Введ в спец_практ_Программный принцип работы компьютера. Компьютерисполнитель команд. Программный принцип работы компьютера
 Скачать 95.5 Kb.
|
|
Практическая работа Тема: Компьютер-исполнитель команд. Программный принцип работы компьютера Цель работы: - образовательные: познакомить с исполнителями алгоритма, с программным принципом работы компьютера. - развивающая: развивать информационные знания учащихся - воспитательная: развитие познавательного интереса, логического мышления Теоретические сведения к практической работе Алгоритм – последовательность действий, описывающая процесс преобразования объекта из начального состояния в конечное, записанная с помощью понятных исполнителю команд. Исполнителем алгоритма может быть человек или автоматическое устройство – компьютеры, роботы, станки, спутники, сложная бытовая техника и даже детские игрушки. Каждый алгоритм создается в расчете на вполне конкретного исполнителя. Компьютер, как исполнитель, любую работу выполняет по программе. Программы пишут люди, а компьютер формально их выполняет.  Разработчики систем искусственного интеллекта пытаются научить машину, подобно человеку, самостоятельно строить программу своих действий, исходя из условия задачи.  Ставится цель превращения компьютера из формального исполнителя в интеллектуального исполнителя. Работа обоих исполнителей состоит из четырёх блоков, но формальный исполнитель работает по уже готовой программе, а интеллектуальный – сам составляет программу и получает результат. Информация для компьютера - данные, представленные в форме, приемлемой для её передачи и обработки на компьютере. Для работы с данными компьютеру необходимы инструкции (команды, правила действия). Команды формируются в перечень команд. Первый компьютер, в котором были полностью реализованы эти принципы, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом. Изменяется элементная база, компьютеры становятся все более и более мощными, но до сих пор большинство из них соответствуют тем принципам, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман. Согласно фон Нейману, ЭВМ состоит из следующих основных блоков: - арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции; - устройство управления, которое организует процесс выполнения программ; - запоминающее устройство, или память, для хранения программ и данных; - внешние устройства для ввода-вывода информации. В современных компьютерах это: - память (запоминающее устройство — ЗУ), состоящая из перенумерованных ячеек; - процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ); - устройство ввода; - устройство вывода. Эти устройства соединены между собой каналами связи, по которым передается информация. 
Компьютер является универсальным исполнителем по обработке информации. Значит, для него, как для любого исполнителя, существует определённая система команд (СКИ). Такая система команд для компьютера называется языком машинных команд (ЯМК) Программа для компьютера – это алгоритм, разработанный на ЯМК. Или, Программа управления компьютером – это последовательность команд ЯМК, где каждая команда – директива для процессора на выполнение определённого действия. Рассмотрим этапы выполнения программы.  Согласно принципам Джона фон Неймана, программа во время её исполнения и данные, которые она обрабатывает, находятся в оперативной памяти (принцип хранимой в памяти программы). Процессор исполняет программу начиная с первой команды и заканчивая последней. - Какое основное свойство оперативной памяти? (энергозависимость, работает с данными, активными в текущий момент времени) Какие есть особенности в восприятии информации человеком и компьютером? (человек воспринимает информацию с помощью органов чувств, в виде знаков и сигналов, а компьютер воспринимает информацию в виде цифр (0 и 1).) - Как сделать так, чтобы программа, написанная человеком, была понятна компьютеру? (нужен способ перевода) Для компьютера вся информация должна быть представлена в двоичных кодах, т.е. необходим способ перевода. Такой способ перевода называется трансляцией, а выполняет это транслятор. Вывод: Устройством, которое обрабатывает информацию в компьютере, является процессор, следовательно, алгоритм должен использовать систему команд процессора, или другими словами записан на машинном языке, представляющем собой последовательности нулей и единиц Сначала программисты, работавшие на компьютерах первого поколения (50-е – 60-е г.), составляли программы на ЯМК (в двоичных кодах), но это довольно сложная работа, поэтому для облегчения программирования были созданы языки программирования высокого уровня (ЯПВУ) - это искусственно созданные языки с несколькими десятками слов (операторов) и строгими правилами синтаксиса. Составление программ на ЯПВУ намного проще. Примеры ЯПВУ: Фортран, Паскаль, Бейсик, Си и др. Для того чтобы процессор мог выполнить программу, написанную на языке программирования, она и данные с которыми она работает должны быть загружены в оперативную память. Программа написана и загружена в оперативную память и для того чтобы процессор ее выполнил в оперативной памяти, должна быть еще и программа переводчик (транслятор), который переводит программу с языка высокого уровня на язык машинных команд Таким образом, цепочка событий от составления программы на ЯПВУ до получения результатов решения задачи выглядит так  Человек всегда должен понимать ограниченность возможность компьютера как исполнителя, необходимость предусмотреть все тонкости команд, поручаемых компьютеру. Человек разрабатывает алгоритм, записывает его на ЯПВУ и анализирует результаты выполнения программы. Компьютер является формальным исполнителем программ. Итак, компьютер не может обойтись без программы и исходных данных, подготовить их может только человек. Поэтому можно говорить, что решение задач компьютером - это формальное исполнение алгоритма (программы), а компьютер является формальным исполнителем. Компьютер может быть использован для решения самых разнообразных задач, поэтому, исходя из условия задачи, человек решает, каким программным средством пользоваться. Если в состав ПО входят программы, подходящие для решения задач человека, то удобнее ими воспользоваться (текстовый редактор, электронные таблицы, базы данных, презентации). В случае, если нельзя воспользоваться готовым программным обеспечением, приходится прибегать к программированию (операционные системы, доработка ОС, трансляторы, драйверы, архиваторы, антивирусы). Принцип программы, хранимой в памяти компьютера, считается важнейшей идеей современной компьютерной архитектуры. Суть идеи заключается в том, что 1) программа вычислений вводится в память ЭВМ и хранится в ней наравне с исходными числами; 2) команды, составляющие программу, представлены в числовом коде по форме ничем не отличающемся от чисел. В основу работы компьютеров положен программный принцип управления, состоящий в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе. Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и взаимодействии. Состав программного обеспечения вычислительной системы называется программной конфигурацией. Практическое задание Ответьте на следующие вопросы и запишите ответы: В чём отличие формального исполнителя от интеллектуального? Что такое ЯМК? Кто предложил такую систему? Какие особенности выполнения программы на ЯМК компьютером? Что такое ЯПВУ? Особенности выполнения программы компьютером, написанной на ЯПВУ? Почему компьютер можно назвать формальным исполнителем? |