Шпаргалка по «Информатика»

Транслятор

Для перевода с языка программирования высокого уровня на язык, понятный процессору, используются специальные программы  – трансляторы. Трансляторы бывают двух видов:

1. интерпретатор;
2. компилятор.

В режиме интерпретации происходит трансляция построчно, то есть выполнение программы происходит непосредственно в среде программирования. Программы, написанные с использованием интерпретатора, не могут работать вне среды. Примером таких программ могут выступать любые, написанные на языке BASIC.

В режиме компиляции происходит перевод всей программы и запись ее в отдельный файл. Файл может быть сохранен в памяти компьютера, а затем исполнен.

Преимущество  компилятора состоит в том, что  предварительно программа проверяется  на наличие ошибок. Также стоит  отметить и то, что программа может работать вне среды программирования. Но у компилятора имеется и недостаток, который состоит в том, что в случае ошибки найти ее очень сложно, ибо в этом случае нельзя следить за промежуточными результатами. Для отладки используется режим интерпретации, то есть построчное выполнение написанной программы.

 

8. Принципы Фон-Неймана.

Уже при конструировании первой настоящей  ЭВМ перед математиками встал  вопрос: а что же такое ЭВМ собственно? Какое устройство является ЭВМ, а  какое может называться только лишь вычислителем? Ответ на этот вопрос дал американский математик, венгр по происхождению Джон фон Нейман.

В 1946 году вместе с Г.Гольдстейном и А.Берксом  фон Нейман написал и выпустил отчет "Предварительное обсуждение логической конструкции электронной вычислительной машины" (исследовательская группа занималась разработкой машины EDVAC). Поскольку имя фон Неймана как выдающегося физика и математика было уже хорошо известно в широких научных кругах, все высказанные положения в отчете приписывались ему.

Положения о ЭВМ фон Нейман заложил в 5 принципах. В дальнейшем все серийные машины работали именно по этим принципам, но одновременно велись разработки и  в других направления. До сих пор  понятие «ЭВМ» не утратило своей  актуальности, превратившись только в понятие «компьютер», что говорит о том, что эти принципы остались неизменными.

1. Программа и данные для обработки хранятся в одной памяти. То есть, программа должна вводиться не с помощью перфолент, не с помощью специальных устройств (типа огромного табло с тумблерами), а должна храниться в той же памяти машины, в которой хранятся и данные.
2. ЭВМ работает только с двоичной системой счисления. Машина MarkI использовала электромеханические реле на 10 положений и работала в десятичной системе счисления. Такая архитектура не может быть удачной. Самый надежный способ работы с информацией – использовать только 2 сигнала: включено и выключено.
3. Принцип программного управления. Этот принцип обеспечивает автоматизацию процессов вычислений на ЭВМ.  Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды.  Так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.
4. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.
5. ЭВМ укладывается в схему

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Память компьютера: классификация.

Память  компьютера является необходимой составляющей любого компьютера согласно принципам  и схеме фон-Неймана. Память необходима не только для долговременного хранения данных, но и для данных, необходимых  на весьма короткое время. Исходя из конкретного назначения память бывает внешней и внутренней.

Внутренняя память – такой тип памяти, без которой работа компьютера невозможна. Все устройства внутренней памяти находятся внутри системного блока.

Внешняя память – такой тип памяти, который предоставляет компьютеру дополнительные возможности по хранению данных. Не обязательно внешняя память располагается внутри системного блока. Например, жесткий диск, являясь внешней памятью, располагается внутри системного блока. Неверно утверждать, что без жесткого диска компьютер не может работать. При наличии операционной системы компьютер может легко функционировать и при отсутствии винчестера, а загрузить операционную систему можно и с помощью загрузочной дискеты, и с помощью загрузочного диска.

Внутренняя память делится на энергозависимую и энергонезависимую.

Энергозависимая память – такой тип внутренней памяти, в котором вся информация теряется при отключении устройство от источника питания. Примером является оперативная память, в которой рабочим элементом выступают конденсаторы. Конденсатор – устройство, способное хранить электрический заряд. Однако конденсатор, располагающийся в планке оперативной памяти, хранит его достаточно недолго, память приходится периодически перезаряжать (такой принцип памяти называют DRAM – dynamic random access memory – динамическая память произвольного доступа). При отключении питания вся информация из памяти полностью удаляется. Именно поэтому внезапные отключения компьютера от сети отрицательно сказываются на работоспособности операционной системы – в оперативной памяти могли находится данные из блока данных, обработанные только частично (например, был загружен из файла список фамилий, он был отсортирован и снова начал записываться в исходный файл, но запись была прервана). Со временем количество таких ошибок растет, что приводит к ухудшению работоспособности системы.

Энергонезависимая память, соответственно, сохраняет данные даже после отключения ее от источника питания. Примером такого вида внутренней памяти является микросхема BIOS (Basic Input-Output System – базовая система ввода-вывода). Эта микросхема содержит минимальный набор данных, необходимых для первичной загрузки компьютера, содержит драйвера всех необходимых устройств. То есть, микросхема BIOS позволяет управлять устройствами на физическом уровне. Также в ней содержится информация о системной дате и времени.

Внешняя память разделяется на память последовательного  и произвольного доступа.

Память последовательного доступа – такой вид памяти, в которой для того, чтобы получить доступ к нужным данным, необходимо обработать предыдущие данные.

В 80-х  и в начале 90-х годов были популярны  домашние компьютеры «Синклер», которые  имели российский аналог «Спектрум». В этих компьютерах роль внешнего устройства хранения выполняли обыкновенные магнитофонные кассеты. Для того, чтобы найти нужную программу на кассете, ее приходилось постоянно перематывать. Современные устройства последовательного доступа применяются для долговременного (архивного) хранения данных. Также их отличительной особенностью является простота конструкции при практически неограниченных объемах сохраняемых данных. Примерами являются

• стримеры – устройства быстрого чтения и записи данных на магнитную ленту;
• перфоленты и перфокарты – уже не используются;
• кассеты MiniDV – используются в цифровых видеокамерах.

Память произвольного доступа позволяет мгновенно получить непосредственный доступ к любым данным, находящимся на устройстве хранения. Для этого на устройстве хранения нужно иметь файловую систему.

 

10.  Устройство управления компьютером, вычислительное устройство. 

Что такое процессор? Процессор - это  выращенный по определенной технологии кристалл кремния, который содержит в себе множество отдельных элементов - транзисторов, соединенных металлическими контактами. С их помощью процессор работает с данными, занимается вычислениями, производя конкретные математические операции с числами, из которых и состоит любая поступающая в компьютер информация.

В принципе центральный процессор в устройстве компьютера не единственный, собственный  процессор имеет видеоплата, звуковая карта, а также множество различных  внешних устройств таких, например, как принтер или сканер. Эти  микросхемы работают совместно с Центральным Процессором, но в отличие от него отвечают чисто за определенную функцию компьютера, например за обработку звука или за создание изображения на экране монитора.

Работа  процессора с иными устройствами компьютера происходит с помощью так называемой скоростной магистрали - "шины". Таких шин две: одна из них - это шина данных, которая предназначена для передачи информации от процессора к другим устройствам компьютера, а другая - адресная шина, которая определяет диапазон адресов памяти, которые в свою очередь использует процессор.

 

 

На любом кристалле процессора располагаются:

• Ядро процессора - это основное вычислительное устройство компьютера. Именно здесь обрабатываются все данные, поступающие в процессор.
• Сопроцессор - дополнительный блок, входящий в устройство компьютера, который предназначен для особо сложных математических вычислений. Он активно применяется при работе с графическими или мультимедийными программами.
• Кэш-память - буферная память - это некоторый накопитель для данных. В современных процессорах часто применяется 2 типа кэш-памяти:

первого уровня - небольшая, объемом всего несколько десятков килобайт, но зато сверхбыстрая память

второго уровня - чуть помедленнее, зато объемом - от 128 килобайт до 2 мегабайт. 

Три основных модификации:

1) "Офисная" - используется для работы с компьютерными играми и мультимедийными программами.

2) "Домашняя" - универсальные процессоры для домашних персональных компьютеров.

3) "Игровая" - особо мощные процессоры, входящие в устройство компьютера, которые используются для таких серьезных задач, как обработка видео или работа с трехмерной графикой, а также и для компьютерных игр.

Тактовая  частота

Это количество элементарных операций или тактов, которые процессор выполняет в течение одной секунды.

Количество  процессоров (ядер)

На сегодняшний  день двухядерные процессоры Core2 Two Duo, входящие в устройство компьютера, уже заполонили особую часть рынка  и не за горами на смену им эпоха четырехядерных процессоров Core Two Quad. Через каждый год количество ядер в процессорах постоянно удваивается. 

Разрядность процессора

Разрядность процессора - это максимальное количество бит информации, которое процессор способен обрабатывать и передавать одновременно.

Тактовая  частота - скорость, с которой процессор черпает информацию. А разрядность характеризует объем информации, которая входит в его виртуальную память в один присест.

До определенного  времени все процессоры в устройстве компьютера были 32-разрядными. С течением времени разрядность информационной магистрали шины, по которой в процессор поступает информация от иных устройств компьютера, изменилась. Она стала 64-битной.

Что же мешало процессору в устройстве компьютера обзавестись большой разрядностью. Все дело основано на программах, большая часть которых было написано под старую 32-битную платформу, поэтому покупателей интересовала только исключительно тактовая частота.

Первой компанией, которая создала 64-битный процессор  Аthlon 64, была компания AMD. Позже компания Intel также выпустили новые модели процессоров Pentium 4, где имела место поддержка 64-битных инструкций. При этом необходимо учесть, что в устройстве компьютера для нормальной работы с 64-разрядными процессорами необходима особая, 64-разрядная версия оперативной системы - например, Windows XP 64 bit, Edition. Надо отметить, что обычная 32-разрядная версия Windows, установленная на 64-битные процессоры работать будет, но не сможет раскрыть потенциал процессора, входящий в устройство компьютера.

Частота шины

Шина - это некоторая  информационная магистраль, которая  соединяет воедино все устройства компьютера, подключенные к материнской плате. У подобной "магистрали", как и у процессора, есть своя так называемая пропускная способность, называемая частотой. Чем выше этот показатель, тем лучше.

Правда, необходимо учесть, что на самом деле реальная частота работы шины, связывающей  устройства компьютера, значительно меньше. Дело в том, что процессоры имеют способность увеличивать эту частоту, получая информацию от системной платы в несколько потоков.

Не редко компании принудительно заставляют процессор  функционировать на более высокой  частоте системной шины, чем та частота, на которую изначально было рассчитано это устройство компьютера. Подобную операция чаще всего называют "разгоном". Она увеличивает производительность устройств компьютера. При этом очень важно учесть, что на подобное способны лишь несколько процессоров из ста, большинство же из них в лучшем случае откажется работать, а в худшем вообще может выйти из строя.

 
Размер  кэш-памяти

В эту встроенную память процессор помещает наиболее часто используемые данные, чтобы  постоянно не обращаться к значительно медленной оперативной памяти и жесткому диску, входящих в устройство компьютера.

Кэш-память в процессоре как правило бывает двух видов. Самая быстрая - это кэш-память первого уровня, которая в свою очередь обладает не большим объемом памяти в 16, 32 кб.

Второй  вид - это кэш-память второго уровня, которая как правило менее быстрая, но зато более объемная, объем ее достигает 2 Мб. При этом надо отметить, что каждое ядро многоядерного процессора имеет собственную кэш-память определенного объема.

Дополнительные возможности

Большинство современных процессоров, входящих в устройство компьютера, обладает рядом особых возможностей, которые  в свою очередь влияют на скорость обработки информации. В числе  их можно выделить специальные системы "мультимедийных команд", которые предназначены для оптимизации работы устройств компьютера с графикой, видео или звуком.

 

11.  Принцип открытой архитектуры, составные компоненты компьютера.

Появление в 1975 г. персонального компьютера вызвало  революционный переворот во всех областях человеческой деятельности.

До этого ЭВМ  была атрибутом крупной организации  или учебно-научного центра. Устанавливать  большие ЭВМ на мелких предприятиях было экономически невыгодно. Персональные ЭВМ (ПЭВМ) относятся к машинам  индивидуального пользования. Таким образом, они стали универсальным инструментом, многократно превышающим производительность интеллектуального труда.