Что такое компьютер как исполнитель программ

Если мы хотим написать программу на каком-нибудь языке программирования, то сначала мы должны составить алгоритм решения задачи.

Алгоритм — это точное и простое описание последовательности действий для решения данной задачи. Алгоритм содержит несколько шагов, которые должны выполняться в определенной последовательности. Каждый шаг алгоритма может состоять из одной или нескольких простых операций.

Каждый из нас ежедневно использует различные алгоритмы: инструкции, правила, рецепты и т.д. Обычно мы это делаем не задумываясь. Например, открывая дверь ключом, никто не размышляет над тем, в какой последовательности выполнять действия. Однако чтобы кого-нибудь научить открывать дверь, придется четко указать и сами действия, и порядок их выполнения. Например:

• 1. Достать ключ.
• 2. Вставить ключ в замочную скважину.
• 3. Повернуть ключ 2 раза против часовой стрелки.
• 4. Вынуть ключ.

Представим, что мы поменяли местами второе и третье действия. Мы сможем выполнить и этот алгоритм, но дверь не откроется, т. е. алгоритм станет невыполнимым.

Видеоинструкция к программе Robowin (система Исполнители)

Для алгоритма важен не только набор действий, но и то, в каком порядке они выполняются. Понятие алгоритма в информатике является фундаментальным. Таким же, какими являются понятия точки, прямой и плоскости в геометрии, вещества в химии, пространства и времени в физике и т.д.

Свойства алгоритма

• 1. Дискретность (прерывность, раздельность) — алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых шагов (этапов).
• 2. Определенность — каждый шаг алгоритма должен быть четким и однозначным. Выполнение алгоритма носит механический характер и не требует никаких дополнительных сведений о решаемой задаче.
• 3. Результативность — алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов.
• 4. Массовость — алгоритм решения разрабатывается в общем, виде, т.е. он должен быть применим для решения некоторого класса задач, различающихся лишь исходными данными.

Способы описания алгоритмов

• — словесный;
• — графический;
• — табличный;
• — формульный.

Словесный способ каждый из нас использует ежедневно, пересказывая собеседнику, например, различные инструкции, правила, кулинарные рецепты, т.е. какую-то последовательность, приводящую к конечному результату.

Графический способ представления алгоритмов является более компактным и наглядным по сравнению со словесным. Как часто для лучшего понимания той или иной ситуации нам проще начертить какую-то схему, план, согласно которому мы будем действовать. В программировании данный способ предпочтительнее других, поскольку позволяет с помощью последовательности функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий, представить ход решения той или иной задачи. Такое представление алгоритма называется структурной схемой алгоритма или блок- схемой. Ниже представлено назначение основных функциональных блоков, применяемых при создании блок-схем.

Что такое компьютер на самом деле? / Введение в программирование, урок 1 (JavaScript ES6)

Табличный способ используется, например, в бухгалтерии при составлении ежегодных отчетов, сводок и т.д.

Рис. 17. Блок-схема линейного алгоритма

Формульный способ находит свое применение при решении задач из области математики, физики и т.д. Например, при решении квадратного уравнения мы приступаем к нахождению дискриминанта уравнения, а затем, в зависимости от полученного результата, находим корни уравнения по известным всем формулам.

Всего существует три типа алгоритмов, используемых для создания программ:

• — линейный;
• — разветвляющийся;
• — циклический.

Рассмотрим каждый из них.

Алгоритм называется линейным, если он содержит N шагов и все шаги выполняются последовательно друг за другом от начала до конца.

На рис. 17 операторы имеют обозначение — Рь Р2, Р„.

Рис. 18. Блок-схема разветвляющегося алгоритма

Алгоритм называется разветвляющимся, если последовательность выполнения шагов алгоритма изменяется в зависимости от выполнения некоторых условий. Условие — это логическое выражение, которое может принимать одно из двух значений:

«ДА» — если условие верно (истинно), и «НЕТ» — если условие неверно (ложно).

На рис. 18 операторы имеют обозначение — Рь Р2.

Алгоритм называется циклическим, если определенная последовательность шагов выполняется несколько раз в зависимости от заданной величины, которая называется параметром цикла. Цикл заканчивается, когда параметр принимает определенное значение.

На рис. 19 операторы имеют обозначение — Рь Рп

Ni, N2— границы, в которых изменяется параметр цикла.

Рис. 19. Блок-схема циклического алгоритма

Информация для компьютера — это данные, представленные в форме, приемлемой для ее передачи и обработки. Для работы с данными компьютеру необходимы инструкции (команды). Команды оформляются в виде последовательности действий, записанных на соответствующем языке программирования, и называются программой.

Согласно принципам Джона фон Неймана, программа во время ее исполнения и данные, которые она обрабатывает, находятся в оперативной памяти (принцип хранимой в памяти программы). Процессор исполняет программу в соответствии с алгоритмом и выполняет все команды от начала до конца.

Действия, выполняемые компьютером в процессе решения задачи, записываются в виде операторов алгоритмического языка.

Компьютер может обрабатывать только двоичную информацию, поэтому для первых компьютеров программистам приходилось писать программы в двоичных кодах, называемые программами на машинном языке. Написание программы на машинном языке занимало много времени, в ней легко было сделать ошибку, причем найти и устранить ее очень сложно. Чтобы облегчить создание программ, был разработан язык ассемблера. В нем машинные команды представлены мнемонически, т.е. символическими инструкциями, с которыми человеку легче работать, чем с двоичными кодами.

Например, в данном фрагменте программы:

значение 4 загружается в регистр АХ, значение 9 — в DX, затем два значения складываются, а результат сохраняется в регистре АХ.

В дальнейшем тенденция облегчения для человека процесса создания программ оставалась доминирующей. В результате были разработаны языки высокого уровня, в которых программные конструкции похожи на фразы английского языка. Примером языка высокого уровня служит Microsoft Visual Basic .NET, с которым мы познакомимся в дальнейшем.

Говоря о том, что компьютер является исполнителем со своей системой команд, нужно сказать о том, что исходный код программы должен транслироваться (компилироваться) в машинный код.

Компилятор — это программа, автоматически преобразующая (транслирующая, компилирующая) исходный код языка высокого уровня в машинный код и создающая таким образом выполнимый файл.

Интерпретатор — это программа, преобразующая код языка высокого уровня в машинный код шаг за шагом, т.е. каждая команда преобразуется интерпретатором и выполняется компьютером, затем интерпретатор преобразует следующую команду, компьютер выполняет ее и т.д.

В то же время работа интерпретатора похожа на работу синхронного переводчика, который переводит (преобразует) фразы на иностранном языке одна за другой, по мере их произнесения. (В английском языке слово interpreter имеет оба эти значения — интерпретатор или истолкователь и переводчик.) Аналогично этому компьютерный интерпретатор за один раз читает только одну команду исходного кода, преобразует ее в машинную команду (или команды) и выполняет. После этого интерпретатор приступает к обработке следующей команды. При использовании такого метода компьютер увидит любое изменение, внесенное в команду исходного кода до интерпретации этой команды, т.е. изменения в программу можно вносить в процессе ее выполнения.

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.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Дайте определение понятию «алгоритм». Приведите примеры алгоритмов, с которыми вы сталкивались в жизни.
• 2. Какие свойства алгоритма вы знаете? Поясните каждое.
• 3. Назовите способы описания алгоритмов.
• 4. Начертите основные функциональные блоки, применяемые при создании блок-схем.
• 5. Начертите блок-схемы линейного, разветвляющегося и циклического алгоритмов. Поясните принцип их работы.
• 6. Что представляет собой программа? Что называется оператором?
• 7. Поясните разницу между компилятором и интерпретатором.
• 8. Объясните, почему компьютер является формальным исполнителем команд.

Источник: studref.com

Тема 2.3: Компьютер как исполнитель команд. Программный принцип работы компьютера. Примеры компьютерных моделей различных процессов

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.

Алгоритм – это последовательность действий (команд) для достижения цели.

В XIX веке английским математиком и инженером Чарльзом Бэббиджем был разработан проект вычислительной машины, которая предназначалась для автоматического проведения длинных цепочек вычислений. Главной особенностью конструкции этой машины является программный принцип работы.

Чарльза Беббиджа считают изобретателем компьютера – он впервые соединил механический арифмометр с идеей программного управления.

По своему назначению компьютер – это универсальный прибор для работы с информацией.

В основу работы компьютеров положен программный принцип управления. Любой компьютер представляет собой автоматическое устройство, работающее по заложенным в него программам.

Первая вычислительная машина, способная хранить программу в своей памяти, разрабатывалась в 1943—1948 гг. в США под руководством Джона Мочли и Преснера Экерта.

В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств.

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);

Эти устройства соединены между собой каналами связи, по которым передается информация.

Функции памяти: — прием информации из других устройств; — запоминание информации; — выдача информации по запросу в другие устройства машины.

Функции процессора: — обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций; — программное управление работой устройств компьютера.

Одна часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством, а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, — устройством управления. Обычно эти устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.

В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером.

Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определенным образом общей системой управления.

Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций. Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:

— сумматор — регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции;

— счетчик команд — регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды. Он служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;

— регистр команд — регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные — для хранения кодов адресов операндов.

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.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).

Источник: studopedia.su

Презентация на тему Компьютер — как исполнитель команд

Компьютер (от англ.computer) – это программируемое электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации. В основе любого компьютера лежит тактовый генератор, вырабатывающий через равные интервалы времени электрические сигналы, которые используются

• Главная
• Информатика
• Компьютер — как исполнитель команд

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1Компьютер – как исполнитель команд
ВЫПОЛНИЛА: КУЗНЕЦОВА Л.В.
ГБПОУ «КЧСХТ»

Слайд 2Компьютер (от англ.computer) – это программируемое электронное устройство, предназначенное для

накопления, обработки и передачи информации.
В основе любого компьютера лежит

тактовый генератор, вырабатывающий через равные интервалы времени электрические сигналы, которые используются для приведения в действие всех устройств компьютерной системы. Управление компьютером сводится к управлению распределением сигналов между устройствами. Такое управление производится автоматически, с помощью программного управления.

Слайд 3Программный принцип работы компьютера
Главной особенностью конструкции компьютера является программный принцип

работы. 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. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе. После ее завершения в память загружается другая программа и т.д.
Программа — это запись алгоритма решения задачи в виде последовательности команд или операторов языка, который понимает компьютер. Конечной целью любой компьютерной программы является управление аппаратными средствами.
Для нормального решения задач на компьютере нужно, чтобы программа была отлажена, не требовала доработок и имела соответствующую документацию. Поэтому, относительно работы на компьютере часто используют термин программное обеспечение (software), под которым понимают совокупность программ, процедур и правил, а также документации, касающихся функционирования системы обработки данных. Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и взаимодействии. Состав программного обеспечения вычислительной системы называется программной конфигурацией.

Источник: theslide.ru