Алгоритм – описание последовательности действий (план), строгое исполнение которых приводит к решению поставленной задачи за конечное число шагов.
· дискретность (алгоритм должен состоять из конкретных действий, следующих в определенном порядке);
· детерминированность (понятность и точность) (любое действие должно быть строго и недвусмысленно определено в каждом случае и исполнитель должен понимать, как выполнять каждое действие);
· конечность (каждое действие и алгоритм в целом должны иметь возможность завершения);
· массовость (один и тот же алгоритм можно использовать с разными исходными данными);
· результативность (отсутствие ошибок, алгоритм должен приводить к правильному результату при всех допустимых входных значениях).
· линейный алгоритм (описание действий, которые выполняются однократно в заданном порядке);
· циклический алгоритм (описание действий, которые должны повторятся указанное число раз или пока не выполнено заданное условие);
Как работает компьютер? Шины адреса, управления и данных. Дешифрация. Взгляд изнутри!
· разветвляющийся алгоритм (алгоритм, в котором в зависимости от условия выполняется либо одна, либо другая последовательность действий);
· вспомогательный алгоритм (алгоритм, который можно использовать в других алгоритмах, указав только его имя).
На практике наиболее распространены следующие формы представления алгоритмов:
· в письменной форме (на естественном или формальном языке);
· в графической форме в виде блок-схемы, которая составляется из стандартных графических объектов.
Алгоритм изображается в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий. В блок-схеме каждому типу действий (вводу исходных данных, вычислению значений выражений, проверке условий, управлению повторением действий, окончанию обработки и т.п.) соответствует геометрическая фигура.
Объект, который будет выполнять алгоритм, обычно называют исполнителем. Компьютер — автоматический исполнитель алгоритмов. Алгоритм, записанный на «понятном» компьютеру языке программирования, называется программой. Каждый исполнитель характеризуется средой («местом обитания») и системой команд.
Среда (или обстановка) — это «место обитания», множество объектов, которые окружают исполнителя. Совокупность всех команд, которые исполнитель может выполнить, называется системой команд исполнителя. За каждой командой из системы команд исполнителя закреплено конкретное элементарное действие. Отказы исполнителя возникают при вызове команды в недопустимом для данной команды состоянии среды. Другими словами – это случай, когда попытка выполнить команду приводит к аварии.
Учебными исполнителями называют различные образы на экране компьютера, которыми можно управлять, отдавая команды. Используются они для обучения составлению управляющих алгоритмов.
Описание последовательности действий только тогда является алгоритмом, когда у разных исполнителей, точно выполняющих все предписания, всегда получается один и тот же результат. Это возможно только тогда, когда исполнитель не изменяет порядок действий, не дополняет систему команд исполнителя (СКИ) и не «улучшает» отдельные действия, не интересуется целью, не отступает от описания, не может дать отказ «не хочу». Такой исполнитель называется формальным. Заметим, что все алгоритмы создаются именно для формальных исполнителей. В отличие от формального, неформальный исполнитель всегда интересуется, зачем он выполняет то или иное действие, стремится выполнить его лучше, эффективнее (с его точки зрения).
Что такое алгоритм. Видеоурок по информатике 6 класс
Технические устройства (в том числе и компьютер как совокупность аппаратного и программного обеспечения) могут быть только формальными исполнителями, в этом случае результат их действий предсказуем. Человек-пользователь не объясняет исполнителю-компьютеру свои цели и смысл команд 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.
Работа ни одного устройства компьютера не обходится без программы и исходных данных к ней. Не только устройства компьютера, но и каждое программное средство можно рассматривать в качестве формального исполнителя, который характеризуется своей системой команд, средой, системой отказов. В любой программе пользовательский интерфейс можно рассматривать как среду исполнителя; сообщения об ошибочных действиях пользователя или о сбоях в работе программы или устройств компьютера как систему отказов; команды управления программой (параметры команд, система меню, «горячие клавиши» и т.д.) как систему команд исполнителя.
Компьютер не сможет выполнить команду, если она предназначается устройству, не подключенному к компьютеру, или отсутствует в его системе команд, или содержит синтаксическую ошибку. Если программа составлена правильно, то процессор выполнит ее за конечное число шагов и выдаст человеку результат решения задачи.
Человек, принимая во внимание этот факт, должен понимать ограниченность возможностей компьютера как исполнителя и предусматривать тонкость в задании команд, поручаемых компьютеру для исполнения, так как вся ответственность за использование компьютеров лежит только на людях.
Модель – это некий новый упрощенный объект, который отражает существенные особенности реального объекта, процесса или явления. Анализ модели и наблюдение за ней позволяют познать суть реально существующего, более сложного объекта, процесса, явления, называемого прототипом или оригиналом.
· Теоретические модели (теории, законы; гипотезы и пр.) – отражают строение, свойства и поведение реальных объектов.
· Художественное творчество, фактически процесс создания моделей (басня – модель человеческих отношений, скульптуры, картины и пр.)
Модели играют важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т.д.
Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.
Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью.
Формы представления моделей:
Информационные модели делятся на:
· словесные (загадки, описание свойств объекта);
· образы (рисунки, плакаты, фото, видео);
· графические (карта, чертеж, схема, график, граф);
· знаковые (программы на языке программирования, математические, физические, химические формулы);
· табличные («объект-свойство», «объект-объект», матрицы).
В настоящее время под компьютерной моделью понимают: условный образ объекта в виде компьютерных диаграмм, таблиц, схем, изображений, анимационных фрагментов, или программу, отображающую структуру и взаимосвязи между элементами объекта. Существует множество разных видов компьютерных моделей.
Компьютерное моделирование – это моделирование, реализуемое с помощью компьютерной техники. Для компьютерного моделирования важно наличие определенного программного обеспечения: например, обычные текстовые и графические процессоры, и весьма специализированные, предназначенные лишь для определенного вида моделирования.
Компьютерные модели используются людьми различных отраслей народного хозяйства:
· дизайнеры (модельеры, архитекторы, web-дизайнеры и т.д.);
Графические информационные модели.
Карта создается с определенной целью (помогает добраться до нужного населенного пункта, позволяет вычислить расстояние между различными пунктами).
Чертеж должен быть точным, на нем указываются необходимые размеры. (Пример: чертеж болта нужен токарю, чтобы сделать его на станке).
Схема – это графическое отображение состава и структуры сложной системы.
Структура – это определенный порядок объединения элементов системы в единое целое. (Примеры: схема метрополитена, схема электрической цепи, которая позволяет понять принцип работы цепи и рассчитать в ней токи и напряжения, правильно собрать цепь).
График – модель процесса (например, график изменения температуры в течение некоторого периода времени).
Таблицы типа «объект – свойство» – самая распространенная форма информационной модели – прямоугольная таблица. При составлении таблицы используется только необходимая информация для пользователя. Таблица может отражать процесс, происходящий во времени. В одной строке такой таблицы содержится информация об одном объекте (книга или состояние погоды на 12.00 в данный день). Столбцы – отдельные характеристики (свойства) объектов.
| Автор | Название | Год издания | Жанр |
| А. Беляев | Человек-амфибия | 1990 г. | Фантастика |
| А. Пушкин | Сказка о царе Салтане | 1985 г. | Поэтическая сказка |
| Л. Толстой | Война и мир | 1972 г. | Трагедия |
| День | Осадки | Температура (С) | Давление (мм рт.ст.) | Влажность (%) |
| 15.03 | Снег | -5 | 746 | 67 |
| 16.03 | Дождь | 743 | 100 | |
| 17.03 | Без осадков | +2 | 745 | 62 |
| 18.03 | Туман | 746 | 87 | |
| 19.03 | Без осадков | -2 | 760 | 67 |
Таблицы типа «объект – объект». Например, таблица успеваемости. В ней строки относятся к ученикам – это первый вид объектов; столбцы – к школьным предметам – это второй тип объектов. В каждой клетке оценка ученика по данному предмету.
| Ученик | Алгебра | Геометрия | Физика | История | Информатика | Музыка |
| Алексеев А. | 4 | 4 | 3 | 4 | 5 | 5 |
| Петров М. | 5 | 5 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| Зимина С. | 4 | 5 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| Луговая Р. | 3 | 3 | 4 | 5 | 4 | 4 |
| Кучин Д. | 3 | 4 | 4 | 5 | 5 | 5 |
Следующая таблица так же относится к типу «объект – объект», но в ней строки и столбцы относятся к одному виду объектов. В этой таблице информация о наличии дорог между населенными пунктами с карты.
| Дачи | Озерная | Еловая | Подгорная | Бобры | |
| Дачи | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| Озерная | 1 | 1 | 1 | ||
| Еловая | 1 | 1 | 1 | ||
| Подгорная | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| Бобры | 1 | 1 | 1 |
В математике прямоугольная таблица, составленная из чисел, называется матрицей. Если матрица содержит только нули и единицы, то она называется двоичной матрицей. Числовая часть таблицы «Дороги» двоичная матрица.
Интерактивные моделипо экономике позволяют проводить полноценные экономические эксперименты:
· вести биржевую игру;
· демонстрировать продвижения товара на рынке;
· изучать факторы, влияющие на цену товаров и др.
Модели в Астрономии
Интерактивные модели помогут разобраться в сложных вопросах практической астрономии и воссоздать реальные астрофизические явления и процессы, наблюдать за результатом виртуальных экспериментов.
Модели по химии
Интерактивные компьютерные модели демонстрируют основные химические законы и интересные химические явления. Интерактивная таблица Менделеева позволяет подробно ознакомиться со свойствами химических элементов.
Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере
1. Описательная информационная модель выделяет существенные, с точки зрения целей проводимого исследования, параметры объекта, а несущественными параметрами пренебрегают.
2. Формализованная модель. С помощью формул, уравнений или неравенств фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, нужные ограничения, или применение приближенных математических методов.
3. Компьютерная модель. Создание проекта модели на одном из языков программирования Построение компьютерной модели.
4. Компьютерный эксперимент. Ввести исходные данные и получить результат.
5. Анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели. В случае несоответствия полученных результатов измеряемым параметрам реальных объектов, можно сделать вывод, что на предыдущих этапах были допущены ошибки или неточности.
Описательная информационная модель. На первом этапе исследования объекта или процесса обычно строится описательная информационная модель. Такая модель выделяет существенные, с точки зрения целей проводимого исследования, параметры объекта, а несущественными параметрами пренебрегает.
Формализованная модель. На втором этапе создается формализованная модель, т. е. описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка. В такой модели с помощью формул, уравнений или неравенств фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств.
Однако далеко не всегда удается найти формулы, явно выражающие искомые величины через исходные данные. В таких случаях используются приближенные математические методы, позволяющие получать результаты с заданной точностью.
Компьютерная модель. На третьем этапе необходимо формализованную информационную модель преобразовать в компьютерную модель, т. е. выразить ее на понятном для компьютера языке. Существуют различные пути построения компьютерных моделей, в том числе:
— создание компьютерной модели в форме проекта на одном из языков программирования;
— построение компьютерной модели с использованием электронных таблиц или других приложений: систем компьютерного черчения, систем управления базами данных, геоинформационных систем и т. д.
В процессе создания компьютерной модели полезно разработать удобный графический интерфейс, который позволит визуализировать формальную модель, а также реализовать интерактивный диалог человека с компьютером на этапе исследования модели.
Компьютерный эксперимент. Четвертый этап исследования информационной модели состоит в проведении компьютерного эксперимента. Если компьютерная модель существует в виде проекта на одном из языков программирования, ее нужно запустить на выполнение, ввести исходные данные и получить результаты.
Если компьютерная модель исследуется в приложении, например в электронных таблицах, то можно построить диаграмму или график, провести сортировку и поиск данных или использовать другие специализированные методы обработки данных.
При использовании готовой компьютерной визуальной интерактивной модели необходимо ввести исходные данные, запустить модель на выполнение и наблюдать изменение объекта и характеризующих его величин.
В виртуальных компьютерных лабораториях можно проводить эксперименты с реальными объектами. Для этого к компьютеру присоединяются датчики измерения физических параметров (температуры, давления, силы и др.), данные измерений передаются в компьютер и обрабатываются специальной программой. Результаты эксперимента в виде таблиц, графиков и диаграмм отображаются на экране монитора и могут быть распечатаны.
Анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели. Пятый этап состоит в анализе полученных результатов и корректировке исследуемой модели. В случае несоответствия результатов, полученных при исследовании информационной модели, измеряемым параметрам реальных объектов можно сделать вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или неточности.
Например, при построении описательной качественной модели могут быть неправильно отобраны существенные свойства объектов в процессе формализации могут быть допущены ошибки в формулах и т. д. В этих случаях необходимо провести корректировку модели, причем уточнение модели может проводиться многократно, пока анализ результатов не покажет их соответствие изучаемому объекту.
1. Что такое алгоритм? Назовите свойства алгоритма.
2. Перечислите виды алгоритмов и поясните их.
3. Какие вы знаете способы описания (формы представления) алгоритма?
4. Что представляет собой компьютер как исполнитель команд?
5. В чем состоит программный принцип работы компьютера?
6. Какие существуют формы представления и виды моделей?
7. Приведите примеры информационных моделей.
8. Какие преимущества табличных и графических моделей перед словесными можно привести.
9. Назначение компьютерных моделей.
10. Перечислите основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Найдите 2 минуты и прочитайте про:
Источник: studopedia.ru
2. Алгоритм, программа, команда. (Принципы программного управления)
Взаимодействие всех частей ПК осуществляется при помощи управляющих сигналов которые называются командами.
Управление – такая организация процесса, которая ведет к достижению поставленной цели, т.е для управления надо знать цель и возможные пути ее достижения.
Алгоритм – конечная последовательность элементарных действий над исходными данными направленных на достижение цели.
Программа – запись алгоритма на понятном машине языке в виде последовательности команд, выполняемых одна за другой.
Команда – элементарная инструкция, выполняемая автоматически. Команда представляет собой код, определяющий операцию ПК и данные, участвующие в этой операции ( их адрес). Кроме того, в явной или неявной форме команда содержит в себе информацию об адресе результата операции и адресе следующей команды.
Программу можно представить в виде таблицы переходов содержащей входное слово, внутренне состояние, выходное слово, новое внутренне состояние.
Новое внутреннее состояние
Адрес нового внутреннего состояния
Работа машины начинается с настройки на 1 внутреннее состояние и чтения 1 входного слова, которое поступает с ЗУ. Машина переходит в новое внутренне состояние, а выходное слово записывается как результат. Дальнейшая работа машины будет определяться таблицей переходов и набором входных слов. Это есть принцип программного управления сформулированный в 1945 году Джоном фон Нейманом., Кроме этого, он сформулировал следующие принципы функционирования компьютера:
Принцип хранимой программы означает, что программы и данные во время выполнения программы хранятся в одном адресном пространстве в оперативной памяти и различаются не по способу кодирования, а по способу использования.
Использование двоичного кодирования при хранении и обработке данных в ПК.
Информация размещается в ячейках различных запоминающих устройств. Каждая ячейка памяти имеет адрес, по которому происходят запись или считывание слов данных и программ.
К настоящему время принципы фон Нейманадополнены рядом других принципов:
— открытая архитектура, которая означает, что в основе разработки новых ПК лежат общедоступные стандарты, которые унифицируют взаимодействие различных типов оборудования и отдельных технических узлов ПК. Использование при разработке оборудования открытых стандартов позволяет разным производителям разрабатывать для ПК новые аппаратные средства, заменяющие или дополняющие существующее оборудование;
— модульность построения технической архитектуры состоит в том, что вся ПК состоит из отдельных функционально и конструктивно законченных модулей. Соблюдение этого принципа упрощает процедуру замены устаревших или неработоспособных узлов ПК на современные или рабочие;
— стандартизация технических устройств ПК означает, что все устройства ПК согласованы по своим электрическим, электромагнитным параметрам, протоколам работы, габаритам и т.д.;
Источник: studfile.net
Презентация на тему Алгоритмы. Программный принцип работы ПК. (Лекция 6)
1.Алгоритмы и способы их описания Алгоритм – предписание, однозначно задающее процесс преобразования исходной информации в виде последовательности элементарных дискретных шагов, приводящих за конечное число их применений к результату. Алгоритмами, например, являются правила сложения, умножения, решения
- Главная
- Информатика
- Алгоритмы. Программный принцип работы ПК. (Лекция 6)
Слайды и текст этой презентации
Слайд 1Алгоритмы. Программный принцип работы ПК
Алгоритмы и способы
их описания
Свойства алгоритмов
Способы описания алгоритмов
Компьютер как исполнитель
команд. Программный принцип работы ПК
Слайд 21.Алгоритмы и способы их описания
Алгоритм – предписание, однозначно задающее процесс
преобразования исходной информации в виде последовательности элементарных дискретных
шагов, приводящих за конечное число их применений к результату.
Алгоритмами, например, являются правила сложения, умножения, решения алгебраических уравнений, умножения матриц и т.п. Слово алгоритм происходит от algoritmi, являющегося латинской транслитерацией арабского имени хорезмийского математика IX века аль-Хорезми. Благодаря латинскому переводу трактата аль-Хорезми европейцы в XII веке познакомились с позиционной системой счисления, и в средневековой Европе алгоритмом называлась десятичная позиционная система счисления и правила счета в ней.
Алгоритм – это точная инструкция, а инструкции встречаются практически во всех областях человеческой деятельности. Возможны алгоритмы проведения физического эксперимента, сборки шкафа или телевизора, обработки детали. Однако не всякая инструкция есть алгоритм.
Инструкция становится алгоритмом только тогда, когда она удовлетворяет определенным требованиям. Эти требования частично сформулированы в определении, хотя упомянутые в определении понятия однозначности и элементарности сами нуждаются в уточнении.
Алгоритм однозначен, если при применении к одним и тем же данным он даст один и тот же результат. Но как по описанию алгоритма определить, однозначен он или нет.
Применительно к ЭВМ алгоритм определяет вычислительный процесс, начинающийся с обработки некоторой совокупности возможных исходных данных и направленный на получение определенных этими исходными данными результатов. Термин вычислительный процесс распространяется и на обработку других видов информации, например, символьной, графической или звуковой.
Слайд 32. Свойства алгоритмов
Если вычислительный процесс заканчивается получением
результатов, то говорят, что соответствующий алгоритм применим
к рассматриваемой совокупности исходных данных. В противном случае говорят, что алгоритм неприменим к совокупности исходных данных. Любой применимый алгоритм обладает следующими основными свойствами:
– дискретностью;
– определенностью;
– результативностью;
– массовостью.
Дискретность – последовательное выполнение простых или ранее определённых (подпрограммы) шагов. Преобразование исходных данных в результат осуществляется дискретно во времени.
Определенность состоит в совпадении получаемых результатов независимо от пользователя и применяемых технических средств (однозначность толкования инструкций).
Результативность означает возможность получения результата после выполнения конечного количества операций.
Массовость заключается в возможности применения алгоритма к целому классу однотипных задач, различающихся конкретными значениями исходных данных (разработка в общем виде).
Слайд 42. Свойства алгоритмов
Для задания алгоритма необходимо описать
следующие его элементы:
– набор объектов, составляющих совокупность
возможных исходных данных, промежуточных и конечных результатов;
– правило начала;
– правило непосредственной переработки информации (описание последовательности действий);
– правило окончания;
– правило извлечения результатов.
Алгоритм всегда рассчитан на конкретного исполнителя. В нашем случае таким исполнителем является ЭВМ. Для обеспечения возможности реализации на ЭВМ алгоритм должен быть описан на языке, понятном компьютеру, то есть на языке программирования.
Понятия алгоритма и программы разграничены не очень чётко. Обычно программой называют окончательный вариант алгоритма решения задачи, ориентированный на конкретного пользователя.
Таким образом, можно дать следующее определение программы для ЭВМ:
Программа – это описание алгоритма и данных на некотором языке программирования, предназначенное для последующего автоматического выполнения.
Слайд 53. Способы описания алгоритмов
К основным способам описания
алгоритмов можно отнести следующие:
– словесно-формульный (на естественном
языке);
– структурный или блок-схемный;
– с использованием специальных алгоритмических языков;
– с помощью граф-схем (граф — совокупность точек и линий, в которой каждая линия соединяет две точки. Точки называются вершинами, линии — рёбрами);
– с помощью сетей Петри.
Перед составлением программ чаще всего используются словесно-формульный и блок-схемный способы. Иногда перед составлением программ на низкоуровневых языках программирования типа языка Ассемблера алгоритм программы записывают, пользуясь конструкциями некоторого высокоуровнего языка программирования. Удобно использовать программное описание алгоритмов функционирования сложных программных систем. Так, для описания принципов функционирования ОС использовался Алголоподобный высокоуровневый язык программирования.
Слайд 6Словесно-формульный способ
При словесно-формульном способе алгоритм записывается в виде текста
с формулами по пунктам, определяющим последовательность действий.
Пусть,
например, необходимо найти значение следующего выражения:
у=2а-(х+6).
Словесно-формульным способом алгоритм решения этой задачи может быть записан в следующем виде:
1.Ввести значения а и х.
2.Сложить х и 6.
3.Умножить а на 2.
4.Вычесть из 2а сумму (х+6).
5.Вывести у как результат вычисления выражения.
Слайд 7Блок-схемы
При блок-схемном описании алгоритм изображается геометрическими фигурами
(блоками), связанными по управлению линиями (направлениями потока)
со стрелками. В блоках записывается последовательность действий.
Данный способ по сравнению с другими способами записи алгоритма имеет ряд преимуществ. Он наиболее нагляден: каждая операция вычислительного процесса изображается отдельной геометрической фигурой. Кроме того, графическое изображение алгоритма наглядно показывает разветвления путей решения задачи в зависимости от различных условий, повторение отдельных этапов вычислительного процесса и другие детали.
Источник: thepresentation.ru