2.2 Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ)

К омпьютер – это многофункциональное электронное автоматическое устройство для накопления, обработки и передачи информации. На рисунке 2.1 приведена его структурная схема, где стрелками обозначено направление информационных потоков.

Работа компьютера имитирует информационную деятельность человека. Но компьютер – техническое устройство, поэтому для того, чтобы он выполнил определенные действия, им нужно управлять. Компьютер действует как автоматический формальный исполнитель алгоритмов обработки информации. Это главное свойство любого компьютера. Автоматизм в его работе означает, что некоторые свои действия он выполняет без вмешательства человека в соответствии со следующими общими принципами:

- двоичное кодирование информации;

- программное управление работой компьютера;

- хранимая (загружаемая) программа (идея фон Неймана – наряду с данными каждая команда программы размещается в памяти).

Рассмотрим, как в действительности происходит реализация этих принципов и осуществляется формальная автоматическая работа компьютера? Современный компьютер – это единство аппаратных средств (Hardware) и программного обеспечения (Software). Компьютерная программа – это закодированная информация о действиях, которые предписывается выполнять компьютеру, алгоритм для исполнения компьютером, записанный или на языке машинных двоичных кодов или на специальном языке программирования. Чтобы на компьютере можно было решать задачи – нужна совокупность программ – программное обеспечение.

Человек вводит с клавиатуры команды компьютерной программы, написанной им на языке программирования. Команды переводятся в машинный код благодаря программе-переводчику – транслятору с языка программирования на язык машинных кодов. Устройство управления (УУ) процессора воспринимает, считывая из памяти команду за командой, и затем организует их выполнение, используя соответствующие устройства компьютера. Эти устройства произведут действие, напечатают на бумаге, воспримут с клавиатуры, запишут на магнитный диск и т.д.

Для выполнения команд самим процессором в нем предусмотрено арифметико-логическое устройство (АЛУ). Выполнив одну команду, процессор переходит к следующей команде и так до тех пор, пока не встретит команду на окончание работы или команду, которую не сможет выполнить. Он не сможет выполнить команду, если она предназначается устройству, которое не подключено или отсутствует в его системе команд, или содержит синтаксическую ошибку.

Если программа составлена правильно, то компьютер выполнит ее за конечное число шагов и выдаст человеку результат решения задачи.

Выполнение команд осуществляется с помощью электронных схем, реализующих логические функции формальной булевой алгебры.

Человек не объясняет компьютеру свои цели и смысл каждой команды/программы. Очевидно, что компьютер и не сможет понять смысла совершаемых им действий. Более того, компьютер не обладает способностью к анализу результатов, например, относительно их соответствия постановке задачи. Компьютер не сможет обойтись без программы и исходных данных, подготовить которые под силу только человеку. Таким образом, и с этой точки зрения решение задачи компьютером – также формальное исполнение алгоритма ее решения, закодированного и хранимого вместе с данными в оперативной памяти. Поэтому нужно предусматривать точность в задании команд, поручаемых компьютеру для исполнения.