ПЛАН

БАЗОВІ ПОНЯТТЯ ПРОГРАМУВАННЯ 1

Програмування як наукова дисципліна і професійна діяльність 1

Архітектурні особливості сучасних ЕОМ 2

Поняття архітектури комп’ютера 2

Класична структура комп’ютера 4

Технологія виконання команд мікропроцесором 6

Представлення інформація в пам’яті ПК 9

Позиційні системи числення 10

Правила переведення чисел із однієї системи числення в іншу 10

Кодування числових даних 12

Кодування текстових даних 14

Кодування графічних даних 14

Кодування звукової інформації 16

Види програмного забезпечення ПК 17

Класифікація програмного забезпечення 17

Загальна характеристика операційних систем 18

Базові поняття програмування Програмування як наукова дисципліна і професійна діяльність

З давніх пір людині доводиться створювати описи послідовностей дій, необхідних для досягнення певної поставленої мети. Такі описи можуть бути розраховані на їх виконання людьми або автоматичними пристроями. Тексти, написані для людей, як правило, мають певну ступінь невизначеності і неформальності. Прикладом може служити фраза з кулінарного рецепта про щіпку солі. Тільки дуже досвідчена людина в змозі правильно посолити блюдо відповідно до подібної рекомендації.

Цей факт цілком пояснює, чому опис послідовності дій, призначений для автоматичного пристрою, повинен бути абсолютно однозначним і заданим за допомогою деякої формальної системи позначень.

Часто створення таких описів пов'язане зі значними технічними труднощами.

Опис послідовності дій, достатньо визначений для того, щоб їх можна було виконати за допомогою деякого автоматичного пристрою називають алгоритмом(algorithm). Зазвичай цю послідовність записують (закодовують) за допомогою деяких формальних позначень. При цьому формальна система, призначена для запису алгоритмів, називаєтьсяалгоритмічним мовою, сам текст алгоритму -програмою, а процес його створення -програмуванням.

Наука програмування(computer science) займається дослідженням властивостей алгоритмів і розробкою методів побудови програм.

Програмування поєднує в собі елементи

• інженерії,

• фундаментальних наук (перш за все математики)

• мистецтва.

У вузькому сенсі під програмуванням(кодуванням) розуміють написання програм (інструкцій) на конкретній мові програмування. Відповідно, люди, які цим займаються, називаютьсяпрограмістами.

У більш широкому сенсі під програмуваннямрозуміють весь спектр діяльності, пов'язаний із створенням і підтримкою в робочому стані програмного забезпечення ЕОМ.

Предмет програмування становлять

• ідеї, що лежать в основі мистецтва конструювання програм,

• методи, способи і прийоми конструювання, загальні для всіх предметних областей і не залежні від конкретних застосувань (додатків).

Основнимизавданнямиданої дисципліни є:

• ознайомлення із основними парадигмами програмування;

• вивчення сучасних концепцій побудови алгоритмічних мов високого рівня;

• вивчення загальних принципів побудови програм як конкретних формулювань абстрактних специфікацій в межах інструментарію мов програмування високого рівня, що підтримують процедурну парадигму програмування;

• опанування практичними прийомами процедурного програмування на мовах програмування PASCAL та С.

Архітектурні особливості сучасних еом Поняття архітектури комп’ютера

Комп'ютер - універсальний пристрій для обробки дискретних (відокремлених) даних.

ПК, як і будь-яка обчислювальна система, має певнуархітектуру. Під цим терміном розуміють сукупність логічних і фізичних принципів організації ПК (рис. 1), а саме, його логічну структуру (формати команд, форми збереження даних, методи адресації і управління операціями введення-виведення) у сукупності з фізичною структурною організацією ПК (фізичною організацією пристроїв ПК, ієрархією пам’яті, методами паралельної обробки інформації, тощо).

Рис. 1. Основні компоненти архітектури ЕОМ

В основу архітектури ПКпокладені принципи, сформульовані американським вченим Джоном фон Нейманом (1946 р.):

• використання для кодування інформації двійкової системи числення;

• програмне керування роботою;

• однорідність пам’яті;

• адресаціяпам’яті.

Принцип використання двійкової системи числення. Для представлення даних і команд використовується двійкова система числення

Під системою численнярозуміють спосіб представлення чисел за допомогою цифр і літер та правила виконання арифметичних дій над цими числами.

У повсякденній практиці використовується десяткова система числення, що базується на використанні цифр від 0 до 9. У двійковій системі числення для представлення чисел використовується дві цифри: 0 та 1. Їх називають бітами.

Такий код дуже зручний для представлення інформації у комп’ютері, що обумовлюється простотою його реалізації з технічної точки зору: намагнічена ділянка поверхні ототожнюється з 1, а ненамагнічена - з 0; високий рівень напруги приймається за 1, низький – за 0, тощо. Тому двійковий код також називають машинним кодом.

Одним бітом можуть бути закодовані два різних значення: 0або 1. Якщо кількість бітів збільшити до двох, то ними можна уже виразити чотиринезалежні значення:00, 01, 10, 11. Трьома бітами можна закодувати вісім різних значень:000, 001, 010, 01l, 100, 101, 110,111. У загальному випадку

N =2^m, де N — кількість незалежних значень;

т — розрядність числа.

Тобто, збільшення на одиницю кількості розрядів числа збільшує в2рази кількість його незалежних значень.

Також досить просто виконуються в двійковій системі числення арифметичні і логічні операції. Зокрема, правила виконання арифметичних дій у двійковій системі числення:

0 + 0 = 0 0 * 0 = 0

0 + 1 = 1 0 * 1 = 0

1 + 0 = 1 1 * 0 = 0

1 + 1 = 10 1 * 1 = 1

Послідовність із 8 бітів утворює байт. За допомогою байта можна закодувати 256 (2⁸) незалежних значень.

Для вимірювання кількості інформації використовують також:

• Кілобайт (Кбайт). 1 Кбайт = 2¹⁰байт = 1024байт. Одна сторінка неформатованого машинного тексту становить біля 2 Кбайт.

• Мегабайт (Мбайт). 1Мбайт = 1024 Кбайт =2²⁰байт. Книга із 500 сторінок тексту без малюнків містить приблизно 1Мбайт інформації.

• Гігабайт (Гбайт). 1Гбайт = 1024Мбайт = 2³⁰байт.

• Терабайт(Тбайт). 1Тбайт = 1024Гбайт = 2⁴⁰байт.

Принцип програмного керування. У спрощеному вигляді принцип програмного керування зводиться до того, що будь-яка послідовність дій, яку потрібно виконати за допомогою ПК, оформляється у вигляді програми, що складається із окремих команд,і послідовно (у сенсі черговості цих команд) виконується за допомогою деякого набору операцій, які здатен автоматично виконати даний комп'ютер.

Перелік операцій, які здатен виконати конкретний комп'ютер, називають його системою команд.Система команд сучасного ПК може мати сотні i навіть тисячі інструкцій. Існує два основних підходи до її форму­вання :

• повний набіркоманд -архітектура CISC(Complex Instruction Set Computing —комп’ютер з повним набором команд);

• скорочений набірнайпростіших, але часто уживаних команд, - архітектура RISC(Reduced Instruction Set Computing —комп'ютер із скороченим набором команд). Характеризується простішою реалізацією, але складні операції доводиться емулювати послідовністю команд скороченого набору, що не завжди ефективно.

Розподілсфер їх застосування:

• архітектуру CISC використовують в універсальних обчислювальних системах;

• архітектуру RISC - у спеціалізованих.

Принцип однорідності пам’яті . Полягає у тому, що програми зберігаються в пам’яті ПК разом з даними (вихідними і проміжними даними, остаточними результатами).

Особливістю пам’яті є одноманітність подання інформації, що зберігається в ній тільки у числовому вигляді. Це дає змогу в певних ситуаціях виконувати над командами ті ж самі дії, що і над даними. При цьому і команди програми, і дані кодуються у двійковій системі числення.

Принцип адресності пам’яті.Структурно пам'ять ПКскладається з перенумерованих комірок, які служать для зберігання інформації (числового коду). Довжина кожноїкомірки (її розрядність) може бути 1, 2, 4 або 8 байт. Схематично це можна представити наступним чином (рис. 2):

0	1	2	3	4	5	6	7
								комірка 0
								комірка 1
								комірка 2
								. . .
								комірка n

Рис. 2. Структурна оргпнізація пам'яті ПК

Кожна комірка має свій порядковий номер - адресу. Число, що зберігається в комірці, — це її значення або вміст. Якщо в k-й комірці міститься, наприклад, число т, то прийнято говорити «вміст комірки за адресою k дорівнює т».

Числове значення, як правило, займає декілька сусідніх байтів. У цьому випадку його адресою вважається адреса першого байта областіпам’яті, відведеної для збереженняданого числа.

У будь-який момент можна звернутися за адресою до будь-якої комірки пам'яті.

Переважна більшість сучасних типів пам'яті відноситься до так званої пам'яті з неруйнівним читанням, тобто при читанні вмісту комірки відповідне значення не змінюється. Для його зміни необхідно записати в цю комірку нове значення або, інакше кажучи, привласнити комірці нове значення (операція присвоювання далі позначається як «: =»).

Якщо значення не було примусово записано в комірку пам'яті, вважається, що значення комірки не визначене(його не можна приймати рівним нулю, оскільки в комірці може бути будь-яке число, що залишилося там після попереднього запису або число, випадково сформоване при включенні ПК).

Поняттю адреси повною мірою відповідає поняття змінної в алгебрі. Дійсно, адреса відповідає унікальному імені змінної і, як комірці з деякою адресою, так і змінній можна присвоїти певне значення. Наприклад, присвоювання i: = i +1, слід розуміти як присвоювання вмісту комірки з адресою "i" її попереднього значення, збільшеного на одиницю.