющий работой всех компонен­тов ЭВМ, в первую очередь процессором. Каковы функ­ции операционной системы? В процессе решения задачи пользователь должен управлять компьютером, т.е. тре­бовать от него выполнения различных действий, напри­мер: установить программу, запустить ее, обработать и на­печатать текст и др. Для выполнения каждого такого действия пользователь выдает ОС команду, очень про­стую по форме. В ответ ОС производит с блоками и уст­ройствами компьютера (ЭВМ) все те операции, которые обеспечивают выполнение команды. Как правило, это весьма большие наборы сложных операций, т.е. ОС по­зволяет пользователю с помощью простых команд требо­вать от компьютера выполнения сложных действий, тем самым упрощая общение с ПК, делая его легким и при­ятным.

При выполнении программы ОС выступает в роли дис­петчера вычислительного процесса, управляя всеми бло­ками и устройствами ПК, обеспечивая решение задачи. Именно ОС воспринимает программу на языке Бейсик, вводимую, например, с клавиатуры, и помещает ее в ОЗУ. Она же вызывает в ОЗУ транслятор и передает ему про­грамму на обработку. Далее ОС включает в работу про­цессор, который после перевода программы на машин­ный язык (либо в процессе перевода, в реальном време­ни) решает задачу в соответствии с последней програм­мой. Результаты решения ОС выводит либо на экран, либо помещает в ВЗУ в зависимости от требований про-

14 • Основы информатики

граммы и (или) пользователя. Таким образом, ОС руко­водит всеми действиями ЭВМ.

От характеристик ОС и ее возможностей во многом зависят возможности ЭВМ. Обычно с каждым типом ЭВМ (ПК) используется несколько типов ОС, различающихся своими свойствами и возможностями. Поэтому, говоря о компьютере того или иного типа, необходимо уточнять, с какой ОС он будет работать. Это очень существенно!

Понятие о процессе подготовки задач для решения на ПК (ЭВМ). Известно, что компьютер способен быстро решать сложные задачи. Все знают, что ПК решает зада­чу в строгом соответствии с заданной программой. Но главное то, что программу составляет человек вручную и время ее составления весьма велико. Так, для разработ­ки программы, с помощью которой ПК решает задачу, например, за 10—15 минут, может потребоваться неделя, месяц или даже несколько месяцев. Решению задачи на компьютере должен предшествовать весьма сложный и трудоемкий процесс разработки программы.

Решение любой задачи начинается с ее формулиров­ки, описания ее как задачи некоторой области науки, техники, медицины, сельского хозяйства и т.д. Такое описание называется содержательной постановкой зада­чи. Приведем пример постановки задачи из области био­логии.

Задача В.1. Для экспериментов над животными нуж­ны кошки с длиной хвоста не менее 19 см и не более 27 см. Определить, подходит ли для этой цели кошка Мурка с длиной хвоста 22 см?

Учитывая, что программа решения этой задачи долж­на быть достаточно универсальной и должна позволять работать не только с тремя приведенными в задаче чис­лами, заменим эти числа переменными а, Ь, с при усло­вии: а=19 см; Ь=27 см; с=22 см.

Подобное обобщение задачи позволит решать эту за­дачу и при других значениях исходных величин. Напри­мер, в том случае, когда претендентом будет кот Васька с длиной хвоста с=24 см (или вообще изменятся крите­рии эксперимента).

Введение 15

Следующий этап — перевод задачи на язык матема­тики, т.е. математическая постановка задачи. Она мо­жет иметь следующий вид:

Заданы отрезок [а, Ь] числовой оси X и точка С на этой оси с координатой с. Необходимо определить, ле­жит ли точка С на отрезке [а, Ь].

Математический метод решения задачи — проверить, выполняются ли условия: а < с < Ь.

Теперь составим схему алгоритма решения задачи, т.е. четкое описание процесса решения задачи в графи­ческом виде, где этапы решения изображены блоками гео­метрических фигур (рис. В.1). Схема алгоритма и есть программа решения задачи, записанная в виде, наиболее понятном для человека, но не для ЭВМ. Переведя схему на язык, понятный компьютеру, т.е. на язык програм­мирования, например Бейсик, получим программу на язы­ке Бейсик, которую компьютер может воспринять и вы­полнить. В нашем случае подобная программа может иметь такой вид:

1 0 REM ВЫБОР КОШКИ 20 INPUT А, В, С

(ввод) 30 IF A>C THEN GO TO 50

(если) (то)(перейти к строке 50) 40 IF C<=B THEN GO TO 70 50 PRINT "КОШКА НЕ ПОДХОДИТ"

(печать) 60 GO TO 80 70 PRINT "КОШКА ПОДХОДИТ"

80 END С Останов)

Рис. В.1

Это также пример исходной программы. Если выявим и устраним ошибки в этой программе, связанные, напри­мер, с версией языка Бейсик или ограничениями на зна­чения переменных (этот процесс называется отладкой программы), то полученную программу можно использо­вать для решения задачи как с первоначальными значе­ниями исходных величин, так и с любыми другими.

Категории «программист» и «пользователь ПК». Тер­мин «программист» используется в наше время очень

16 Основы информатики

широко, т.е. это весьма размытое понятие. Подчас во многих организациях так называют даже тех, кто просто умеет вводить текст в ПК и играть в компьютерные игры. Следует сказать, что существует понятие «пользователь ПК», т.е. лицо, пользующееся услугами вычислитель­ной техники, применяющее ее для решения своих за­дач. А таких лиц можно разделить на две категории:

• пользователи-программисты,

• пользователи-непрограммисты. К первой категории относятся:

а) Программист-аналитик — специалист, занимаю­ щийся анализом задачи, постановкой ее и выбором общих принципов решения. Он должен быть и хо­ рошим специалистом в конкретной области — ин­ женерной, экономической и т.д. Как правило, это выпускник технического, экономического, медицин­ ского или другого специализированного вуза с боль­ шим практическим опытом, от него в большей сте­ пени зависит успех программы или автоматизиро­ ванной системы в целом.

б) Системный программист — занимается разработ­ кой системных и инструментальных программ, что требует от него очень высокой квалификации в об­ ласти компьютерной архитектуры и языков. Как правило, это математик-прикладник, выпускник математического факультета университета.

в) Прикладной программист — занимается разработ­ кой прикладных программ для решения задач в ка­ кой-либо конкретной области техники, науки или отрасли. Он также должен быть и хорошим специ­ алистом в соответствующей области знаний. Обыч­ но это выпускник специализированного вуза — ин­ женер, экономист, медик и т.д.

К категории «пользователи-непрограммисты» отно­сятся:

Оператор ПК — специалист по эксплуатации про­граммного обеспечения ПК, в первую очередь специализи­рованных (системных и инструментальных) программ. Он должен заниматься установкой таких программ на ком­пьютеры, вести библиотеку программ ПК, бороться с ви-

17

Введение

русами, выполнять другие работы по настройке и эксплуа­тации инструментальных программ, текстовых и графи­ческих редакторов. Этот специалист может не иметь выс­шего образования, достаточно среднего специального.

• Конечный пользователь — лицо, обращающееся к ПК для решения конкретной задачи при помощи при­кладной программы, либо для получения информации из базы данных или Интернета. Пользователь подобной ка­тегории может вообще не иметь никакого специального образования в области вычислительной техники и про­граммирования.

К примеру, конечным пользователем является пасса­жир, пользующийся на железнодорожном вокзале услу­гами автоматизированной справочно-информационной системы. Он сам непосредственно общается с ПК, вводя в него свой запрос и получая ответ. В последнее время для обслуживания пользователей таких систем в обще­ственных местах появились активные экраны, которые на своем мониторе «рисуют» любые контекстные, чув­ствительные к прикосновению, «клавиши». Это позво­ляет создавать максимально гибкие и простые в эксплуа­тации терминалы. А единственное требование к пользо­вателю этих систем — просто знание алфавита и общая грамотность.

., библиотека"

Татарского педучилища