Программное управление компьютером
Основной функцией компьютера является обработка информации. Выше была рассмотрена аппаратная реализация компьютера. Рассмотрим теперь, как, каким образом, компьютер обрабатывает информацию.
Рассматривая возможные виды информации и операции по ее обработке, мы фактически имеем дело всего лишь с двумя ее категориями — данными и программами.
Под программным обеспечением (Software) понимается совокупность программ, выполняемых вычислительной системой.
Программное обеспечение – неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданием для него ПО.
Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютерах программах.
Программное обеспечение современных компьютеров включает миллионы программ – от игровых до научных.
В первом приближении все программы, работающие на компьютере, можно условно разделить на три категории:
1. прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ;
2. системные программы, выполняющие различные вспомогательные функции, например:
— управление ресурсами компьютера;
— создание копий используемой информации;
— проверка работоспособности устройств компьютера;
— выдача справочной информации о компьютере и др.;
3. инструментальные программные системы, обеспечивающие процесс создания новых программ для компьютера.
Программное обеспечение – это совокупность всех программ, используемых компьютерами, а также вся область деятельности по их созданию и применению.
Другого рода информации в ЭВМ просто не бывает.
Процессор последовательно считывает команды программы, а также необходимые данные из оперативной памяти, выполняет команды, а затем записывает данные обратно в оперативную или внешнюю память. В процессе выполнения программы процессор может также запрашивать данные с устройств ввода информации и пересылать данные на устройства вывода информации.
Помимо этих двух общепринятых ветвей информатики выделяют еще одну существенную ветвь – алгоритмические средства. Эта ветвь связана с разработкой алгоритмов и изучением методов и приемов их построения.
Алгоритмы – это правила, предписывающие выполнение последовательностей действий, приводящих к решению задачи.
Нельзя приступить к программированию, не разработав предварительно алгоритм решения задачи.
Чтобы создать программу, мало просто знать язык программирования. Программу надо сконструировать, разбить на определенные блоки и выстроить эти блоки один за другим в соответствии с заранее заданным порядком действий.
Алгоритмы можно записать разными способами – человеческим языком на листе бумаге, специальным алгоритмическим языком, или нарисовать в виде блок-схем.
Числовая, графическая и звуковая информация может быть представлена и обрабатывается на компьютере в форме данных. Данные хранятся и обрабатываются на машинном языке, т.е. в виде последовательностей нулей и единиц.
Данные — это тот материал, который обрабатывается машиной.
Данные —это информация, представленная в форме, пригодной для ее передачи и обработки с помощью компьютера.
Для того чтобы процессор компьютера “знал”, что ему делать с данными, как их обрабатывать, он должен получить определенную команду (инструкцию). Например, “сложить два числа” или заменить один символ на другой”.
Обычно для решения какой-либо задачи процессору требуется не единичная команда, а их последовательность. Таким образом, последовательность команд (инструкций) называется программой.
Программа —это перечень команд, описывающий понятным машине образом процесс обработки.
Совокупность программ необходимых для обработки различных данных составляет программное обеспечение компьютера.
Таким образом, для обработки данных на компьютере необходимо иметь не только аппаратное обеспечение компьютера (железо), но и программное обеспечение.
Компьютер имеет единую архитектуру, принципы построения, программное обеспечение и конструктивные особенности, которые в совокупности определяют его основные технические характеристики. Для обработки данных на компьютере необходимо иметь не только аппаратное обеспечение компьютера, так называемое “hardware” (“железо”), но и программное обеспечение, так называемое “software”.
Рост профессионального мастерства сотрудников всех служб ОВД, использование розыскных и справочных учетов, освоение прогрессивных форм и методов обработки информации с использованием средств вычислительной техники и каналов связи – все это будет способствовать совершенствованию организации и повышению эффективности профилактики и раскрытия преступлений, розыска преступников.
2 раскрыть тему программное управление компьютером и программная обработка данных
Основной функцией компьютера является обработка информации. Выше была рассмотрена аппаратная реализация компьютера. Рассмотрим теперь, каким образом компьютер обрабатывает информацию.
В 50-60-е годы, когда компьютер еще назывался ЭВМ (электронно-вычислительная машина), он мог только вычислять. Процесс обработки информации состоял в операциях над числовыми данными.
В 70-е годы компьютер «научился» работать с текстом. Пользователь получил возможность редактировать и форматировать текстовые документы. В настоящее время большая часть компьютеров и большая часть времени используется для работы именно с текстовыми данными.
В 80-е годы появились первые компьютеры, способные работать с графической информацией. Сейчас компьютерная графика широко используется в деловой графике (построение диаграмм, графиков и так далее), в компьютерном моделировании, при подготовке презентаций, при создании Web-сайтов, в рекламе на телевидении, в анимационном кино и так далее. Применение компьютеров для обработки графических данных постоянно расширяется.
В 90-е годы компьютер получил возможность обрабатывать звуковую информацию. Любой пользователь современного персонального компьютера может воспользоваться стандартными приложениями Windows для прослушивания, записи и редактирования звуковых файлов. Работа со звуковыми данными является неотъемлемой частью мультимедиа технологии.
Для того чтобы числовая, текстовая, графическая и звуковая информация могли обрабатываться на компьютере, они должны быть представлены в форме данных. Данные хранятся и обрабатываются в компьютере на машинном языке, то есть в виде последовательностей нулей и единиц.
Информация, представленная в компьютерной форме (на машинном языке) и обрабатываемая на компьютере, называется данными.
Для того чтобы процессор компьютера «знал», что ему делать с данными, как их обрабатывать, он должен получить определенную команду (инструкцию). Такой командой может быть, например, «сложить два числа» или «заменить один символ на другой».
Обычно для решения какой-либо задачи процессору требуется не единичная команда, а их последовательность. Такая последовательность команд (инструкций) называется программой.
Последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки данных, называется программой.
На заре компьютерной эры, в 40-50-е годы, программы разрабатывались непосредственно на машинном языке, то есть на том языке, который «понимает» процессор. Такие программы представляли собой очень длинные последовательности нулей и единиц, в которых человеку разобраться было очень трудно.
В 60-е годы началась разработка языков программирования высокого уровня (Алгол, Фортран, Basic, Pascal и др.), которые позволили существенно облегчить работу программистов. В настоящее время с появлением систем визуального программирования (Visual Basic, Delphi и др.) создание программ стало доступно даже для начинающих пользователей компьютера.
В течение нескольких десятилетий создавались программы, необходимые для обработки различных данных. Совокупность необходимых программ составляет программное обеспечение компьютера.
Таким образом, для обработки данных на компьютере необходимо иметь не только аппаратное обеспечение компьютера, так называемое hardware, но и программное обеспечение, так называемое software.
Программная обработка данных на компьютере реализуется следующим образом. После запуска на выполнение программы, хранящейся во внешней долговременной памяти, она загружается в оперативную память.
Процессор последовательно считывает команды программы и выполняет их. Необходимые для выполнения команды данные загружаются из внешней памяти в оперативную и над ними производятся необходимые операции. Данные, полученные в процессе выполнения команды, записываются процессором обратно в оперативную или внешнюю память.
В процессе выполнения программы процессор может запрашивать данные с устройств ввода информации и пересылать данные на устройства вывода информации.
Программный принцип управления компьютером
Компьютер является универсальным инструментом для решения разнообразных задач по преобразованию информации, но его универсальность определяется не столько аппаратным обеспечением, сколько установленными программными средствами, другими словами, все «знания» компьютера сосредоточены в программах, которые представляют собой точную и подробную последовательность инструкций, представленных на понятном для компьютера языке, по обработке информации. Меняя программы, можно превратить компьютер в рабочее место дизайнера, бухгалтера, конструктора, статистика или агронома, использовать его для прослушивания музыки, просмотра кинофильмов и других развлечений.
Основные принципы построения компьютеров, описанные Джоном фон Нейманом, до сих пор являются стандартом практически для всех компьютеров. Одним из них является программное управление.
В основе принципа программного управления лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.
Алгоритм[1]- точное предписание, определяющее процесс преобразования исходных данных в конечный результат. При решении задачи применяется общий алгоритм:
1) получить исходные данные;
2) найти решение;
3) сообщить ответ.
Программа(для компьютера)[2] — это упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке; описывает операции, которые нужно выполнить процессору компьютера для решения поставленной задачи.
Команда— это инструкция машине на выполнение элементарной операции. Набор операций, которые может выполнять компьютер, и правил их записи образуют машинный язык.
Структура команды в общем виде имеет следующий вид:
| КОП | А1 | А2 | A3 | А4 |
| Код операции | Адрес первого операнда | Адрес второго операнда | Адрес помещения результата | Адрес следующей команды |
До недавнего времени разработчики считали, что чем больше команд в латинском языке, тем более широкими возможностями по обработке данных обладает компьютер. В настоящее время совершается переход на RISC-процессоры, основной характеристикой которых является сокращение набора команд и упрощение их структуры.
Суть принципа программного управления заключается в следующем:
— все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов-команд;
— каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, место нахождения (адрес) операндов и ряд служебных признаков. Операнды— это переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Список всех переменных (входных и данных, промежуточных значений и результатов вычислений) является неотъемлемым элементом любой программы;
— для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса, в качестве которых выступают номера ячеек памяти компьютера, предназначенных для хранения объектов;
— команды программы расположены в памяти друг за другом, что позволяет микропроцессору организовывать выборку цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти и выполнять команду за командой;
— для перехода к выполнению не следующей по порядку команды, а к какой-то другой используются команды условного или безусловного переходов. Выборка команд из памяти прекращается после достижения конца программы или выполнения команды «стоп». Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.
Обычно программы хранятся во внешней памяти компьютера и для выполнения передаются в оперативную память. Некоторые программы постоянно размещаются в памяти (ядро операционной системы, архиватор Zip Magic, монитор антивирусной программы Касперский Анти Вирус и др.) и называются резидентными, а другие загружаются только на время выполнения, а затем удаляются из памяти и называются транзитными.
Часть машинных программ, обеспечивающих автоматическое управление вычислениями и используемых наиболее часто, может размещаться в постоянном запоминающем устройстве — реализовываться аппаратно. Программы, записанные в ПЗУ, составляют базовую систему ввода/вывода (BIOS), которая является промежуточным звеном между программным обеспечением компьютера и его электронными компонентами. Ее компоненты обеспечивают выполнение всех операций ввода/вывода в соответствии со специфическими особенностями работы каждого из периферийных устройств данного компьютера (драйверы стандартных устройств), тестируют работу памяти и устройств компьютера при включении электропитания (тест), а также выполняют загрузку операционной системы.
Программное обеспечение (англ. software) — это совокупность программ, обеспечивающих функционирование компьютеров и решение задач предметных областей.
Программное обеспечение (ПО) представляет собой неотъемлемую часть компьютерной системы, является логическим продолжением технических средств и определяет сферу применения компьютера.
ПО современных компьютеров включает множество разнообразных программ, которое можно условно разделить на три группы:
Системное программное обеспечение (системные программы) — управляет работой компьютера и выполняет различные вспомогательные функции, например, управление ресурсами компьютера, создание копий информации, проверка работоспособности устройств компьютера, выдача справочной информации о компьютере и др.
Прикладное программное обеспечение (прикладные программы) — предназначено для решения конкретных задач пользователя в предметных областях.
Инструментальное программное обеспечение (инструментальные системы) — это средства для создания программного обеспечения и информационных систем. К нему относят системы программирования (для разработки новых программ), инструментальные среды (для разработки приложений) и системы моделирования.
По условиям распространения программное обеспечение подразделяется на следующие категории:
1. Коммерческое ПО — распространяется на платной основе. Клиент обязан приобрести у производителя или собственника пакета программ сам пакет и лицензию на его использование. Подавляющее большинство популярных программ относится именно к этому классу.
2. Общедоступное ПО — совершенно бесплатно и распространяется без всяких ограничений.
3. Бесплатное ПО — может свободно использоваться, но его создатели сохраняют за собой авторские права.
4. Условно-бесплатное ПО — любой пользователь может инсталлировать его на своем компьютере и оговоренное время свободно использовать, по истечении которого необходимо приобрести данное ПО (либо у регионального дилера, либо непосредственно у производителя), в противном случае оно перестает работать.
5. «Рекламно-оплачиваемое» ПО — это ПО с внедренной рекламой либо ПО, при получении которого пользователь обязан заполнить мини-анкету (об интересах, о работе и т.п.), на основании которой формируются «рекламные рассылки» — в обоих случаях пользователь приобретает ПО бесплатно, а автор получает деньги от рекламодателя.
Также существуют так называемые демонстрационные (демо-версии) и бета-версии (пробные версии) коммерческого ПО, которые распространяются свободно. Обычно демо-версии предназначены для рекламных целей или обучения и в них часто имеются какие-либо ограничения, не позволяющие использовать данное ПО в полном объеме. Бета-версии выпускаются фирмами-производителями немного раньше, чем полные версии программ с целью тестирования ПО.
ПО как предмет купли-продажи характеризуется:
полнотой и системностью реализованных функций;
качеством технической документации;
удобством интерфейса пользователя;
требованиями к техническим параметрам ПК (типу процессора, объему оперативной и дисковой памяти и др.)
требованиям к операционной системе;
В условиях существования рынка программных продуктов важными характеристиками ПО также являются стоимость; известность фирмы-разработчика и самого ПО; количество и длительность продаж; наличие на рынке аналогичных программных продуктов и т.п.
Методологический подход
Программный принцип работы компьютера базируется на идеях, высказанных Бэббиджем, фон Нейманом. Принято говорить о трех ключевых компонентах:
- процессор;
- память;
- устройства, позволяющие выводить, вводить сведения.
Говоря о процессоре, принято подразделение на два устройства:
- управляющее;
- обеспечивающее логические, арифметические операции.
2 раскрыть тему программное управление компьютером и программная обработка данных
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.
