Эвм первого поколения обладали небольшим быстродействием в несколько десятков тыс. Оп./сек. В качестве внутренней памяти применялись ферритовые сердечники.

Основной недостаток этих ЭВМ – рассогласование быстродействия внутренней памяти и АЛУ и УУ за счет различной элементной базы. Общее быстродействие определялось более медленным компонентом – внутренней памятью и снижало общий эффект. Уже в ЭВМ первого поколения делались попытки ликвидировать этот недостаток путем синхронизации работы устройств и введения буферизации вывода, когда передаваемая информация «сбрасывается» в буфер, освобождая устройство для дальнейшей работы (принцип автономии). Таким образом, для работы устройств ввода-вывода использовалась собственная память.

Существенным функциональным ограничением ЭВМ первого поколения являлась ориентация на выполнение арифметических операций. При попытках приспособления для задач анализа они оказывались неэффективными.

Языков программирования как таковых еще не было, и для кодирования своих алгоритмов программисты использовали машинные команды или ассемблеры. Это усложняло и затягивало процесс программирования. К концу 50-х годов средства программирования претерпевают принципиальные изменения: осуществляется переход к автоматизации программирования с помощью универсальных языков и библиотек стандартных программ. Использование универсальных языков повлекло возникновение трансляторов.

Программы выполнялись позадачно, т.е. оператору надо было следить за ходом решения задачи и при достижении конца самому инициировать выполнение следующей задачи.

Начало современной эры использования ЭВМ в нашей стране относят к 1950 году, когда в институте электротехники АН УССР под руководством С.А. Лебедева была создана первая отечественная ЭВМ под названием МЭСМ – Малая Электронная Счетная Машина. В течение первого этапа развития средств вычислительной техники в нашей стране создан ряд ЭВМ: БЭСМ, Стрела, Урал, М-2.

Второе поколение ЭВМ – это переход к транзисторной элементной базе, появление первых мини-ЭВМ.

Получает дальнейшее развитие принцип автономии – он реализуется уже на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной структуре. Устройства ввода-вывода снабжаются собственными УУ (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное УУ от управления операциями ввода-вывода.

Совершенствование и удешевление ЭВМ привели к снижению удельной стоимости машинного времени и вычислительных ресурсов в общей стоимости автоматизированного решения задачи обработки данных, в то же время расходы на разработку программ (т.е. программирование) почти не снижались, а в ряде случаев имели тенденции к росту. Таким образом, намечалась тенденция к эффективному программированию, которая начала реализовываться во втором поколении ЭВМ и получает развитие до настоящего времени.

Начинается разработка на базе библиотек стандартных программ интегрированных систем, обладающих свойством переносимости, т.е. функционирования на ЭВМ разных марок. Наиболее часто используемые программные средства выделяются в ППП для решения задач определенного класса.

Совершенствуется технология выполнения программ на ЭВМ: создаются специальные программные средства - системное ПО.

Цель создания системного ПО – ускорение и упрощение перехода процессором от одной задачи к другой. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий. Этот элемент жив до сих пор: так называемые пакетные (или командные) файлы MS DOS есть не что иное, как пакеты заданий (расширение в их имени bat является сокращением от английского слова batch, что означает пакет).

К отечественным ЭВМ второго поколения относятся Проминь, Минск, Раздан, Мир.

В 70-х годах возникают и развиваются ЭВМ третьего поколения. В нашей стране это ЕС ЭВМ, АСВТ, СМ ЭВМ. Данный этап - переход к интегральной элементной базе и создание многомашинных систем, поскольку значительного увеличения быстродействия на базе одной ЭВМ достичь уже не удавалось. Поэтому ЭВМ этого поколения создавались на основе принципа унификации, что позволило комплексировать произвольные вычислительные комплексы в различных сферах деятельности.

Расширение функциональных возможностей ЭВМ увеличило сферу их применения, что вызвало рост объема обрабатываемой информации и поставило задачу хранения данных в специальных базах данных и их ведения. Так появились первые системы управления базами данных – СУБД.

Изменились формы использования ЭВМ: введение удаленных терминалов (дисплеев) позволило широко и эффективно внедрить режим разделения времени и за счет этого приблизить ЭВМ к пользователю и расширить круг решаемых задач.

Обеспечить режим разделения времени позволил новый вид ОС, поддерживающих мультипрограммирование. Мультипрограммирование - это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок внутренней памяти, называемый разделом. Мультипрограммирование нацелено на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного использования вычислительной машины, поэтому эти ОС носили интерактивный характер, когда в процессе диалога с ЭВМ пользователь решал свои задачи.

С 1980 года начался современный четвертый этап, для которого характерны переход к большим интегральным схемам, создание серий недорогих микро-ЭВМ, разработка суперЭВМ для высокопроизводительных вычислений.

Наиболее значительным стало появление персональных ЭВМ, что позволило приблизить ЭВМ к своему конечному пользователю. Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки "дружественного" программного обеспечения. Возникают ОС, поддерживающие графический интерфейс, интеллектуальные ППП, операционные оболочки. В связи с возросшим спросом на ПО совершенствуются технологии его разработки – появляются развитые системы программирования, инструментальные среды пользователя.

В середине 80-х стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных ОС. В сетевых ОС хорошо развиты средства защиты информации от несанкционированного доступа. Распределенные ОС обладают схожими с сетевыми системами функциями работы с файлами и другими ресурсами удаленных компьютеров, но там слабее выражены средства защиты.

Информационная технология состоит из аппаратного и программного обеспечения действующего совместно. Программное обеспечение (ПО)– совокупное название программных и информационных ресурсов (данных), используемых в работе с компьютером. Аппаратное обеспечение (архитектура) – совокупность технических устройств и приборов компьютера.

Аппаратное обеспечение компьютера

К важнейшим составным частям технических средств ПК относятся:

системный блок с дисководами и винчестером;

монитор, на котором отображается результат происходящих в компьютере процессов обработки информации;

клавиатура, с помощью которого вводится информация в ПК.

Системный блок

Главный конструктивный элемент компьютера – системный блок, он организует работу, обрабатывает информацию, производит расчеты, обеспечивает связь человека с ЭВМ. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними (периферийными).

Системный блок содержит основные узлы компьютера: 1) Блок питания. 2) Электронные платы. 3) Микросхемы, управляющие различными устройствами компьютера. 4) Накопители на гибких и жестких дисках; 5) Счетчик времени, функционирующий независимо от того, включена или нет машина.

Материнская плата (электронные платы)

Большинство микросхем компьютера размещено на одной плате (System Board), которую принято называть материнской платой. Это самая большая (по размерам) плата в компьютере. Материнская (называют также главной или системной) плата является основной частью каждого ПК, управляет внутренними связями и взаимодействует через прерывание с другими внешними устройствами. На материнской плате располагаются: процессор; оперативная память; постоянная память; шины и электронные схемы (контроллеры); разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

Процессор

Процессор– это устройство, управляющее ходом вычислительного процесса и выполняющее арифметическое и логическое действия. Процессор непосредственно определяет класс компьютера. Разные модификации компьютеров IBM PC различаются между собой, прежде всего, типом микропроцессора. Микропроцессор — это небольшое устройство (интегральная микросхема), которое выполняет поступающие на его вход команды и управляет работой машины. В свою очередь микропроцессоры различаются между собой разрядностью и тактовой частотой.

Память

Конструктивно блок памяти выполнен в одном корпусе с процессором и является центральной частью ПК. B IBM PC совместимых компьютерах память делится на: постоянную память, оперативную память и видеопамять.

Оперативная память (RAM) используется для хранения данных во время вычислений. Информация, записанная в оперативную память, будет потеряна при выключении питания. Объем оперативной памяти определяет, сколько информации может обработаться без обращений к жесткому диску, что, естественно, повышает скорость вычислений.

В каждый момент времени для вычислений требуется незначительный участок оперативной памяти. Остальная ее часть используется для хранения данных, которые «скоро могут понадобиться». Поэтому в компьютеры стали устанавливать сверхбыстродействующие микросхемы памяти, в которых и выполняется основной объем операций. Эту память называют КЭШ’ем. Кэш-память – особая быстродействующая память процессора, используемая в качестве буфера для ускорения обмена данными между процессором и оперативной памятью. Современные компьютеры имеют двухуровневый КЭШ: часть сверхоперативной памяти (внутренний КЭШ) расположена на одном кристалле с процессором, а часть (внешний КЭШ) – представляет собой отдельные микросхемы памяти.

Таким образом, кроме обычной памяти, в компьютере имеются кэш-память и небольшой участок памяти для хранения конфигурации компьютера, называемый полупостоянной памятью.

Контроллеры и шины

Между любым устройством и оперативной памятью имеется два промежуточных звена: 1) Для каждого устройства в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером. 2)Все контроллеры (адаптеры) взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которую просторечии называют шиной.

Носители информации

Магнитные диски в отличие от оперативной памяти, предназначены для постоянного хранения информации. К ним относятся: гибкие диски, компакт-диски, жесткие диски, стримеры, флэш-карты.

Существуют также внешние и переносные винчестеры, винчестеры со сменным диском, магнитооптические дисководы и еще один вид носителей информации, емкость которых достигает до 4 Гб.

Устройства передачи информации

Модем – это устройство для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть. Модемы бывают внутренними (в виде электронной платы, подключаемой к шине ISA компьютера), внешними – в виде отдельного устройства, и в виде РС– карты для подключения к портативному компьютеру.

Факс-модем – это устройство, сочетающее возможности модема и средства для обмена факсимильными сообщениями с другими факс-модемами и обычными телефонными аппаратами. Некоторые модемы могут принимать по телефонной сети звуковые сообщения, записывая их в файл и воспроизводить звуковые файлы в телефонную сеть. Такой модем в сочетании с соответствующим программным обеспечением может, например, использоваться в качестве автоответчика, осуществлять рассылку голосовых сообщений и т.п.

Устройства ввода информации

Клавиатура IBM PC предназначена для ввода в компьютер алфавитно-цифровой информации от пользователя. На настольных компьютерах наиболее часто используемым указательным устройством является мышь-манипулятор. В зависимости от принципа устройства, мыши делятся на: механические мыши, оптомеханические мыши, оптические мыши

По принципу трекбол можно сравнить с мышью, которая лежит на спине. Обычно трекбол использует оптико-механический принцип регистрации положения шарика. Основные различия трекбола от мыши: 1) Трекбол обладает стабильностью (неподвижностью); 2) Площадка для движения трекболу не нужна.

Сенсорная панель – устройство управления, используемое вместо мышки, управление осуществляется перемещением пальца по площадке размером 5х3 см, щелчок клавиши мыши задается постукиванием по площадке.

Джойстик является устройством ввода, подключается к компьютеру через игровой порт. Существует два типа джойстиков: цифровые джойстики и аналоговые джойстики.

Световое перо исполнено в виде шариковой ручки, в которую вместо шарика вмонтирован фотоэлемент. В зависимости от исполнения световое перо оснащается одной или более кнопками, которые выполняют функции сходные с мышкой. Другая область применения светового пера – это совместное использование с дигитайзером. В этом случае световое перо выполняет пишущую функцию, этот способ ввода информации поддерживается различным программным обеспечением.

Дигитайзеры (графические планшеты) – это устройство для ручного ввода изображения в компьютер.

Цифровые камеры в настоящее время являются одним из лучших инструментов для качественного ввода изображения в компьютер.

Сканер – это устройство для считывания графической и текстовой информации в компьютер. Сканеры бывают настольные (они обрабатывают весь лист бумаги целиком), барабанные (они пропускают лист бумаги сквозь себя) и ручные (их надо проводить над нужным рисунком или текстом).

Платы преобразования

Во многих технических, медицинских, биологических и иных приложениях требуется вводить сигналы от внешних датчиков, анализировать их и на основании этих данных управлять внешними устройствами. Для ввода сигналов в компьютере должна находится специальная плата, преобразующая поступающие от датчиков аналоговые сигналы в воспринимаемые устройством цифровые сигналы. Эта плата называется платой аналогово-цифрового преобразователя – АЦП. Для управления внешними устройствами необходимо обратное преобразование - из цифровой формы в аналоговую форму, ее выполняет другая плата - ЦАП.

Устройства вывода информации

Монитор (дисплей) компьютера IBM PC предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Монитор подключается к компьютеру через особую плату, называемой видеокартой или графическим адаптером.

Видеобластер или видеокарта используется для вывода неподвижных и движущихся изображений, позволяет выводить изображение на экран монитора, захватывать и обрабатывать изображение, поступающее с видеомагнитофона, видеокамеры или телевизора.

Принтер (печатающее устройство) предназначен для вывода информации на бумагу. Наибольшее распространение в работе с ПК получили принтеры трех типов: матричные, струйные и лазерные.

Для получения цветного изображения с качеством близким к фотографическому или изготовления допечатных цветных проб используют термические принтеры или как их еще называют – цветные принтеры высокого класса.

Графопостроитель или плоттер –это устройство для вывода чертежей на бумагу, используются в системах конструирования. Плоттеры бывают барабанного типа (работают с рулоном бумаги) и планшетного типа (в них лист бумаги лежит на плоском столе). Бывают перьевые или карандашно-перьевые плоттеры, струйные плоттеры.

Саундбластер или звуковая карта позволяет осуществить запись звука, воспроизведение и синтез звука. К звуковой плате подключается микрофон, акустические колонки и проигрыватель компакт дисков CD-ROM.

Тесты к теме

1. Укажите, что из перечисленного является "мозгом" компьютера?

A)Процессор.

B) CD-R

C) Монитор.

D) Клавиатура.

E) Оперативная память.

2. Что такое дисковод (FDD)?

A)Устройство для считывания и записи информации на магнитные дискеты

2. Устройство для сохранения информации

3. Устройство для ввода и управления информацией

4. Устройство для вывода информации на экран

5. Устройство для распечатки информации

3. Что такое винчестер (HDD)?

A) Устройство для хранения информации

B) устройство для считывания информации с дискеты

C) Устройство для ввода и управления информацией

D) Устройство для вывода информации на экран

E) Устройство для распечатки информации

4. Устройство, необходимое для ввода графического изображения:

1. Сканер

2. Принтер

3. Модем

4. Плоттер

5. Монитор

5.Тип документа – это:

1. Объем документа

2. Месторасположение документа на жестком диске

3. Картинка, которая представляет собой какой-либо файл в Windows

4. Название документа

Расширение имени файла-документа

6. Для оперативного переноса небольших объемов программ и данных с машины и их хранения используют:

1. оперативную память

2. гибкие диски

3. винчестер

4. принтер

5. дисплей

7. Стандартные программы Windows

А) WordPad, Paint, Калькулятор

B) Paint, Проводник, Мой Компьютер

C) Проводник, Мой Компьютер, WordPad

D)Калькулятор, Проводник, Мой Компьютер

E) WordPad, Проводник, Мой Компьютер

9. Windows. Чтобы вызвать контекстно-зависимое меню, надо:

А) Щелкнуть правой кнопкой мыши

B) Щелкнуть на кнопке с вопросительным знаком.

С) Нажать клавишу [ALT]

Д) Щелкнуть левой кнопкой мыши

Е) Нажать клавишу [CTRL]

10. Расширение заархивированных файлов в операционной системе Windows:

А) ARJ, ZIP, RAR.

B) DOC.

С) BMP.

Д) TXT.

Е) EXE.

Тема 7. Основы алгоритмизации задач Введение в программирование.

7.1.Этапы решения задач на ЭВМ

Для успешного использования ЭВМ в своей профессиональной деятельности пользователь должен уметь формулировать задачи, раз­рабатывать алгоритмы их решения, записывать алгоритмы на языке, понятном ЭВМ.

Процесс разработки новых программ для ЭВМ включает в себя несколько этапов:

Постановка задачи. На этом этапе подробно описывается исходная информация и формируются требования к результату, а также описывается поведение программы в особых случаях.

Математическое ил информационное моделирование. Этот этап создает математическую модель решаемой задачи, которая может быть реализована на компьютере.

Создание алгоритма ее решения. Здесь необходимо определить последовательность действий, которые надо выполнить для получения результатов.

Программирование - это процесс создания (разработки программы). Программой называют последовательность действий, направленных на выполнение их некоторым исполнителем.

Реализация алгоритма на ЭВМ в виде программы.

Отладка программы. Поиск и исправление ошибок.

2. Технология проектирования программ

При включении компьютера в тот или иной информационный процесс для решения некоторой прикладной задачи, как следует из предыдущего изложения, он должен быть снабжен соответствующим ПО.

Для разработки программы в целях решения конкретной прикладной задачи сложилась традиционная технология, показанная на рис. 12.1.

Заказчик Математик или Программист

системотехник

Рис. 12.1. Традиционная технология подготовки задачи к решению на ЭВМ

Здесь связи означают:

1 – заказчик на естественном (например, русском) языке объясняет математику или системотехнику, какую прикладную задачу он хочет решить. Эта задача из некоторой предметной области, например, задача бухгалтерского учета или зачисления абитуриентов в ВУЗ;

2 – математик (или системотехник) формализует задачу, представляя ее в виде математической модели или составляя строгое формальное описание процедуры ее решения, входных и выходных данных. Этот этап называется формализацией задачи;

3 - программист на основании математической модели или другого формального описания поставленной задачи разрабатывает программу. Он выполняет также отладку программы, используя для этого ЭВМ. Этот этап называется программированием задачи;

4 – результаты решения задачи на ЭВМ сообщаются заказчику для определения того, удовлетворен ли он решением. Результаты решения задачи, будучи доведены до заказчика, могут его не удовлетворить в силу ряда причин. Это означает, что процесс, изображенный на рис. 12.1, является циклическим: он завершается тогда, когда заказчик примет результаты решения задачи автоматизированным образом. В этом случае оформляется документация на эксплуатацию программного продукта. В ней описываются следующие характеристики программного продукта:

основные характеристики программы, сведения об ее эксплуатации;

сведения о назначении программы, области ее применения, используемых методах решения, ограничениях на применение, минимальной конфигурации технических средств;

сведения для проверки работоспособности и корректности выполнения программы, для обеспечения функционирования и настройки программы на условия конкретного применения;

сведения о необходимых запросах со стороны программы и форматах ответов пользователя;

данные о нештатных ситуациях и поведении пользователя в них.

Этот этап называется сдачей программы в эксплуатацию.

Как видно, все связи на рис. 12.1 двунаправлены. Это означает, что в процессе проектирования программы идет диалог, в ходе которого уточняется и/или корректируется предмет общения.

3. Разработка алгоритма

Алгоритм – это точное предписание, определяющее вычислительный процесс, ведущий от исходных данных к искомому результату.

Алгоритм обладает следующими свойствами (они следуют из определения):

определенность (детерминированность) – каждая команда (или предписание) понятна исполнителю (человеку или компьютеру) и исключает неоднозначность исполнения;

результативность – реализация вычислительного процесса, предусмотренного алгоритмом, должна через определенное число шагов привести к результату или сообщению о невозможности его получения;

массовость – если алгоритм разработан для решения определенной задачи, он должен быть применим для решения задач этого типа при всех допустимых значениях исходных данных;

дискретность – пошаговый характер процесса получения результата, состоящий в последовательном выполнении конечного числа заданных алгоритмом действий.

Различают следующие простейшие виды алгоритмов:

линейный, когда предписания алгоритма выполняются в той последовательности, в которой они представлены в алгоритме;

разветвляющийся, когда ход исполнения предписаний может меняться относительно их нахождения в алгоритме в зависимости от значений исходных или промежуточных данных;

циклический, когда предписания алгоритма выполняются многократно. В зависимости от характера повторений различают циклические алгоритмы с заданным и незаданным числом повторений (в этом случае такие алгоритмы называют итерационными).

Основные виды алгоритма.

Способы задания алгоритма:

Словесный (описание на естественном человеческом языке)

табличный

графический (блок-схемы)

7.2.Блок-схемы как графическая реализация алгоритмов. Различные виды блок-схем.

Блок-схема — это графическая интерпретация алгоритма, представ­ляющая набор геометрических фигур, каждая из которых изображает какую-либо операцию или действие. Форма символов и правила со­ставления схем алгоритмов установлены государственными стандарта­ми Основные элементы, используемые при построении блок-схем, представлены в табл. 1.

Таблица 7.1. Основные блочные символы

№	Обозначение	Функция
1.	Начало-конец программы – Начало, конец процесса обработки данных или выполнения программы.
2.	Ввод-вывод данных – преобразование данных в форму пригодную для обработки (ввод) или отображение результатов обработки (вывод).
3.	Линия потока – указание последовательности обработки символов.
4.	Процесс – выполнение операций или группы операций, в результате которых изменяются значение, форма представления или расположение данных.
5.	Решение – выбор направления выполнения алгоритма или программы в зависимости от некоторых переменных условий.