Программирование и основы алгоритмизации.

1.Введение

Организация и хранение данных в памяти ЭВМ

Организация памяти ЭВМ

2.Архитектура машинной памяти

Структуры данных

3.Адресация основной памяти

4.Три уровня представления данных.

Логический уровень

Уровень хранения.

Физический уровень

5.Внутренняя структура записи

6.Операции над структурами данных и типы структур данных.

Способы размещения данных в памяти ЭВМ.

7.Последовательное представление данных в памяти ЭВМ.

8.Связанное представление данных в памяти ЭВМ.

9.Способ хранения, основанный на преобразовании ключа записи в ее адрес.

Линейные структуры данных

10.Массивы

11.Стек.

12.Очередь.

13.Таблица

Процессы обработки информации.

14.Основные понятия сортировки.

15. Основные принципы сортировки

16.Сортировка методом выбора

17.Сортировка методом обмена

18.Сортировка методом вставок

19.Сортировка методом подсчета(в отсутстиии и при наличии одинаковых ключей)

20.Сортировка методом Шелла

21.Внешняя сортировка.

22. Основные принципы информационного поиска

23.Последовательный поиск

24.Ускоренный последовательный поиск

25.Двоичный поиск

26.Блочный поиск

27.Поиск по двоичному дереву

1.Введение

В любой автоматизированной информационной системе (АИС) информация хранится в ЭВМ и обрабатывается с помощью ЭВМ. Информация должна обрабатываться таким образом как это нужно пользователю или приложению. Пользователем АИС являются люди, а приложение это программы или прикладные программы (ПП) обрабатывающие данные хранящиеся в ЭВМ. Разница в интерфейсе. Для пользователей необходимо разработать средства с АИС – интерфейс пользователя. В тех случаях когда АИС работает только с приложением интерфейс не нужен.

Обычно понятие «данные» и «информация» считают синонимами, однако смысл у этих понятий разный. «Информация» обычно используют тогда когда хотят поддержать содержательный смысл (семантику). ЭВМ не способна воспринимать смысловое содержание. В памяти ЭВМ хранятся лишь 0 и 1 с которыми она и оперирует. В ЭВМ используют понятие «данные», приписывая «данным» определенный смысл (с помощью алгоритмов, структуризации данных, программ) обработку данных обычно воспринимают как обработку информации.

Решение любой задачи связано с обработкой информации выполненной в несколько этапов. В начале задача четко формулируется и формализуется с том чтобы можно было разработать алгоритм, затем определяется структура данных позволяющая представить информацию в памяти ЭВМ, выбирается способ и метод обработки данных, разрабатывается алгоритм решения задачи и пишется программа. Курс состоит из двух частей: 1)рассматриваются структуры данных, т. е. способы организации и хранения данных в основной памяти;2) методы и способы обработки данных.

2.Архитектура машинной памяти

Память ЭВМ – совокупность различных запоминающих устройств (ЗУ), основные технические характеристики ЗУ – емкость и быстродействие. Емкость ЗУ – это предельный объем данных, который можно разместить в данном ЗУ. Быстродействие ЗУ – обычно оценивается временем обращения ( временем цикла), т.е. промежутком времени необходимым для считывания и регенерации информации в данном ЗУ. В магнитных ЗУ петля гистерезиса

К ЗУ предъявляются требования большой емкости и высокого быстродействия, эти требования противоречивы т.к. с увеличением емкости быстродействие снижается.

В соответствии со значениями параметров емкости и быстродействия принято разделение памяти на более быструю оперативную память (ОП) основную и внешнюю память (ВП). Функции ОП выполняют оперативные запоминающие устройства (ОЗУ), функции ВП выполняют внешние запоминающие устройства (ВЗУ).

Самым быстродействующим устройством ЭВМ является процессор. Разница в быстродействии между процессором и памятью велика, особенно медленной по сравнению с процессором является ВП. Для того чтобы процессор не простаивал обмен данными между процессором, ОП и ВП осуществляется через дополнительные уровни памяти называемые буферами. Таким образом архитектура машинной памяти содержит несколько уровней, каждый уровень соответствует определенным требованиям емкости и быстродействия сглаживая разницу в быстродействии между процессором и памятью.

К первому уровню относится регистровая память (РГ) и сверхоперативное запоминающее устройство (СОЗУ). Регистр предназначен для хранения малых объемов информации: адресов, команд, операндов. Регистровая память выполнена на той же элементарной базе что и процессор и имеет такое же высокое быстродействие. Обычно РГ входит в процессор. СОЗУ хранит данные к которым наиболее часто обращается процессор. Это могут быть операнды и результаты выполнения операций. Быстродействие СОЗУ соизмеримо с быстродействием процессора. Конструктивно СОЗУ может входить в ОЗУ или существовать в виде самостоятельного устройства. Память первого уровня выполняет роль буфера между ОП и процессором.

ОП образует второй уровень в иерархии машинной памяти. ОЗУ хранит программы и данные непосредственно участвующие в работе процессора. ОЗУ современных ЭВМ строятся на интегральных схемах и имеют большую емкость и высокое быстродействие.

ПЗУ (постоянно запоминающие устройство) хранит неизменяемую информацию (константы, таблицы, стандартные функции, определенные модули операционной системы). Информацию с ПЗУ можно только считывать.

К третьему уровню относится БЗУ (буферное запоминающее устройство). Они нужны для повышения эффективности обмена данными между ВП и ОП. В качестве БЗУ обычно используется выделенная область ОП.

ВП это сравнительно медленная память. На ВЗУ хранятся данные, не используемые в данный момент процессором. Широко используются ВЗУ с магнитным носителем информации (НМД, НМБ, НМЛ). Используются ЗУ с оптическим носителем информации, используются также перфокарты и перфоленты. Особенностью ВП является ее практически неограниченная емкость, это объясняется тем что большинство ВЗУ обладает съемным носителем информации и число таких носителей может быть как угодно велико. Устройство ВП разделяют на устройство с непосредственным (прямым) доступом и устройство с последовательным доступом у данным. В устройствах с непосредственным доступом время доступа к каждой порции информации не зависит от места ее расположения на носителе. Поверхность носителя разделена на отдельные участки (сектора) и каждый сектор имеет свой уникальный адрес, доступ к каждой порции информации происходит по адресу того сектора на котором эта информация размещена. Для чтения с диска не надо просматривать весь диск, читается лишь участок с определенным адресом, поэтому время доступа к данным не зависит от места их расположения на диске. Эти ЗУ быстрые. На CD (на компакт дисках) дорожка спиралевидная разделенная на адресуемые участки.

В устройствах с последовательным доступом имеет значение место расположения информации на ленте. Там нет адресов. При чтении последовательно просматривается вся лента до тех пор пока не найдутся нужные данные. Такие ЗУ медленные, но они емкие и дешевые.