Програмний принцип

Людина спілкується з комп'ютером за допомогою команд і програм. Ідею керування обчислювальною машиною з використанням програми сформулювали ще в першій половині XIX ст. Чарльз Беббідж та Ада Лавлейс (дочка відомого поета Дж. Байрона).

На перших комп'ютерах (у 40-х роках XX століття), щоб перейти до іншої задачі, потрібно було змінювати комутацію (з'єднання) електронних блоків, тобто структуру машини. Програмування зводилося до перемикання блоків, отже, витрачався час на підготовку машини до роботи перед розв'язуванням кожної задачі.

Сучасний програмний принцип функціонування комп'ютера запропонував Дж. фон Нейман у 40-х роках нашого століття. Суть його полягає у тому, що:

- комп'ютер є автоматом, що працює згідно з заданою програмою;

- програма та дані вводяться в пам'ять машини, після чого автомат виконує обчислення згідно з командами програми;

- для розв'язування іншої задачі використовується інша програма, але структура комп'ютера незмінна, універсальна.

Програма — це інструкція до розв'язування задачі, написана зрозумілою для машини мовою.

Мови, які використовують для написання програм, називаються мовами програмування, їх поділяють на мови високого (близькі до природних мов) та низького рівня (коди).

Поняття про середовища програмування

Середовище програмування — це програма, призначена для автоматизації процесу підготовки та виконання програм: для введення програм користувача в машину, виявлення та усунення помилок у програмах, виконання необхідних дій з файлами програм та даними. Така програма допомагає виявити помилки, аналізує їх і підказує шляхи усунення. У потрібний момент можна скористатися її допомогою й отримати довідку про різні можливості, які мають користувачі, правила написання програм відповідною мовою тощо. Від програмування в кодах, доступного спеціалістам, через програмування мовами високого рівня до дружніх середовищ програмування — ось історичний шлях розвитку програмування протягом останніх 40 років.

V=f/k

Приклад 1. Розглянемо комп'ютер з тактовою частотою процесора 33 МГц (мегагерц). Тактовий генератор дає відповідно 33 мільйони тактів за секунду. Нехай для додавання двох цілих чисел потрібно близько 30 тактів, а для множення — 150. Отже, такий комп'ютер виконує близько мільйона операцій додавання і близько 200 тисяч операцій множення за секунду.

Щоб прискорити виконання арифметичних операцій, до комп'ютера приєднують пристрій, який називається співпроцесором. Для цього ж конструюють комп'ютери з багатьма процесорами, їх називають багатопроцесорними.

Пам'ять

Постійна пам'ять. Частина інформації (наприклад, програма початкового завантаження комп'ютера) постійно зберігається в пам'яті комп'ютера, навіть якщо він вимкнутий. Ця пам'ять називається постійною. Інформацію з неї можна тільки читати. Тому цей пристрій називають запам'ятовувачем тільки для читання. Англійська назва пристрою — ROM (read only memory). Інформацію сюди записують під час виготовлення пристрою на заводі.

Оперативна пам'ять. Найчастіше інформація потрапляє в оперативну пам'ять з пристроїв уведення згідно з вказівками програми користувача. З оперативної пам'яті вона надходить у процесор, де опрацьовується. Для цього процесор опитує пам'ять, тобто він може звернутися за інформацією в будь-яке місце оперативної пам'яті. Інакше цей пристрій називають запам'ятовувачем з довільним доступом (RAM — random access memory). Якщо живлення вимкнути, вміст оперативної пам'яті втрачається. В оперативній пам'яті є тільки та інформація, яку використовують у момент розв'язування конкретної задачі.

Під час читання з пам'яті інформація надходить до інших пристроїв, однак вміст пам'яті не змінюється, тобто інформацію можна читати багаторазово. Під час записування інформації попередній вміст пам'яті втрачається.

Елементом оперативної пам'яті є комірка ємністю l байтів (найчастіше 1 байт), з якою процесор обмінюється порцією інформації. Кожна комірка має адресу, за якою її можна відшукати.

Обсяг (ємність) оперативної пам'яті. Нехай одна комірка вміщує l байтів інформації, а для кодування її адреси потрібно m бітів. Отже, таких адрес, а тому і комірок, може бути 2^m. Весь обсяг пам'яті в байтах визначають за формулою

W=2^m l

Приклад 2. Канал для пересилання адреси 1 байта оперативної пам'яті складається з 24 провідників. Це означає, що такий процесор може працювати з оперативною пам'яттю, що має ємність до 2²⁴ байт (16 Мбайт).

Оперативна пам'ять комп'ютера може мати ємність 8, 16, 32, 64, 128, 256 Мбайт і більше і розміщатися на одній чи кількох електронних платах. У разі потреби її можна збільшити, встановлюючи додаткові плати у вільні гнізда.

Дискова пам'ять. Для тривалого зберігання великих обсягів інформації є дискова пам'ять: носії (магнітні чи оптичні диски) та пристрої читання-записування (дисководи). Цей вид пам'яті ще зрідка називають зовнішньою пам'яттю.

Комп'ютер може мати дисковод для постійного диска (HDD) з великою ємністю, дисководи мінідисків (FDD) ємністю 1,44 Мбайта і дисковод компактдисків (CD-ROM) ємністю 600 Мбайтів чи 4 Гбайти. Мінідиски (дискети) можна змінювати. Тому дискова пам'ять є практично необмеженою. Постійний диск ще називають жорстким диском чи вінчестером.

Для дискової пам'яті характерні велика ємність носіїв і незначна швидкодія пристроїв читання-записування. Оперативна нам'ять порівняно з дисковою має малий обсяг, але велику швидкість обміну (читання-записування) інформацією. Важливою її характеристикою є час доступу до комірки оперативної пам'яті, який вимірюється наносекундами (1 нс = 10^-9 с). Чим менший час доступу, тим ліпше. Швидкість обміну інформацією. Швидкість обміну даними через канали зв'язку вимірюється в бодах або в кілободах (Кбод):

1 бод = 1 біт/с, 1 Кбод = 1024 бод

Приклад 3. Характеристика модему — 28800 бод. Це означає, що він може приймати/передавати цифрову інформацію зі швидкість 28800 бітів за секунду.