Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Октября 2012 в 23:00, контрольная работа
Современное формальное определение алгоритма было дано в 30—50-х годы XX века в работах Тьюринга, Поста, Чёрча (тезис Чёрча — Тьюринга), Н. Винера А.А. Маркова. Само слово «алгоритм» происходит от имени учёного Абу Абдуллах Мухаммеда ибн Муса аль-Хорезми.
Существует два основных вида трансляторов: интерпретаторы, которые сканируют и проверяют исходный код в один шаг, и компиляторы, которые сканируют исходный код для производства текста программы на машинном языке, которая затем выполняется отдельно.
Машинно-ориентированные языки
Языки для машинно-ориентированной записи программ называют языками низкого уровня.
Предшественниками языков высокого уровня стали так называемые машинно-ориентированные языки или языки автокодов. Одним из самых ярких представителей машинно-ориентированных языков является Ассемблер. Ассемблер очень близок к машинному языку, большинство его инструкций является точным символическим представлением машинных команд. Преимущество состоит в том, что уже нет необходимости помнить числовые коды команд процессора, достаточно знать их символическое представление. Кроме этого, впервые в машинно-ориентированных языках появляется понятие переменной, как именованной области памяти для хранения данных, а вместе с ним и понятие типа данных. В программах на машинно-ориентированном языке появляется возможность использовать как числовую так и текстовую информацию в привычной для человека форме. Инструкция языка ассемблера описывает ровно одну машинную команду. И наоборот: каждой команде в системе команд процессора соответствует инструкция языка (мнемоника). По сравнению с машинным кодом язык ассемблера имеет ряд преимуществ, облегчающих труд программиста.
Несмотря на явные преимущества машинно-ориентированных языков перед сугубо машинным языком, написание программ на этих языках по прежнему сопряжено со значительными трудностями. Программы получаются очень громоздки и трудно читаемы. Языки низкого уровня сегодня применяют в тех случаях, когда имеются особые требования к скорости работы и компактности программы. Они также удобны, если нужен прямой доступ к аппаратным ресурсам.
Языки программирования высокого уровня
Программировать на языке ассемблера намного проще, чем в машинном коде, но все равно сложно. Поэтому были созданы другие языки программирования, в которых каждая инструкция (оператор) языка преобразуется в группу машинных. Эти языки ориентируются не на систему команд процессора, а на способ мышления, присущий человеку. Языки, удобные для людей, называют языками высокого уровня.
Сегодня абсолютное большинство программ создается именно на основе языков высокого уровня. Эти языки имеют следующие достоинства.
Машинная независимость. Программа с одинаковым исходным текстом может быть подготовлена для выполнения на процессорах с разной системой команд. Транслятор языка программирования высокого уровня — это машинно-зависимая система, предназначенная для подготовки программы к выполнению в рамках конкретной платформы.
Использование естественных обозначений (например, привычных математических знаков).
Эффективное представление этапов обработки данных средствами языка. Набор допустимых операций определен соображениями удобства, а не системой команд конкретного процессора.
Расширенный набор поддерживаемых типов данных.
Готовые библиотеки стандартных подпрограмм для выполнения часто встречающихся действий.
Применение языков программирования высокого уровня для создания программ началось в 60-е годы XX века. С тех пор по настоящее время создано и используется множество языков программирования, как универсальных, так и ориентированных на определенные группы задач. Языки программирования высокого уровня играют роль средства связи между программистом и машиной.
В пятидесятые годы двадцатого века с появлением компьютеров на электронных лампах началось бурное развитие систем программирования. К сегодняшнему дню насчитывают несколько поколений систем программирования. Каждое из последующих поколений по своей функциональной мощности качественно отличается от предыдущего. С появлением персональных компьютеров системы стали составными частями интегрированных сред разработки. Появились системы, применяемые в различных офисных программах. В настоящее время системы программирования применяются в самых различных областях человеческой деятельности, таких как научные вычисления, системное программирование, обработка информации, искусственный интеллект, издательская деятельность, удаленная обработка информации, описание документов.
Система программирования — это система для разработки новых программ на конкретном языке программирования. Современные системы программирования обычно предоставляют пользователям мощные и удобные средства разработки программ.
К ним относятся:
• компилятор или интерпретатор;
• интегрированная среда
• средства создания и редактирования текстов программ;
• обширные библиотеки стандартных программ и функций;
• отладочные программы, т.е. программы, помогающие находить и устранять ошибки в программе;
• "дружественная" к пользователю диалоговая среда;
• многооконный режим работы;
• мощные графические библиотеки; утилиты для работы с библиотеками
• встроенный ассемблер;
• встроенная справочная служба;
• другие специфические особенности.
Популярные системы
В последнее время получили распространение системы программирования, ориентированные на создание Windows-приложений:
пакет Borland Delphi (Дельфи) — блестящий наследник семейства компиляторов Borland Pascal, предоставляющий качественные и очень удобные средства визуальной разработки. Его исключительно быстрый компилятор позволяет эффективно и быстро решать практически любые задачи прикладного программирования.
пакет Microsoft Visual Basic — удобный и популярный инструмент для создания Windows-программ с использованием визуальных средств. Содержит инструментарий для создания диаграмм и презентаций.
пакет Borland C++ — одно из самых распространённых средств для разработки DOS и Windows приложений. [5]
Процессор – это центральное обрабатывающее устройство компьютера. Он выполняет все арифметические и логические операции и управляет работой всего компьютера.
Процессор – это блок ЭВМ, предназначенный для автоматического считывания команд программы, их расшифровки и выполнения. Будучи центральным устройством ЭВМ, процессор во многом определяет её возможности и производительность.
В компьютерах третьего поколения процессор изготавливался из отдельных деталей и микросхем невысокого уровня интеграции. Прогресс в области микроэлектроники привел к тому, процессор удалось разместить внутри одного кристалла. Таким образом, он стал отдельной самостоятельной микросхемой и получил название – микропроцессор.[10]
Центральный процессор (ЦП, или центральное процессовое устройство — ЦПУ; англ. central processing unit, сокращенно - CPU, дословно — центральное обрабатывающее устройство) — микросхема, исполнитель машинных инструкций (кода программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором. На компьютерном сленге его называют либо "проц", либо "камень».
Современные процессоры строятся на одной или нескольких интегральных схем. ЦП – это одна микросхема, в которой используется все возможности современной полупроводниковой технологии. Такую микросхему называют – микропроцессором. В компьютерах используются процессоры нескольких типов. Наиболее распространены: центральные, специализированные, процессоры ввода вывода, передачи информации. ЦП служит для обработки данных и управления всей компьютерной системы в целом, позволяет обрабатывать данные с фиксированной и плавающей точкой, поля переменной длины, а иногда и десятичные данные, назначать приоритеты доступа и управлять различными видами памяти.
В состав ЦП входят:
- Арифметическое устройство.
- Счетчик команд.
- Регистр команд.
- Регистр данных.
- Блок микропрограммного или аппаратного управления.
- Регистры общего назначения и ряд узлов, предназначенных для связи оперативной памяти и другими устройствами компьютера.
При выполнении каждой команды вычислительная машина проделывает определенные стандартные действия:
1. Согласно содержимому счетчика
адреса команды считывается
2. Считанная в регистр команд операция расшифровывается.
3. Извлекаются необходимые данные.
4. Над ними в АЛУ выполняются требуемые действия.
5. Результат записывается в ОЗУ.
Схема основного алгоритма работы процессора:
считывание очередной команды в регистр команд
формирование адреса следующей команды
дешифрация команды
выборка операндов
выполнение операции
запись результата
начало
остановка
конец
нет
да
Как следует из приведенной схемы, обработка команды в процессоре может быть разделена на несколько основных этапов, которые можно назвать микрокомандами. Известно пять основных типов микрокоманд. Каждая операция требует своего выполнения времени, равному такту генератора процессора.
По типу семейства: Intel, AMD, ARM, Pentium, Celeron.
По назначению: Универсальные и специализированные.
Все процессоры можно разделить на группы:
Процессоры типа CISC (Complex Instruction Set Computing) с полным набором команд, т.е. универсальные; Это микропроцессоры семейства х86.
Процессоры типа RISC (Reduced) с сокращенным набором команд, т.е. специализированные.Это процессоры такие как: MIPS, SPARС, ARM.
Процессоры типа MISC (Minimum instruction set computer) - вычисления с минимальным набором команд (20-30) и весьма высоким быстродействием. Эти модели процессоров находятся в стадии разработки.
Процессоры типа VLIW ( Very long instruction word) - сверхдлинное командное слово. Примером такого процессора является – Intel Itanium.
К основным относят группы CISC и RISC.
Эти процессоры нацелены на быстрое выполнение небольшого набора простых команд. При выполнении сложных команд RISC – процессоры работают медленнее, чем CISC – процессоры.[11]
Назначение процессора:
Управлять работой ЭВМ по заданной программе;
Выполнять операции обработки информации.
Классификация по исполнению:
Классификация по архитектуре:
Основные характеристики:
быстродействие – количество операций, производимых в 1 секунду
тактовая частота, - количество тактов, производимых процессором.
за 1 секунду. Операции, производимые процессором, не являются непрерывными, они разделены на такты.
частота системной шины (чем она больше, тем больше данных передается за отрезок времени)
количество ядер (одно-, двух- и четырехядерные процессоры)
объем кэш-памяти - памяти с большой скоростью доступа.
разрядность – количество двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.
вид оперативной памяти (DDR, DDR2, DDR3)
сокет ( разъем в который
вставляется центральный
Под разрядностью процессора понимают число одновременно обрабатываемых им битов. Формально эта величина есть количество двоичных разрядов в регистрах процессора.
Любая операция процессора (машинная команда) состоит из отдельных операций – тактов. В зависимости от сложности, команда может быть реализована за разное количество тактов. Предельная тактовая частота определяется технологией производства микросхем, в частности наименьшими достижимыми размерами элементов, которые определяют минимальное время передачи сигналов. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность.
Кэш-память – это высокоскоростная память произвольного доступа, используемая процессором компьютера для временного хранения информации. Кэш-память напрямую влияет на скорость работы с более равномерной нагрузкой.
Заключение
Таким образом, любая последовательность команд, размещенная в ОЗУ, фактически представляет из себя алгоритм, записанный в системе команд процессора - машинную программу.
Применение языков