 |
Основные вычислительные процессы.
|
|
|
|
Все многообразие сложных алгоритмов строится всего лишь из трех основных видов вычислительных процессов (им соответсвуют типовые структуры алгоритмов):
- Линейный (линейная структура алгоритма).
- Разветвленный (разветвленная структура алгоритма).
- Циклический (циклическая структура алгоритма).
Линейный вычислительный процесс предполагает выполнение одной и той же последовательности действий при любых допустимых исходных данных.
Разветвленный вычислительный процесс предполагает выбор одного из двух или нескольких возможных направлений алгоритма (ветви) в зависимости от результата проверки некоторого условия или условий. Количество ветвей всегда больше числа проверяемых условий.
Циклический вычислительный процесс предполагает неоднократное выполнение одной и той же последовательности действий для заданного набора исходных данных. Повторяющаяся цепочка действий называется тело цикла. Существует 2 вида циклических процессов: арифметический и цикл по условию.
Арифметический — цикл с изменяемым параметром или цикл с явно заданным числом повторений. Для организации такого цикла в алгоритм вводят специальную переменную (параметр цикла, счетчик), которая изменяет свое значение при каждом выполнении тела цикла от начального до конечного с заданным шагом.
Циклы по условию — число повторений заранее не известно. Управляются с помощью заданного условия. В зависимости от месторасположения условия (до или после тела цикла) существует две разновидности — цикл с предусловием и цикл с постусловием.
Цикл с постусловием — тело цикла выполняется всегда хотя бы один раз.
Циклические вычислительные процессы позволяют создавать компактные алгоритмы и программы.
|
|
|
Язык программирования Pascal.
Pascal — алгоритмический язык высокого уровня, относится к т.н. процедурным языкам, то есть при построении программы широко используются процедуры и функции. Создавался как язык для обучения, но получил широкую известность благодаря строгим правилам описания объектов программы. На основе Pascal созданы современные системы программирования. К недостаткам Pascal'а относят слабые средства ввода-вывода данных и относительно небольшое количество стандартных математических функций.
Основные элементы языка: Алфавит включает в себя 26 латинских букв (регистронезависимый), цифры 0-9, знаки арифметических действий, знаки препинания, некоторые специальные символы.
Идентификаторы (имена): Имена в Pascal строятся из латинских букв, цифр, знака подчеркивания. При этом имя не может начинаться с цифр. Именами обозначаются различные объекты программы, например именованные констансты, переменные, функции, процедуры, типы данных и т.д. Желательно, чтобы имена были мнемоничны, т.е. отражали смысл именуемого объекта.
Константы: - величиины, которые не изменяют значения в ходе выполнения программы. Могут задаваться либо своим значением, либо именем (именованая константа). Константами могут быть различные типы данных:
- Числовые
◦ Целые
◦ Вещественные
▪ Естественная форма записи (1.243 — точка вместо запятой(!))
▪ Экспоненциальная форма записи (мантисса и множитель (25.874e-02 = 25,874* 10-2))
- Символьные — любой символ из кодировочной таблицы компьютера, заключенный в апострофы('b', '5', '+')
- Строковые — цепочка символов ('-384_=ыыы+jbwur')
Переменные — величины, которые могут изменять свое значение в ходе выполнения программы. Всегда обозначаются именем. Имя переменной связано с определенной ячейкой памяти компьютера. Различают одиночные переменные (одно значение) и переменные-массивы (несколько значений).
|
|
|
Используется индексация массива. В одномерных массивах индекс указывает на порядковый номер элемента. В двумерном массиве используется два индекса. Первый указывает на номер строки, второй — на номер столбца, на пересечении которых находится данный элемент. Для массивов требуется столько ячеек памяти, сколько элементов в массиве.
Выражениея — представляют собой операнды, соединённые знаками операций, а по смыслу это правило получения новых значений. В качестве операндов могут ыть константы, переменные, функции. Если в выражении используются только арифметические операции, оно называется арифметическим выражением. Если в выражении присутствует хотя бы одно логическая операция или операция сравнения — оно называется логическим.
Операции:
- Арифметические
◦ +
◦ -
◦ *
◦ /
◦ div
◦ mod
- Логические — над данными логического типа
◦ not
◦ or
◦ and
◦ xor
- Операции сравнения
◦ =
◦ <>
◦ <
◦ >
◦ <=
◦ >=
Порядок операций:
- not
- * / div mod and
- + - or xor
- > < = >= <= <>
Операции одного приоритета выполняются слева направо. Для изменения порядка выполнения используют круглые скобки.
Структура программы:
program <имя программы>;
<раздел описаний>
begin
<раздел операторов>
end.
Имя можно опустить.
В разделе описаний — переменные, описания, типы, метки, процедуры, функции.
Для разделения инструкций паскаля используется точка с запятой. Можно делать пробелы и переходы на новую строку. Можно делать комментарии.
Описание констант.
Const
c1=10;
c2=2.75;
c3= 'Ф';
c4='строка';
c5=false;
Тип константы определяется значением.
Описание переменных:
var a,b,c: integer;
x,y: real;
k,m: char;
text: string;
flag: boolean;
Можно задать тип самостоятельно.
Type
matrix=array[1..5] of real;
Операторы языка Pascal.
В паскале есть понятие составного оператора. Составной оператор — последовательность любых операторов паскаля, заключенных в операторные скобки Begin <...> End;
Составной оператор условно рассматривается как отдельный оператор и поэтому может включаться в состав других операторов паскаля.
Один составной оператор может быть вложен в другой. Уровней вложения — сколько угодно.
|
|
|
Самый распространенный — оператор присваивания значений. Используется для задания значения переменной в тексте программы.
<Имя переменной>:=<вырражение>;
x:=a+b;
Вычисляется значение выражения и полученное значение заносится в ячейку памяти, связанную с переменной. Обязательное требование — должны совпадать типы выражения. Единственное исключение — integer → real. Остальные преобразования типов должны указываться явно с помощью стандартных функций паскаля.
X:=round(y);
X:=trunc(y);
X:=orb(y);
X:=chr(y);
Условный оператор.
Используется для ветвления программы.
If <условие> then <оператор 1> else <оператор 2>
Вычисляется условие. Если значение условия — истина, то выполняется оператор 1, оператор 2 пропускается. И наоборот.
Может использоваться составная конструкция.
Некоторые условные операторы могут использоваться в сокращенной форме(без else).
Если используется несколько вложенных условных операторов, причем часть из них в сокращенной форме. Может возникнуть неоднозначность использования программы. Поэтому существует правило: else относится к ближайшему слева оператору if.
Операторы цикла.
Используются для повторяющихся действий.
- Счетный оператор цикла
for <счетчик>:=<начальное значение> to <конечное значение> do <оператор>;
счетчик — переменная целого типа, которая специально используется для организации арифметического цикла. Изменяется от начального значения до конечного с шагом +1. Начальное и конечное значения — произвольные выражения целого типа. - Цикл с предусловием.
While <условие> do <оператор>; - Цикл с постусловием.
Repeat <тело цикла> until <условие>;
Тело цикла — последовательность операторов.
В теории доказано, что с помощью операторов присваивания, условного и цикла можно написать программу любой сложности. Иногда возникает необходимость безусловного перехода, чтобы программа перескакивала из одного места программы в другое.
Для этих целей используют оператор безусловного перехода.
|
|
|
goto <метка>;
Метка — либо число, либо произвольный идентификатор. Меткой можно пометить любой оператор программы. <метка>:<оператор>;
Вычислительная техника
Вычислительной техникой называют. Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств называют вычислительной системой. Основным устройством вычислительной системы является компьютер.Принято классифицировать компьютеры по назначению:
- Большие ЭВМ (суперкомпьютеры). Предназначены для обслуживания крупных организаций или целых отраслей промышленности. Для эксплуатации требуют создания вычислительных центров.
- Мини ЭВМ. Отличаются от больших небольшими размерами и предназначены для обслуживания отдельных рабочих участков. Чаще всего, используются в качестве управляющих компьютеров. Также требуют создания вычислительных центров.
- Микро ЭВМ. Небольшие компьютеры, как правило, не требующие специального обслуживания. Используются для решения несложных вычислительных задач или также в качестве управляющих компьютеров.
- Персональные компьютеры — микро ЭВМ, предназначенные для обслуживания одного рабочего места. Дешевы в производстве и поэтому получили массовое распространение. Для ПК существует своя классификация по назначению.
1. Массовые ПК.
2. Деловой ПК.
3. Портативный ПК.
4. Развлекательный ПК.
5. Рабочая станция.
Помимо классификации по назначению существуют некоторые другие виды классификаций. В частности, компьютеры делят на универсальные (подходят для любых задач) и специализированные (узкий круг задач). Персональные компьютеры делят на типоразмеры (настольный, переносной, карманный), и по типу применяемого процессора.
Состав вычислительной системы.
Состав вычислительной системы называют конфигурацией, причем различают аппаратную конфигурацию и программную конфигурацию. Их принято рассматривать отдельно. Аппаратная конфигурация — это, по-другому, аппаратное обеспечение вычислительной системы. Современные ПК имеют блочно-модульную конструкцию, что позволяет изменять аппаратную конфигурацию, то есть набор аппаратных средств, в зависимости от области применения данного компьютера.
В основе построения современных ПК лежат три основных принципа:
- Принцип двоичного кодирования (все данные и программы представлены в виде двоичных кодов).
- Сведение всех сложных действий по обработке информации к простейшим арифметическим и логическим операциям.
- Принцип программного управления (все действия выполняются согласно написанной заранее человеком программы).
Все арифметические и логические действия выполняются ЦПУ. Остальные устройства компьютера по отношению к ЦПУ принято делить на внутренние и внешние. Внутренние устройства обслуживают ЦПУ в процессе вычисления, например ОЗУ. Внешние устройства — это либо устройства ввода-вывода данных (клавиатура, мышь, монитор, принтер), либо внешние запоминающие устройства для длительного хранения информации. Все узлы или устройства должны взаимодействовать между собой (обмениваться данными). Для этого в компьютере существуют специальные логические устройства, называемые аппаратным интерфейсом. По принципу действия их делят на параллельные и последовательные. В последовательном интерфейсе обмен данными идет побитно, а в параллельном — группами бит.
|
|
|
Программная конфигурация, программное обеспечение, ПО.
Сабж — конкретный набор взаимодействующих программ. В современном ПК установлено, как правило, большое количество программ, которые взаимодействуют между собой и с аппаратным обеспечением. Конечная цель любой программы — управление аппаратными средствами. Одни программы, при выполнении, опираются на другие. Поэтому принято делить ПО на уровни.
Базовое ПО - те программы, которые используются внутри конкретных узлов/устройств компьютера с целью управления ими. Эти программы записываются на специальных микросхемах. ПЗУ, ROM. Постоянные запоминающие устройства. Read Only Memory.
Системное ПО — программы, выполняющие посреднические функции, то есть обеспечивающие взаимодействие прикладных и служебных программ с базовым ПО или непосредственно с аппаратными функциями. По-другому, эти программы обеспечивают несколько видов интерфейса, то есть взаимодействия:
- Пользовательский интерфейс — взаимодействие человека с ПО и аппаратными средствами.
- Аппаратно-программный интерфейс — взаимодействие между программами и аппаратными средствами.
- Программный интерфейс — взаимодействие программ между собой.
Системное ПО составляет основную часть (ядро) операционной системы компьютера, без которой функционирование системной
Служебное ПО — программы, предназначенные для проверки, настройки, обслуживания различных устройств компьютера. Иногда эти программы называют утилиты. Часть этих программ входит в состав операционной системы, остальные устанавливает пользователь.
- Диспетчеры файлов. Используют для навигации по файловой системе ЗУ, а также основных операций с файлами и каталогами.
- Средства сжатия данных, архиваторы. Служат для более компактного сохранения данных и защиты их от случайного искажения.
- Средства просмотра и воспроизведения. Позволяют увидеть содержимое отдельных файлов.
- Средства диагностики. Предназначены для определения работоспособности отдельных устройств.
- Средства контроля. Мониторы. Позволяют в режиме текущего времени посмотреть основные характеристики системы.
- Средства коммуникаций. Взаимодействие между компьютерами с помощью компьютерных сетей.
- Средства компьютерной безопасности. Пассивная и активная безопасность информации, хранящейся в компьютере. Пассивная безопасность обеспечивается путем ограничения доступа к данным (например шифрование). Активная — специальная антивирусное ПО.
Прикладное ПО.
Совокупность прикладных программ, позволяющих использовать компьютер в различных сферах деятельности человека, начиная от производственных, до творческих и развлекательных.
- Текстовые редакторы.
- Графические редакторы.
◦ Растровые
◦ Векторные
◦ 3D-редакторы
◦ Аниматоры
- Электронные таблицы.
- СУБД.
- САПР (CAD-системы).
- Средства для работы в сети Интернет.
Главные функции операционных систем
Операционная система — набор системных и служебных программ, обеспечивающих автоматическую работу ПК. Операционная система обеспечивает взаимодействие всех интерфейсов.
Основные функции:
- Обеспечение пользовательского интерфейса. По этой функции ОС делят на 2 вида:
◦ ОС с интерфейсом командной строки
◦ ОС с графическим интерфейсом.
- Автоматическая загрузка.
- Установка, удаление, исполнение приложений. Приложения — прикладные программы, способные работать в заданной операционной системе.
В состав операционной системы включаются служебные программы, позволяющие повысить эффективность работы компьютера.
Компьютерные сети.
Для создания сети требуется аппаратное оборудование (сетевое оборудование) и программные средства — сетевые программы. При создании сети решается основная задача — обеспечить совместимость. Задача из области стандартизации и решается она на основе модели взаимодействия открытых систем (OSI). Обмен сигналами между компьютерами по каналам связи. Существуют различные уровни. Самый низкий — физический.
При взаимодействии участников сети — физическое соединение, на всех вышестоящих – программное. В процессе обмена данные переходят с более высоких на более низкие уровни. На каждом уровне — стандарты взаимодействия — сетевые протоколы.
LAN — Local Area Network. Ограничена небольшой территорией.
WAN — Wide Area Network.
Совокупность приемов, устанавливающих права на пользование теми или иными привилегиями называется сетевой политикой, а установление и ограничение прав участников — администрирование сети.
Сети взаимодействуют через шлюзы. Шлюз решает вопрос компьютерной безопасности. Транспортировка данных — через пакеты.
|
|
|
