n n n Компьютер помогает в решении самых разных задач, учит, развлекает Компьютер послушно выполняет указания в виде определенных команд Компьютер обладает чрезвычайно высокой по сравнению с человеческими возможностями скоростью работы, благодаря чему команды исполняются почти мгновенно

n n n Для решения всех этих задач необходимы технические устройства и программы Совокупность технических устройств называют аппаратным обеспечением (англ. hardware– аппаратные средства) Аппаратное обеспечение ПК – система взаимосвязанных технических устройств, выполняющих ввод, хранение, обработку и вывод информации

Монитор n используется для отображения вводимых данных, а также для вывода на экран результатов обработки информации

Мышь n устройство «графического» управления при перемещении мыши по коврику на экране перемещается указатель мыши, при помощи которого можно указывать на объекты и/или выбирать их

n n n n Принтер Сканер Модем и DVB Веб-камера Наушники Звуковые колонки Микрофон Джойстик

Принтер служит для вывода информации на бумажный носитель (бумагу) Существуют три типа принтеров: n матричный n струйный n лазерный

Сканер служит для автоматического ввода текстов и графики в компьютер Сканеры бывают двух типов: ручные n планшетные n

Модем и DVB Модем или модемная плата служит для связи удалённых компьютеров по телефонной сети. Модем бывает внутренний (установлен внутри системного блока) и внешний (располагается рядом с системным блоком и соединяется с ним при помощи кабеля DVB-карта и спутниковая антенна служат для так называемого «асинхронного» подключения компьютера к сети Интернет. При наличии DVB-карты и спутниковой антенны для соединения с Интернетом используется два канала связи: для передачи данных от пользователя используется модем, а для приема – спутниковый канал, скорость потока данных в котором в несколько раз превышает модемную

n n Независимо от комплектации компьютера нас всегда будут интересовать характеристики его возможностей, которые также позволяют сравнивать компьютеры между собой Одна из таких важнейших характеристик – производительность компьютера, которая приближенно характеризуется количеством элементарных операций, выполняемых за одну секунду (оп/с)

n n n Центральным устройством в компьютере является процессор Он выполняет различные арифметические и логические операции, к которым сводится решение любой задачи обработки информации на компьютере Процессор управляет работой всех устройств компьютера

n n Процессор – это устройство, обеспечивающее преобразование информации и управление другими устройствами компьютера Современный процессор представляет собой микросхемуили чип (англ. chip - чип), выполненную на миниатюрной кремниевой пластине – кристалле Поэтому его принято называть микропроцессором англ. Central Processing Unit, CPU

1971 г. Intel® 4004 n Первый процессор фирмы Intel® был 4 -х разрядным, имел 2300 транзисторов и тактовую частоту 108 к. Гц

Операции: Арифметические базовые математические операции (сложение, вычитание, умножение и деление) n Логические специальные операции, которые чаще всего используются при проверке соотношений между различными величинами (необходимо для управления работой компьютера) n

В состав процессора входят: ь Арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее базовые арифметические и логические операции ь Устройство управления (УУ) ь Элементы памяти

Процессор должен обеспечить автоматическое исполнение программы, хранящейся в памяти компьютера, для чего выполняет следующие действия: § § § извлечь из памяти команду расшифровать команду выполнить команду

n n n Эти действия процессор выполняет до команды окончания программы Важной характеристикой процессора является его производительность (количество элементарных операций, выполняемых им за одну секунду), которая и определяет быстродействие компьютера в целом Производительность компьютера зависит от двух других характеристик – тактовой частоты и разрядности

Тактовая частота задает ритм жизни компьютера n n это количество тактов в секунду Такт – интервал времени между началами двух соседних тактовых импульсов Единица измерения – герц (Гц) Для современных компьютеров – гигагерцы (ГГц) 1 ГГц = 10 -9 Гц

Разрядность процессора n n n определяет размер минимальной порции информации, обрабатываемой процессором за один такт Эта порция называется – машинным словомкоторое, представлено последовательностью двоичных разрядов (бит) 8, 16, 32, 64 бит С повышением разрядности увеличивается объем информации, обрабатываемой процессором за один такт Чем выше разрядность, тем с большим объемом памяти может работать процессор

Повторение: n n n n n Назначение компьютера Основные этапы обработки информации Определение «аппаратное обеспечение компьютера» Что входит в базовый комплект ПК Периферийные устройства ПК Что понимается под производительностью компьютера Назначение микропроцессора Характеристики микропроцессора Назначение сопроцессора

| Компьютер как средство обработки информации

Урок 27
Компьютер как средство обработки информации.
Представление о микропроцессоре

Любой компьютер может быть рассмотрен с технической точки зрения как система взаимосвязанных материальных объектов (устройств) разного принципа действия. Все эти устройства объединяет общая цель - техническое обеспечение основных этапов обработки информации.

Одни устройства служат для того, чтобы компьютер смог получать информацию, другие преобразуют введенную в компьютер информацию, третьи обеспечивают вывод информации из компьютера, а некоторые несут вспомогательные функции. Техническую часть персонального компьютера принято называть аппаратным обеспечением. Аппаратное обеспечение всегда может быть представлено в виде базовой части, составляющей основу любой модели компьютера, и периферийной части, которую составляют разнообразные устройства ввода-вывода.

Из раздела вы узнаете, из каких устройств состоит базовая часть компьютера, познакомитесь с различными видами внутренней и внешней памяти, их назначением, физическими принципами и характеристиками. Приводится краткая характеристика периферийных устройств - устройств ввода (клавиатуры, манипуляторов, сенсорных и сканирующих устройств, систем распознавания символов) и вывода (мониторов, принтеров, плоттеров). Вы познакомитесь с упрощенной структурой компьютера и основными принципами взаимодействия его частей. Лучшего понимания вы достигнете, если хорошо освоите тему, посвященную алгебре логики, которая заложена в основу организации работы базовой части компьютера.

В разделе также рассматриваются компьютерные сети, для функционирования которых тоже необходимо специальное аппаратное обеспечение. Вы получите представление о каналах связи, о назначении сетевых адаптеров и модемов, о роли протоколов.

Последние темы раздела посвящены описанию основных классов современных компьютеров. Один класс образуют большие компьютеры, к которым отнесены суперкомпьютеры и суперсерверы. Другой класс составляют малые компьютеры: персональные, портативные и производственные. Для каждого подкласса приводятся основные характеристики и особенности.

И в заключение, вы узнаете историю основных этапов развития компьютерной техники - от идеи создания аналитической машины до перспективных моделей «компьютера будущего». 

Компьютер как средство обработки информации

Изучив эту тему, вы узнаете:

Каково назначение аппаратного обеспечения компьютера;
- каков состав базового комплекта компьютера;
- что означает понятие производительности компьютера.

Перед вами на столе установлен компьютер. Вы можете обратиться к нему за помощью, пообщаться с ним - иногда как с добрым или строгим учителем, иногда как с партнером в игре. Компьютер помогает вам в решении самых разных задач, учит, развлекает. При этом компьютер послушно выполняет ваши указания в виде определенных команд. Компьютер обладает чрезвычайно высокой по сравнению с человеческими возможностями скоростью работы, благодаря чему команды исполняются почти мгновенно.

Что же позволяет компьютеру так безукоризненно исполнять волю человека? Как устроен компьютер и из каких частей он состоит? Ответы на эти вопросы могут быть простыми или сложными в зависимости от того, как человек собирается его использовать.

В этом учебнике вы познакомитесь с устройством компьютера с точки зрения пользователей, чтобы уметь обращаться с компьютером как с инструментом для обработки информации. Компьютер должен воспринимать и распознавать вводимую информацию, запоминать ее, совершать над ней различные действия и выводить результаты своей работы, то есть выполнять основные этапы обработки информации (рисунок 16.1): ввод, хранение, преобразование, вывод .

Рис. 16.1. Основные этапы обработки информации

Для решения всех этих задач необходимы технические устройства и программы. Совокупность технических устройств называют аппаратным обеспечением (англ. hardware - аппаратные средства) .

Аппаратное обеспечение персонального компьютера - система взаимосвязанных технических устройств, выполняющих ввод, хранение, обработку и вывод информации.

Отдельные части компьютера - блоки, связанные между собой с помощью различных устройств : электрических кабелей, разъемов, портов и т. п.

Из всего многообразия составных частей компьютера можно выделить минимально необходимый базовый комплект: устройство ввода информации - клавиатура, устройство вывода - монитор и отдельный блок, который называют системным . Эти устройства обеспечивают основные этапы обработки информации, отображенные на рисунке 16.1. С помощью клавиатуры человек вручную вводит информацию (данные и команды) в память компьютера. Монитор используется для отображения вводимых данных, а также для вывода на экран результатов обработки информации. Системный блок обеспечивает преобразование и хранение информации.

Наряду с клавиатурой и монитором при работе с персональным компьютером используется еще ряд устройств, не входящих в базовый комплект, но обеспечивающих ввод и вывод информации. Трудно, например, представить себе работу современного компью тера без маленькой помощницы - мыши , которая легко движется по коврику даже в руках неопытного пользователя.

Очень полезно иметь печатающее устройство - принтеру позволяющий распечатывать в считанные минуты текстовые, табличные, графические документы. Часто в комплект современного компьютера входят также сканер (устройство ввода информации с листа книги, журнала и т. п.), звуковые колонки, наушники, микрофон и др. Те, кто увлекается компьютерными играми, знают, что для управления ими часто используется джойстик.

Наличие этих и многих других устройств в составе компьютера позволяет использовать его в качестве универсального инструмента обработки разнообразной информации. В последующих темах вы более подробно познакомитесь с назначением и особенностями аппаратного обеспечения персонального компьютера.

Независимо от комплектации компьютера нас всегда будут интересовать характеристики его возможностей, которые также позволяют сравнивать компьютеры между собой. Одна из таких важнейших характеристик - производительность компьютера, которая приближенно характеризуется количеством элементарных операций, выполняемых за одну секунду (оп/с).

Производительность компьютера - характеристика, показывающая скорость выполнения компьютером операций обработки информации.

Контрольные вопросы

1. Как вы понимаете назначение компьютера?

2. Назовите основные этапы обработки информации компьютером.

3. Опишите основные этапы обработки информации с помощью обычного микрокалькулятора.

4. Что понимают под аппаратным обеспечением компьютера?

5. Что входит в базовый комплект персонального компьютера?

6. Каково назначение клавиатуры и монитора?

7. Перечислите известные вам устройства компьютера, не входящие в базовый комплект.

8. Что понимается под производительностью компьютера?

Микропроцессор

Изучив эту тему, вы узнаете:

Что такое микропроцессор и каково его назначение;
- каковы основные характеристики микропроцессора - тактовая частота и разрядность.

Центральным устройством в компьютере является процессор. Он выполняет различные арифметические и логические операции, к которым сводится решение любой задачи обработки информации на компьютере. Кроме того, процессор управляет работой всех устройств компьютера.

Процессор - устройство, обеспечивающее преобразование информации и управление другими устройствами компьютера.

Что же представляет собой современный процессор? Для ответа на этот вопрос вспомним, что вся история развития компьютеров тесно связана с достижениями человечества в области электроники, материаловедения и других областей науки и техники. Именно открытия некоторых свойств материалов и веществ, в частности на основе кремния, позволили создать процессор для современного компьютера на кремниевом кристалле. Современный процессор представляет собой микросхему, или чип (англ. chip - чип), выполненную на миниатюрной кремниевой пластине - кристалле. Поэтому его принято называть микропроцессором (англ. Central Processing Unit, CPU).

Первый в мире микропроцессор создан в 1971 году инженерами фирмы Intel . Для современных компьютеров микропроцессоры фирмы Intel и фирмы AMD являются наиболее распространенными.

Микропроцессор конструктивно представляет собой интегральную микросхему, а точнее, сверхбольшую интегральную схему (СБИС). Слово «сверхбольшая» относится не к размерам интегральной схемы, а к количеству заключенных в ней электронных компонентов, размещенных на кремниевой пластине. Число таких компонентов достигает нескольких миллионов. Совершенствование технологий позволяет минимизировать электронные компоненты и увеличить их количество на одном кристалле, что влечет за собой уменьшение размеров устройств, повышение скорости работы и увеличение надежности. Микропроцессор имеет контакты в виде штырьков, которые вставляются в специальный разъем, или сокет (англ. socket - разъем), на системной плате. Разъем имеет форму прямоугольника с несколькими рядами отверстий по периметру.

Обработка любой информации на компьютере связана с выполнением процессором различных арифметических и логических операций. Арифметические операции - это базовые математические операции, такие как сложение, вычитание, умножение и деление. Логические операции (логическое сложение, логическое умножение, отрицание и др.) представляют собой некоторые специальные операции, которые чаще всего используются при проверке соотношений между различными величинами. Это необходимо для управления работой компьютера.

В состав процессора входят:
- арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее базовые арифметические и логические операции;
- устройство управления (УУ);
- элементы памяти.

Процессор должен обеспечить автоматическое исполнение программы, хранящейся в памяти компьютера, для чего выполняет следующие действия:
- извлечь из памяти команду;
- расшифровать команду;
- выполнить команду.

Эти действия процессор повторяет до команды окончания программы. Важной характеристикой процессора является его производительность (количество элементарных операций, выполняемых им за одну секунду), которая и определяет быстродействие компьютера в целом. В свою очередь, производительность процессора зависит от двух других его характеристик - тактовой частоты и разрядности.

Тактовая частота задает ритм жизни компьютера. Тактовая частота - это количество тактов в секунду . Такт - интервал времени между началами двух соседних тактовых импульсов. Единица измерения тактовой частоты - герц (Гц). Для современных компьютеров тактовая частота измеряется единицами гигагерц (ГГц), 1 ГГц = 109 Гц. Чем выше тактовая частота, тем меньше длительность выполнения операций и тем выше производительность компьютера. Тактовая частота определяет число тактов работы процессора в секунду. В течение одного такта может быть выполнена элементарная операция, например сложение двух чисел. Современный персональный компьютер может выполнять миллионы и миллиарды таких элементарных операций в секунду.

Разрядность процессора определяет размер минимальной порции информации, обрабатываемой процессором за один такт. Эта порция информации, часто называемая машинным словом, представлена последовательностью двоичных разрядов (бит). Процессор в зависимости от его типа может иметь одновременный доступ к 8, 16, 32, 64 битам.

С повышением разрядности увеличивается объем информации, обрабатываемой процессором за один такт, что ведет к уменьшению количества тактов работы, необходимых для выполнения сложных операций. Кроме того, чем выше разрядность, тем с большим объемом памяти может работать процессор. Первые микропроцессоры (1971 г. - фирма Intel) имели разрядность 4 бит, тактовую частоту 108 кГц и способность адресовать 640 байт основной памяти. В 2000 году компьютеры оснащались 32-разрядными микропроцессорами с тактовой частотой порядка 1,7-3 ГГц.

Кроме центрального микропроцессора во многих компьютерах имеются сопроцессоры - дополнительные специализированные процессоры. Например, математический сопроцессор - микросхема, которая помогает основному процессору в выполнении вычислений при решении на компьютере математических задач.

Одной из основных тенденций в развитии микропроцессоров до недавнего времени было увеличение тактовой частоты и разрядности. Сегодня ведущие производители микропроцессоров отказались от такой стратегии, теперь важнейшими показателями производительности становятся количество процессорных ядер, которые реализуют полный набор возможностей процессора.

Контрольные вопросы

1. Как вы понимаете назначение микропроцессора?

2. Что такое микропроцессор?

3. Какие характеристики микропроцессора вы знаете?

4. Что такое тактовая частота процессора и как она связана с характеристикой «производительность» ?

5. Что такое разрядность процессора?

6. Что зависит от разрядности процессора?

7. В чем назначение сопроцессора?

8. Приведите примеры устройств, использующих микропроцессор.

9. Определите тип микропроцессора в школьном (личном) компьютере.

Обработку информации можно разбить на 5 этапов :

1. Обработка начитается с того, что энергия в форме раздражителя достигает органов чувств. Когда человек контактирует со стимулом, активизируются его сенсорные рецепторы и закодированная информация передается в головной мозг. Это явление называется ощущением, на которое влияют три характеристики:

· нижний или абсолютный порог – минимальная интенсивность стимула необходимая для возникновения ощущения.

· Предельный порог – точка, в которой дополнительное увеличение интенсивности стимула не влияет на ощущение.

· Дифференциальный порог – минимальное изменение интенсивности раздражителя, которое может заметить человек.

2. Внимание можно определить как направление познавательных ресурсов на обработку раздражителя. Учитывая избирательность внимания, факторы влияющие на распределение внимания потребителей могут быть разбиты на две категории:

· Личные (индивидуальные) – это те индивидуальные особенности человека, которые оказывают влияние на внимание. По большей части эти факторы не поддаются контролю со стороны продавца. Физиологические нужды оказывают влияние на то, каким стимулам уделяется внимание, а каким нет (голодные более восприимчивы к пищевым раздражителям). Отношение может благоприятствовать маркетинговым усилиям, когда потребитель придерживается положительных взглядов на продукт, но и служить препятствием, если потребитель настроен негативно.

· Относящиеся к стимулам – ими можно управлять для привлечения или усиления внимания. К ним относятся размер, цвет, интенсивность и контрастность цвета, положение, направление, движение, изоляция, новизна, изображение известной личности, смена декораций.

3. Понимание связано с интерпретацией раздражителя. Стимулу придается определенный смысл. Он зависит от того, как классифицирован и осмыслен с токи зрения существующих у потребителя знаний. Классификация раздражителя заключается в осмыслении стимула с использованием хранящихся в памяти понятий. Понятия, которые использует потребитель ассоциируются с определенными ощущениями и отношениями.

Существует еще один аспект понимания – это уровень активизации. Который достигается при обработке стимула. Под актуализацией раздражителя понимается степень интеграции между новой информацией и существующим знанием, хранящимся в памяти, т.е. число личных связей, устанавливаемых между раздражителем и жизненным опытом и целями человека (образы, ассоциации).

Знания. Хранящиеся в памяти, увеличивают способность потребителей понимать рекламное послание. Понимание часто зависит от уже имеющихся понятий или от того, что мы ожидаем увидеть.

4. Принятие связано с убеждающим эффектом стимула. Этот эффект может выразиться во влиянии на знания, отношение и поведение. Важны поддерживающие аргументы и контраргументы. Поддерживающие аргументы - это мысли, которые благоприятны для заявлений рекламодателя. Контраргументы – это те мысли, которые противоречат его заявлениям.

Хотя убедительность рекламы часто зависит от познавательных реакций, бывают случаи, когда ее влияние определяется тем, какие чувства она будит. Эмоциональные реакции – это те чувства и эмоции, которые вызываются стимулом (оптимистические, негативные, теплые).

5. Запоминание – перенос интерпретации и аргументов в память. Память состоит из трех отдельных систем хранения информации:

1. сенсорная память – обеспечивает хранение информации. Получаемой от органов чувств, длится не более 2 секунд. В сенсорной памяти информация подвергается предварительному анализу, во многом основанному на таких физических характеристиках, как громкость или тон.

2. Как только стимул проходит стадию сенсорной обработки, он попадает в кратковременную память. Она способна содержать лишь незначительное количество информации в определенный момент времени (номер телефона без заучивания забывается через 30 секунд). Это вид памяти характеризуется двумя важными видами деятельности по обработке информации:

· Репетиция – это продолжающееся повторение части информации. Чтобы удержать ее в памяти для использования решения проблемы или передачи в долговременную память.

· Разработка – использование ранее сохраненного опыта, ценностей, отношений и чувств для интерпретации и оценки информации в кратковременной памяти.

3. долговременная память представляет собой неограниченное постоянное хранилище большого количества информации. Она хранит значение слов, символов и ассоциации между ними.

3. Приемы привлечения внимания потребителей к конкретным товарам .

Способности стимула привлекать и удерживать внимание могут быть значительно увеличены при правильном использовании цвета. По результатам исследования газетной рекламы, цветные рекламные объявления увеличивают объем сбыта на 41%.

Высокая интенсивность часто вызывает повышенное к нему внимание. Усиливают внимание громкие звуки и яркие цвета.

На заметность стимула может повлиять его положение (концы проходов в магазине, полки на уровне глаз, продукты которые покупают под влиянием момента размещают возле касс.

Размещение немаловажно и для печатной рекламы. Больше внимания привлекают объявления расположенные в начале журналов, на правых страницах, на внутренних и задней внешней сторонах обложки. Самым благоприятным местом для размещения рекламы является левый верхний угол, а наименее благоприятным правый нижний.

Двигающиеся раздражители привлекают больше внимания, чем стационарные. Привлечению внимания способствует метод изоляции, который заключается в представлении немногочисленных раздражителей в относительно свободном окружении. Необычные или неожиданные раздражители также привлекают внимание. Нередко для участия в рекламе приглашают знаменитость. Другим способом привлечения внимания может быть использование принципа стремительной перемены места действия, что может вызвать непроизвольное увеличение мыслительной активности.

Личностные факторы поведения потребителей (4 часа.) .

1. Понятие личностных факторов.

2. Персональные ценности.

3. Жизненный стиль.

4. Ресурсы

5. Личность потребителя.

Информатика, кибернетика и программирование

Также стадия разработки может отражать количество реализованных функций запланированных для определённой версии программы. Также так называются программы не вышедшие еще в стадию альфа или бета но прошедшие стадию разработки для первичной оценки функциональных возможностей в действии. В отличие от альфа и бета версий преальфа может включать в себя не весь спектр функциональных возможностей программы. В этом случае подразумеваются все действия выполняемые во время проектирования и разработки программы вплоть до тестирования.

исциплина «Основы алгоритмизации и программирование»

Технологический цикл обработки информации на компьютере.

1. Стадии разработки программного обеспечения.
2. Основные этапы обработки информации и решения задачи на ЭВМ.

1. Стадии разработки программного обеспечения.

В разработке программного обеспечения, стадии разработки программного обеспечения используется для описания степени готовности программного продукта. Также стадия разработки может отражать количество реализованных функций, запланированных для определённой версии программы.

В процессе своей разработки продукт может проходить следующие стадии (выпуски):

Пре-альфа — Начальная стадия разработки, период времени со старта разработки до выхода стадии Альфа (или до любой другой, если стадии Альфа нет). Также так называются программы, не вышедшие еще в стадию альфа или бета, но прошедшие стадию разработки, для первичной оценки функциональных возможностей в действии. В отличие от альфа и бета версий, пре-альфа может включать в себя не весь спектр функциональных возможностей программы. В этом случае, подразумеваются все действия выполняемые во время проектирования и разработки программы вплоть до тестирования. К таким действиям относятся — разработка дизайна, анализ требований, собственно разработка приложения, а также отладка отдельных модулей.

Альфа — Стадия добавления новых функциональных возможностей. Программы на данной стадии могут применяться только для ознакомления с будущими возможностями.

Бета — Стадия активного бета-тестирования и отладки. Программы этого уровня могут быть использованы другими разработчиками программного обеспечения для испытания совместимости. Тем не менее программы этого этапа могут содержать достаточно большое количество ошибок.

Гамма или релиз-кандидат — Стадия-кандидат на то, чтобы стать стабильной. Программы этой стадии прошли комплексное тестирование, благодаря чему были исправлены все найденные критические ошибки. Но в то же время, существует вероятность выявления ещё некоторого числа ошибок, незамеченных при тестировании.

Релиз или RTM (англ. release to manufacturing) — Стабильная версия программы, прошедшая все предыдущие стадии, в которых исправлены основные ошибки, и готовая к применению.

Эти стадии либо могут быть официально объявлены и регламентируются разработчиками, либо иногда этот термин используется неофициально для описания состояния продукта.

2. Основные этапы обработки информации и решения задачи на ЭВМ

В настоящее время на ЭВМ решают самые разнообразные задачи. В каждом случае решения задачи ЭВМ выполняет какую-то программу, обычно довольно сложную. При разработке программ выделить несколько этапов решения задачи на ЭВМ:

• постановка задачи;
• проектирование программы;
• разработка алгоритма;
• кодирование;
• отладка и тестирование.

2.1 Постановка задачи

Под постановкой задачи понимают математическую или иную строгую формулировку решаемой задачи. Этот этап включает определение целей создаваемой программы и определение ограничений, налагаемых на программу. При постановке задачи должны быть определены требования:

• ко времени решения поставленной задачи;
• объему необходимых ресурсов, например, оперативной памяти;
• точности достигаемого результата.

1.2 Проектирование программы

Если задача вычислительная, то на этом этапе следует выбрать метод расчета, если разрабатывается компьютерная игра, должен быть определен ее сценарий. В любом случае следует выбрать или создать некую формальную модель, которая, в конечном счете, реализуется в будущей программе. На этапе проектирования определяют вид данных, с которыми будет работать программа, основные части, из которых программа будет состоять и характер связей между этими частями.

1.3 Разработка алгоритма

На этом этапе следует разработать детали проекта программы. Детализацию необходимо довести до той степени, когда кодирование деталей программы (перевод их на алгоритмический язык) станет тривиальным. Возможно, детализация потребует нескольких стадий, от крупных блоков ко все более мелким, и в результате должно получиться то, что называется алгоритмом решения задачи.

Итак, алгоритм - это описание некоторой последовательности действий, но не всякое, а обладающее определенными свойствами. К этим свойствам относятся:

• дискретность - расчлененность описания на отдельные элементарные действия - операции, которые доступны исполнителю алгоритма (человеку, роботу, компьютеру,...);
• детерминированность - на одинаковых исходных данных алгоритм должен всегда давать одинаковые результаты;
• массовость - алгоритм должен работать на множестве однотипных исходных данных, потенциально бесконечном.

1.4 Кодирование

После того как алгоритм разработан, его записывают на алгоритмическом языке, и этот процесс называют кодированием алгоритма. Для выполнения данного этапа необходимо знать хотя бы один из многих существующих языков программирования, а лучше знать несколько, чтобы выбрать наиболее подходящий для решаемой задачи.

Хотя этап кодирования считается менее творческим, чем предыдущие, для его успешного выполнения требуется хорошее знание, как самого языка, так и средств разработки программ: транслятора, компоновщика, программных библиотек и многого другого.

1.5 Отладка и тестирование программы

Целью данного этапа является поиск и устранение ошибок в программе. Ошибки бывают синтаксические (нарушение грамматики алгоритмического языка) и смысловые (искажение самого алгоритма решения задачи). О первых мы не говорим, их обычно обнаруживают и исправляют на этапе кодирования, совершая пробную трансляцию программы. Вторые же можно выявить только в процессе проверки программы на специально подобранных входных данных или в ходе опытной эксплуатации программы.

Отладка — процесс выявления, локализации и устранения ошибок в алгоритме и реализующей его программе — осуществляется с помощью тестирования. Задача — убедиться в корректности алгоритма, то есть получить уверенность, что программа выдает результаты, соответствующие задаче и исходным данным.

Тест — совокупность исходных данных для программы вместе с ожидаемыми результатами (с учетом формы представления последних). Тесты разрабатываются до, а не вовремя или после разработки программы, дабы избежать провокационного влияния стереотипов алгоритма на тестирование. Готовится не один тест, а их совокупность — набор тестов, призванный охватить максимум ситуаций. Испытание программы проводится сразу на всем наборе с протоколированием и анализом результатов.

В наборе тестов выделяют три группы:

■ «тепличные» — проверяющие программу при корректных, нормальных исходных данных самого простого вида;

■ «экстремальные» — на границе области определения, в ситуациях, которые могут произойти и на которые нужно корректно реагировать;

■ «запредельные» — за границей области определения(а, возможно, и здравого смысла) — ситуации, бессмысленные с точки зрения постановки задачи, но которые могут произойти из-за ошибок пользователя или программ, поставляющих исходные данные для тестируемой программы.

Требование надежности программирования: принимать данные, если они корректны, и получать для них правильные результаты либо отвергать их как некорректные, по возможности с анализом некорректности.

Разделение процесса разработки программ на 5 этапов носит весьма условный характер. В случае простых программ, которые предстоит писать начинающим программистам, некоторые этапы сливаются, например проектирование с разработкой алгоритма или кодирование с отладкой. В случае сложных программ могут добавиться новые фазы разработки, например проектирование базы данных или создание изображений.

Более важным является то, что работа над сложной программой состоит в многократном прохождении цикла разработки, т.к. в процессе тестирования могут быть обнаружены такие ошибки, для исправления которых придется вернуться не только к кодированию или алгоритмизации, но и к проектированию, а в тяжелых случаях - пересмотреть и постановку задачи.

Обработка информации на ЭВМ.

Урок 1. Этапы решения задач на ЭВМ.

Как вы думаете, все ли задачи можно решить с помощью компьютера?

Существуют задачи, которые без компьютера решить невозможно. Например, решить систему уравнений 20-й степени с 20-ю неизвестными; найти значение числа π с точностью 100 знаков после запятой.

Есть задачи, которые без компьютера решить проще, чем с помощью компьютера: 2+2

Есть также задачи, которые с помощью компьютера решить невозможно: что я хочу съесть сегодня на обед.

Попробуем определить этапы решения задач с помощью компьютера на примере такой задачи, которую без компьютера, наверное, решить было бы проще, но зато на примере такой задачи нам будет проще проследить этапы решения задач с помощью компьютера.

Задача: Определить площадь поверхности стола.

Обычно сразу напрашивается ответ: длину умножить на ширину. Потому что есть такая формула: S=A*B. Но ведь это же не формула для определения площади поверхности стола, а для определения площади прямоугольника. Есть и другие формулы определения площади, например, площади круга: S=2R.

Хочется возразить: стол-то – прямоугольный. А кто это сказал? Нам ведь не уточнили, площадь какого именно стола нужно определить. Значит, необходимо уточнить задачу: определить площадь конкретного прямоугольного стола.

Теперь можно выделить существенные признаки, что стол – прямоугольный, именно поэтому мы можем применить известную формулу S=A*B. Важен ли факт, что стол – белого цвета, сделан из пластика и проч.? Нет.

Т.е. от конкретного стола мы переходим к его формализованной (в данном случае – математической) модели – прямоугольнику.

Что является исходными данными для решения задачи? – Длина и ширина прямоугольника.

Как будем решать задачу? – По формуле S=A*B.

1. Измерить длину.

2. Измерить ширину.

СТОП!!! Мы договорились, что задачу будем решать с помощью компьютера. Кто будет измерять длину и ширину? Компьютер сможет это сделать? – Нет. Поэтому нам самим придется взять рулетку и провести измерения, а результаты ввести в компьютер.

Поэтому получим следующую последовательность действий для компьютера:

2. Вычислить S=A*B.

3. Сообщить полученный результат S.

Затем, т.к. эту задачу мы будем решать с использованием ЭВМ, нужно записать последовательность действий для машины на языке, который она понимает (программа на языке программирования), ввести в компьютер, отладить (исправить опечатки и синтаксические ошибки), протестировать (запустить на выполнение и дать такие данные, для которых мы знаем результат) и только затем выполнить для наших исходных данных.

Таким образом, вырисовываются следующие этапы решения задач с использованием ЭВМ:

Постановка задачи

Уточнение (если необходимо) постановки задачи.

Построение математической (формализованной) модели.

выделить предположения, на которых будет основана математическая модель;

определение метода решения (математические соотношения, связывающие результаты с исходными данными)

Алгоритм.

Программа на языке программирования (ввод программы в компьютер, ее отладка, тестирование и выполнение на ЭВМ).

Пусть мы написали программу для компьютера, ввели ее, отладили, протестировали и выполнили ее на ЭВМ, и вдруг оказалось, что в документе на наш стол указано другое значение. Почему? Например, потому что на самом деле стол – не в точности прямоугольник, а, например, трапеция. Придется снова строить математическую модель, определять, что является аргументами и результатами, как они связаны между собой (математические соотношения) и т.д.

Т.е. необходимо ОБЯЗАТЕЛЬНО добавить еще один этап – Анализ результатов

^ Анализ результатов. Если необходимо, уточнение модели (перейти к п.3)

Урок 2. Алгоритм и его свойства.

Способы представления алгоритмов.

ИСПОЛНИТЕЛЬ - человек или механическое устройство (или, например, компьютер), который умеет выполнять строго определенный набор команд (и больше ничего!).

Набор команд, который умеет выполнять Исполнитель (т.е. список всех команд), называется ^ СИСТЕМОЙ КОМАНД ИСПОЛНИТЕЛЯ (СКИ).

Исполнители бывают ФОРМАЛЬНЫМИ и НЕФОРМАЛЬНЫМИ.

Формальный исполнитель ни о чем не задумывается, он в точности выполняет полученную команду. ^ Неформальный исполнитель (например, человек) может не захотеть выполнять какой-либо приказ, задуматься, а нужно ли вообще его выполнять, а если нужно, то в случае если приказ сформулирован нечетко, сделать так, как подразумевалось, а не как написано. Т.е. человек может принимать самостоятельные решения и брать ответственность на себя.

Мы будем рассматривать только формальных исполнителей.

Существует множество различных исполнителей. Для знакомства с любым исполнителем, нужно узнать, в какой среде работает исполнитель, и познакомиться с его СКИ (системой команд исполнителя), т.е. узнать:

какие команды умеет выполнять исполнитель;

как они отдаются;

как выполняются;

когда возникает отказ.(ОТКАЗ - это ситуация, когда исполнитель не может выполнить команду).

Исполнитель

Среда СКИ

Какие команды

Как отдаются

Как выполняются

Когда отказ

^ Управление исполнителями.

Поговорим немного о еще одном важном приложении компьютерной техники – об использовании ЭВМ для управления.

В 1948 году в США и Европе вышла книга американского математика Норберта Винера «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине» Эта книга провозгласила рождение новой науки – кибернетики. Н. Винер предвидел, что использование ЭВм для управления станет одним из важнейших их приложений, а для этого потребуется глубокий теоретический анализ процесса управления. С точки зрения кибернетики взаимодействие между управляющими и управляемыми объектами рассматривается как информационный процесс. С этой позиции оказалось, что самые разнообразные процессы управления происходят сходным образом, подчиняются одним и тем же принципам.

Однако в СССР в те годы сравнение живого организма, в т.ч. и человека, с машиной казалась кощунственной, поэтому долгое время у нас кибернетику считали «Продажной девкой капитализма». Поэтому мы до сих пор в области ВТ в положении догоняющих, хотя первые малые ВМ, построенные по принципу общей шины (магистрали) были построены именно в СССР Лебедевым.

Управление – это целенаправленное взаимодействие объектов, один из которых является управляющим, другие – управляемыми.

Простейшая ситуация – два объекта: один управляющий, второй – управляемый.. Например: человек и телевизор, хозяин и собака, светофор и автомобиль.

Управляющий объект

Управляемый объект

Управляющее воздействие

В приведенных примерах управляющее воздействие происходит в разной форме…

Все варианты управляющих воздействий следует рассматривать как управляющую информацию, передаваемую в форме команд.

Команды отдаются не случайным образом, а с вполне определенной целью. Иногда для достижения более сложной цели необходимо выполнить последовательность (серию) команд.

Последовательность команд по управлению объектом, приводящая к заранее поставленной цели, называется алгоритмом управления

Т.о., объект управления можно назвать исполнителем управляющего алгоритма.

В приведенных примерах строго в соответствии со схемой работает только система светофор – автомобиль. В других случаях управляющий объект не только отдает команды, но и принимает информацию от объекта управления о его состоянии. Этот процесс называется обратной связью.

^ Обратная связь – процесс передачи информации о состоянии объекта управления к управляющему объекту.

Управляющий объект

Управляемый объект

Управляющее воздействие

Обратная связь

В варианте управления без обратной связи алгоритм может представлять собой только линейную последовательность команд. Такой алгоритм называется линейным или последовательным.

При наличии обратной связи алгоритм может быть более гибким, допускающим ветвления и повторения (циклы). При управлении с обратной связью сам управляющий объект должен быть достаточно интеллектуальным для того, чтобы, получив информацию по обратной связи, проанализировать ее и принять решение о следующей команде.

Управление исполнителями заключается в последовательном вызове команд (нажатии кнопок). В простейшем случае можно считать, что это делает человек. Тогда схема взаимодействия выглядит так: Человек отдает команду исполнителю, анализирует результат, отдает следующую команду и т.д. (управление автомобилем, бытовыми приборами, ...).

команды

Человек Исполнитель

Результаты

Но иногда такая схема может оказаться непригодной (человек может ошибиться при наборе длинной последовательности команд, неверно проанализировать обстановку, не успеть в критической по времени ситуации, среда работы исполнителя неблагоприятна для человека, например, в космосе, внутри атомного реактора, ...). Возникает идея посредника – управляющего устройства, которое, получив от человека инструкции, самостоятельно дает команды исполнителю. В роли такого посредника может выступать ЭВМ.

Системы, в которых роль управляющего объекта поручается компьютеру, называются автоматическими системами с программным управлением

Управление в этом случае распадается на несколько этапов.

Человек пишет для ЭВМ алгоритмы (программы).

ЭВМ передает исполнителю команды, получает результаты, анализирует их, снова передает команды и т.д.

Человек получает результаты от ЭВМ и от исполнителя.

программа

Человек Компьютер Этап 1

ЭВМ команды  Исполнитель Этап 2

 результаты

 Исполнитель

Человек результаты Этап 3

Итак, управление исполнителем возможно с использованием двух режимов:

Непосредственное управление:

Программное управление:

^ АЛГОРИТМ И ЕГО СВОЙСТВА.

Само слово алгоритм происходит от имени выдающегося математика средневекового Востока Мухаммеда аль Хорезми (787-850) (Мухаммед из Хорезма). Им были предложены приемы выполнения арифметических вычислений с многозначными числами. Позже в Европе эти приемы назвали алгоритмами (Algorithmi – латинское написание имени аль-Хорезми)

Точного определения алгоритм нет. Это понятие можно определить, например, так:

АЛГОРИТМ - точное предписание, задающее преобразование исходных данных в искомый результат за конечное число шагов.

АЛГОРИТМ - это последовательность команд, в результате выполнения которых будет решена поставленная задача.

Другими словами алгоритм - это последовательность действий со строго определенными правилами выполнения.

Алгоритм, записанный на специальном языке, понятном исполнителю (для исполнителя ЭВМ – на языке программирования), называется ПРОГРАММОЙ.

Существует много разных языков программирования. В настоящее время их число насчитывает уже несколько тысяч. Вот некоторые из них: Фортран, Алгол, ПЛ/1, Бейсик, Паскаль, Си, Ада, Лого, Лисп, Пролог.

Все языки имеют правила, устанавливающие, что и как можно писать. Эти правила называются СИНТАКСИСОМ.

Примеры:

Алгоритм приготовления бутерброда: исх. данные: хлеб, продукт. Искомый результат - бутерброд (ломтик продукта, положенный на ломтик хлеба). Предписание - а) отрезать ломтик хлеба; б) отрезать ломтик продукта; в) положить продукт на хлеб.

“Пойди туда - не знаю куда, принеси то - не знаю что” (алгоритмом не является)

Правила поведения в компьютерном классе: … не ударяйте резко и сильно по клавиатуре (алгоритмом не является, т.к. алгоритм – это последовательность действий, а здесь перечень того, чего делать не нужно)

^ СВОЙСТВА АЛГОРИТМА:

1. ОПРЕДЕЛЕННОСТЬ, ТОЧНОСТЬ - однозначность предписываемой последовательности действий, не допускающая произвольного ее толкования, т.е. каждая команда алгоритма должна определять однозначное действие исполнителя (единственность толкования правил выполнения действий и их порядка) (каждому ясно, что “отрезать ломтик хлеба” означает: взять нож, а не пилу...).

2. МАССОВОСТЬ – возможность применения алгоритма к большому количеству различных исходных данных, т.е. пригодность для решения целого класса задач данного типа при различных исходных данных, отвечающих общей постановке задачи (хлеб может быть белым, черным или любым другим).

3. ДИСКРЕТНОСТЬ – разделение алгоритма на последовательность шагов, которые исполнитель может выполнить без дополнительных разъяснений (а), б). ...).

4. ДЕТЕРМИНИРОВАННОСТЬ – исполнитель должен выполнять команды алгоритма в строго определенной последовательности (например, при взлете самолет не может оторваться от взлетной полосы, пока самолет не набрал необходимую скорость, нельзя открыть дверь, не достав сначала ключ и т.п.)

^ 5. РЕЗУЛЬТАТИВНОСТЬ, КОНЕЧНОСТЬ - возможность получения результата за конечное число шагов (как бы долго алгоритм ни выполнялся, он все равно когда-нибудь закончится).

^ СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ АЛГОРИТМОВ:

1. Словесный (кулинарный рецепт).

2. Графический (в виде блок-схем).

3. На алгоритмическом языке.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ АЛГОРИТМОВ С ПОМОЩЬЮ БЛОК-СХЕМ.

Изображение основных блоков:

Процесс, выполнение действий, вычисление по формуле

Блок принятия решения (блок проверки условия)

Ввод исходных данных (в общем виде)

Запишем в виде блок-схемы алгоритм определения площади стола.

Задача.

Постановка задачи: Справа и слева лежат два арбуза. Необходимо в центр положить наибольший (весы имеются).

^ Построение математической модели: арбузы могут быть заменены яблоками и проч. В конечном итоге можно перейти к числам, т.е. существенным признаком является вес, который можно выразить числами.

^ Математическая постановка задачи: Даны два числа А и В (их необходимо ввести в компьютер). Найти наибольшее из них и записать его в переменную С.

Исходные данные: два числа А и В. Результат – максимальное число С.

Алгоритм: запишем алгоритм сначала в словесном виде, а затем – в графическом

Ввести в компьютер 2 числа А и В.

Если А больше В, то С=А, в противном случае С=В.

Вывести результат – С.

Алгоритм в графическом виде (блок-схема) представлен на Рис. 2.

Ошибки в алгоритмах.

1. Синтаксические. Если при составлении алгоритма или записи программы на языке программирования мы случайно вместо команды ввода исходных данных INPUT напишем IMPUT, или Роботу вместо «вправо» скомандуем «вправа» то ЭВМ нашу запись не поймет и, даже не приступая к выполнению алгоритма, сообщит об ошибке.

2. Отказы - проявляются при выполнении алгоритма, например при попытке исполнителя Робот выйти за пределы поля или попытке деления на 0. В этом случае выполнение алгоритма или программы прекратится, и ЭВМ сообщит об ошибке.

3. Логические ошибки, которые ни ЭВМ, ни исполнитель вообще не могут обнаружить. Например, если мы вместо команды “вправо” напишем случайно “влево”, Робот выполнит алгоритм, но мы не попадем в ту клетку, куда было надо. Или если вместо команды S=A*B мы напишем S=A/B, ЭВМ все равно выполнит эту команду. Однако никаких сообщений об ошибках мы не получим (да и откуда ЭВМ может знать, куда мы на самом деле хотели переместить Робота, или по какой формуле мы хотели считать).