Компьютер как исполнитель команд программный принцип работы компьютера

Обновлено: 15.01.2025

Программный принцип работы компьютера

По своему назначению компьютер - это универсальный прибор для работы с информацией. По принципам своего устройства компьютер - это модель человека, работающего с информацией.

Персональный компьютер (ПК) — это компьютер, предназначенный для обслуживания одного рабочего места. По своим характеристикам он может отличаться от больших ЭВМ, но функционально способен выполнять аналогичные операции. По способу эксплуатации различают настольные (desktop), портативные (laptop и notebook) и карманные (palmtop) модели ПК.

Аппаратное обеспечение. Поскольку компьютер предоставляет все три класса информационных методов для работы с данными (аппаратные, программные и естественные), принято говорить о компьютерной системе как о состоящей из аппаратных и программных средств, работающих совместно. Узлы, составляющие аппаратные средства компьютера, называют аппаратным обеспечением. Они выполняют всю физическую работу с данными: регистрацию, хранение, транспортировку и преобразование как по форме, так и по содержанию, а также представляют их в виде, удобном для взаимодействия с естественными информационными методами человека.

Устройство компьютера. Любой компьютер (даже самый большой)состоит из четырех частей:

устройства ввода информации
устройства обработки информации
устройства хранения
устройства вывода информации.

Схема устройства компьютера впервые была предложена в 1946 году американским ученым Джоном фон Нейманом. Дж. фон Нейман сформулировал основные принципы работы ЭВМ, которые во многом сохранились и в современных компьютерах.

Основу компьютеров образует аппаратура, построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств.

Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций

Программа – это указание на последовательность действий (команд), которую должен выполнить компьютер, чтобы решить поставленную задачу обработки информации.

Команда — это описание элементарной операции, которую должен выполнить компьютер.

Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера.

Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ).

Центральный процессор — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Функции процессора:

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

Функции памяти:

приём информации из других устройств;
запоминание информации;
выдача информации по запросу в другие устройства машины.

Принципы фон-Неймана:

1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности.

2. Принцип адресности. Основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору времени доступна любая ячейка.

3. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Таким образом, компьютер представляет собой совокупность устройств и программ, управляющих работой этих устройств.

Принцип работы компьютера:

· С помощью внешнего устройства в память компьютера вводится программа.

· Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы и организует ее выполнение. Команда может задавать:

выполнение логических или арифметических операций;
чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций;
запись результатов в память;
ввод данных из внешнего устройства в память;
вывод данных из памяти на внешнее устройство.

Устройство управления начинает выполнение команды из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему необходимо продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в иной ячейки памяти.

Результаты выполнения программы выводятся на внешнее устройство компьютера.

Компьютер переходит в режим ожидания сигнала от внешнего устройства.

Системное ПО.

Главной частью системного программного обеспечения является операционная система.

Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе.

К системному ПО кроме ОС следует отнести и множество программ обслуживающего, сервисного характера. Например, это программы обслуживания дисков (копирование, форматирование), сжатия файлов на дисках (архиваторы) борьбы с компьютерными вирусами и многое другое.

Прикладное программное обеспечение

Для выполнения на компьютере конкретных работ (создания текстов и рисунков, обработки числовых данных и т. д.) требуется прикладное программное обеспечение.

Прикладное программное обеспечение можно разделить на две группы программ: системы программирования и приложения.

Системы программирования являются для программистов-профессионалов инструментами разработки программ на различных языках программирования (Basic, Pascal, С и др.). В настоящее время появились системы визуального программирования (Visual Basic, Borland Delphi и др.), которые позволяют даже начинающему пользователю компьютера создавать несложные программы.

Приложения предоставляют пользователю возможность обрабатывать текстовую, графическую, числовую, аудио- и видеоинформацию, а также работать в компьютерных сетях, не владея программированием.

Практически каждый пользователь компьютера нуждается в приложениях общего назначения, к числу которых относятся: текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных, а также приложения для создания мультимедиа-презентаций.

В связи со стремительным развитием глобальных и локальных компьютерных сетей все большее значение приобретают различные коммуникационные программы.

Из-за широкого распространения компьютерных вирусов можно отнести к отдельной группе антивирусные программы.

Для профессиональных целей квалифицированными пользователями компьютера используются приложения специального назначения. К ним относятся системы компьютерной графики, системы автоматизированного проектирования (САПР), бухгалтерские программы, компьютерные словари и системы автоматического перевода и др.

Все большее число пользователей применяет обучающие программы для самообразования или в учебном процессе. Прежде всего, это программы обучения иностранным языкам, программы-репетиторы и тесты по различным предметам

Большую пользу приносят различные мультимедиа-приложения (энциклопедии, справочники и т. д.) на лазерных дисках, содержащие огромный объем информации и средства быстрого ее поиска.

Алгебра логики (булева алгебра) – это раздел математики, возникший в XIX веке благодаря усилиям английского математика Дж. Буля . Поначалу булева алгебра не имела никакого практического значения. Однако уже в XX веке ее положения нашли применение в разработке различных электронных схем. Законы и аппарат алгебры логики стали использоваться при проектировании различных частей компьютеров (память, процессор).

Алгебра логики оперирует с высказываниями. Под высказыванием понимают повествовательное предложение, относительно которого имеет смысл говорить, истинно оно или ложно. Над высказываниями можно производить определенные логические операции, в результате которых получаются новые высказывания. Наиболее часто используются логические операции, выражаемые словами «не», «и», «или».

Логические операции удобно описывать так называемыми таблицами истинности , в которых отражают результаты вычислений сложных высказываний при различных значениях исходных простых высказываний. Простые высказывания обозначаются переменными (например, A и B).

Конъюнкция (логическое умножение). Сложное высказывание А & В истинно только в том случае, когда истинны оба входящих в него высказывания. Истинность такого высказывания задается следующей таблицей:

Обозначим 0 – ложь, 1 – истина

A  B

Инверсия (логическое отрицание). Присоединение частицы НЕ ( NOT ) к данному высказыванию называется операцией отрицания (инверсии). Она обозначается Ā (или А ) и читается не А . Если высказывание А истинно, то В ложно, и наоборот. Таблица истинности в этом случае имеет вид

¬ А

Алгоритм – система точных и понятных предписаний (команд, инструкций, директив) о содержании и последовательности выполнения конечного числа действий, необходимых для решения любой задачи данного типа. Как всякий объект, алгоритм имеет название (имя). Также алгоритм имеет начало и конец.

В качестве исполнителя алгоритмов можно рассматривать человека, любые технические устройства, среди которых особое место занимает компьютер. Компьютер может выполнять только точно определенные операции, в отличии от человека, получившего команду и имеющего возможность сориентироваться в ситуации.

Алгоритм обладает следующими свойствами .

Дискретность (от лат. discretus – разделенный, прерывистый) указывает, что любой алгоритм должен состоять из конкретных действий, следующих в определенном порядке.
Детерминированность (от лат. determinate – определенность, точность) указывает, что любое действие алгоритма должно быть строго и недвусмысленно определено в каждом случае.
Конечность определяет, что каждое действие в отдельности и алгоритм в целом должны иметь возможность завершения.
Результативность требует, чтобы в алгоритме не было ошибок, т.е. при точном исполнении всех команд процесс решения задачи должен прекратиться за конечное число шагов и при этом должен быть получен ответ.
Массовость заключается в возможности применения алгоритма к целому классу однотипных задач, различающихся конкретными значениями исходных данных (разработка в общем виде).

Способы описания алгоритмов

словесный (на естественном языке);
графический (с помощью стандартных графических объектов (геометрических фигур) – блок-схемы);
программный (с помощью языков программирования)

С тех пор структуру (архитектуру) современных компьютеров часто называют неймановской.

ОБЩАЯ СХЕМА КОМПЬЮТЕРА

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.

Программный 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 .

Общие принципы работы компьютера сформулированы учёными Ч. Бэббиджем и Дж. Фон Нейманом. Согласно этим принципам, любой компьютер образуют 3 основных компонента.

Арифметико – логическое устройство

Устройство управления

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

Устройства ввода и вывода информации

1) Классификация по назначению

Классификация по назначению связана с тем, как компьютер применяется. По этому принципу различают:

большие ЭВМ
мини – ЭВМ
микро – ЭВМ
ПК

Большие ЭВМ

Это самые мощные компьютеры, которые применяются для обслуживания очень крупных организаций и целых отраслей народного хозяйства. Штат обслуживания больших ЭВМ достигает нескольких десятков человек. На базе таких ЭВМ создают вычислительные центры (ВЦ).

Структура ВЦ

От больших ЭВМ компьютеры этой группы отличаются уменьшенными размерами, меньшей производительностью и стоимостью. Мини – ЭВМ используются крупными предприятиями, научными учреждениями, ВУЗами. Мини – ЭВМ применяются для управления производственными процессами (например, в механическом цехе компьютер может поддерживать ритмичность подачи заготовок, узлов и комплектующих на рабочее место).

Мини - ЭВМ, 10.2 inch одноместный сенсорного экрана.

Микро – ЭВМ используются на предприятиях, в крупных ВЦ для выполнения вспомогательных операций.

ПК – компьютер, предназначенный для обслуживания одного рабочего места. Как правило, с ПК работает один человек. ПК используются в учебном процессе, для организации надомной трудовой деятельности и много другого. Категории ПК (по международным стандартам):

массовый ПК (consumer PC)
деловой ПК (Office PC)
портативный ПК (Mobile PC)
рабочая станция (Workstation PC)
развлекательный ПК (Entertainment PC)

Echo III - мощный игровой мини-ПК.

2) Классификация по уровню специализации

3) Классификация по совместимости

Существует множество различных видов и типов компьютеров. Они выпускаются различными производителями, собираются из разных деталей, работают с разными программами. Поэтому совместимость различных компьютеров между собой – очень важный вопрос, связанный с взаимозаменяемостью узлов и приборов; возможностью переноса программ с одного компьютера на другой и возможностью совместной работы разных типов компьютеров с одними и теми же данными. Виды совместимости:

Причины популярности ПК

невысокая стоимость;
простота использования, обеспеченная диалоговым и интерактивным взаимодействием с программами, их удобным интерфейсом (меню, пиктограммы и т.п.);
персональность, т.е. возможность взаимодействия без посредников и ограничений;
высокие возможности по обработке информации;
возможность и простота ремонта;
возможности расширения и адаптации к особенностям применения компьютеров, когда один и тот же компьютер может быть оснащён различными периферийными устройствами и разным ПО;
наличие программного обеспечения, охватывающего почти все сферы человеческой деятельности;
наличие систем для разработки новых программ.

Открыл и обосновал почти все основные принципы

архитектуры современных

(в течение 70 лет, после его смерти работу продолжил его сын) такую машину (названную им аналитической) на базе

механических устройств. Основоположник

Аналитическая машина Бэббиджа(19в)

1830-1846 гг. Чарльз Беббидж разрабатывает проект Аналитической машины - механической универсальной цифровой вычислительной машины с программным управлением (!). Машина состоит из пяти устройств - арифметического устройства (АУ), запоминающего устройства (ЗУ), устройства управления (УУ), ввода и вывода (все как в первых ЭВМ, появившихся 100 лет спустя). АУ строилось на основе зубчатых колес Для ввода программы и данных использовались перфокарты . Предполагаемая скорость вычислений: сложение и вычитание за 1 сек, умножение и деление - за 1 мин.

По сохранившимся описаниям и чертежам энтузиасты из Лондонского музея науки построили эту машину и она состояла из 4 тыс. стальных деталей и весила 3 тонны

Первый станок с числовым программным управлением – ткацкий станок Жаккара (1804 г.)

В 1801 году француз Жозеф-Мари Жаккар сконструировал ткацкий станок, который является первым станком с числовым программным управлением.

Перфокарты – маленькие кусочки картона с пробитыми в них отверстиями – вставлялись в станок, который считывал закодированный этими отверстиями узор и переплетал нити ткани в соответствии с ним.

Такая ткань называется с тех пор жаккардовой.

Этот станок приводился в действие водяным колесом; он на 140 лет старше первого компьютера.

Ада Байрон, леди Лавлейс, дочь поэта Байрона, первая женщина-программист (1815–1852 гг.)

Сотрудница Беббиджа. Заложила вместе с ним основы программирования.

Автор первой работы по программированию.

Единственная работа Ады Лавлейс, С ней она вошла в историю науки

-80%

В презентации рассматривается программный принцип работы компьютера, дана классификация компьютеров по различным направления и сформулированы причины популярности ПК.

Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя? Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков. Сделать изучение нового материала максимально понятным. Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.

Просмотр содержимого документа
«Компьютер - как исполнитель команд»

ГБПОУ «КЧСХТ»

Компьютер – как исполнитель команд

ВЫПОЛНИЛА: КУЗНЕЦОВА Л.В.

Компьютер (от англ. computer) – это программируемое электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации.

Программный принцип работы компьютера

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.