Лекция 2. Принцип действия эвм. Структурная схема. Принцип программного управления.
2.1. Принцип действия эвм
На современном этапе развития народного хозяйства страны совершенствование его управления является одной из основных задач перестройки нашей экономики. Выполнение большого объема вычислительных операций, связанных с обработкой информации, необходимой для планирования и управления, и современное получение при этом достаточно полных и достоверных данных возможно лишь при условии внедрения автоматизированных систем управления (АСУ) на базе широкого использования электронных вычислительных машин (ЭВМ).
Вычислительные машины (ВМ) представляют собой комплекс технических средств, имеющих общее управление, предназначенный для автоматической обработки информации по заданной программе.
Цифровые ЭВМ оперируют с информацией, представленной в дискретной форме в виде общепринятой для записи и чтения символике набором цифр, букв и знаков какого-то заранее установленного алфавита, имеющего конечное число символов. Так, например, алфавит десятичной системы счисления состоит из символов 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Совокупность символов алфавита представляет собой слово, например 97542.
Поскольку мы будем рассматривать только цифровые электронные вычислительные машины с программным управлением, в дальнейшем для краткости и в соответствии с существующей терминологией будем называть их электронными вычислительными машинами (ЭВМ).
Информация, представленная в формализованном виде, удобном для пересылки, интерпретации и обработки человеком или автоматически, называется данными.
На ЭВМ может быть автоматически решена любая задача, если она представлена в виде определенных действий над операндами, описываемыми системой формальных правил и условий, называемых алгоритмом решения задачи.
Элемент данных, участвующий в операциях в качестве некоторой величины, называют операндом..
Для практической реализации принципов программного управления необходимо иметь средство общения с ЭВМ, т. е. язык, на котором человек мог бы сформулировать последовательность операций для решения задачи, а ЭВМ могла бы воспринять, понять и выполнить описанный вычислительный процесс.
Язык, удовлетворяющий этим требованиям, обычно называют машинным языком. Запись на машинном языке последовательности операций (команд) для решения задачи называют программой.
Алфавит машинных языков современных ЭВМ состоит из двух символов: 0 и 1. Запись алгоритма решения задачи на машинном языке получается труднопонимаемой и не наглядной для человека, так как она представляет собой набор цифр. В связи с этим и с учетом требований человека для записи алгоритмов были разработаны языки программирования.
Для написания программ используют языки низкого и высокого уровней.
Языки низкого уровня — машинно-зависимые языки, так как при программировании любого класса задач на этих языках непосредственно учитываются особенности построения и функционирования ЭВМ, на которой будет решаться данная задача. Языки низкого уровня называют машинно-ориентированными языками. Преимуществом использования этих языков является то, что по сравнению с программами на машинном языке программы на машинно-ориентированном языке получаются более короткие. Примером широко используемого машинно-ориентированного языка является язык АССЕМБЛЕР.
Языки высокого уровня — машинно-независимые языки, так как при программировании задач на этих языках отпадает необходимость знать, на какой ЭВМ будет решаться данная задача. Средства этих языков ориентированы на дальнейшее сокращение трудоемкости программирования. К языкам высокого уровня относят процедурно-ориентированные и проблемно-ориентированные языки.
Процедурно-ориентированные языки разрабатываются применительно к отдельным классам задач, т. е. предназначены для описания алгоритмов (процедур) решения задач. К ним относят языки КОБОЛ, АЛГЭМ, АЛГЭК, применяемые для решения экономических задач; АЛГОЛ 60, ФОРТРАН -— для научно-технических задач; БЭЙСИК, — для диалоговых систем с разделением времени и т. д.
Проблемно-ориентированные языки — универсальные языки, так как они разрабатываются применительно для решения нескольких различных классов задач. К таким языкам относят языки АЛГОЛ 68, ПЛ/1, СИ++.
ЭВМ может выполнять программы, записанные только на языке машины, и алгоритмы, заданные на другом языке, должны быть перед их выполнением переведены на машинный язык. С этой целью используются системы автоматизации программирования (САП). САП состоит из языка программирования и транслятора, обеспечивающего перевод программ с языка программирования на машинный язык. Транслятор представляет собой программу, на основе которой ЭВМ преобразует вводимые в нее программы на машинный язык.