Моделирование оптимальной конфигурации компьютера

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………3

Глава 1. Анализ и описание предметной области проекта………………………….5

Глава 2. Разработка объектной модели……………………………………………....13

2.1 Определение объектов и классов………………………………………………….13

2.2 Подготовка словаря данных………………………………………………………13

2.3 Определение атрибутов объектов………………………………………………..16

2.4 Определение методов классов………………..…………………………………..19

2.5 Упрощение классов при использовании наследования и графическое изображение объектной модели……………………………………………………….20

Глава 3. Реализация объектной модели на языке программирования С++………22

Заключение………………………………………………………………………………30

Глоссарий……………………………………………………………………………….32

Список использованных источников…………………………………………………34

Приложения…………………………………………………………………………….35

 

Введение

Данная работа является составляющей учебного плана дисциплины «Разработка программных комплексов на базе объектно-ориентированного программирования» и ставит своей целью обеспечение освоения методики проектирования программных комплексов на практике с применением объектно-ориентированного подхода.

Основой для выполнения работы выбрана тема «Моделирование оптимальной конфигурации компьютера». Данная тема использует предметы и понятия реального мира, т.к. использование компьютеров последние 20 лет не теряет актуальности.

В процессе моделирования выбранной темы будут рассмотрены модели основных комплектующих, из которых будет осуществляться сборка модели персонального компьютера, т.е. формальные конструкции, представляющие реальные платы и аппаратные модули персональных компьютеров в программной среде.

В процессе моделирования будут разработаны основные определения объектов и классов, подготовлен словарь данных, определены атрибуты и методы классов. Полученные классы будут объединены в иерархию наследования, с целью упрощения структуры моделирования.

В результате указанных операций получится некоторая модель в рамках рассматриваемого вопроса. В силу сложности устройства компьютера и его блоков, полученная модель будет содержать не все признаки и свойства реального предмета. Для эффективного моделирования будут отобраны, только основные признаки, наиболее значимые для разрабатываемой программной среды. Следовательно, полученная модель будет иметь формальный характер.

Формальная конструкция полученной модели позволит определить формальные зависимости элементов и формальные операции с ними. Что значительно упростит разработку модели на компьютере, и изучение модели в целом.

Использование объектно-ориентированного подхода в данной работе позволит снизить сложность программного обеспечения, увеличить надежность выполнения полученной программы, обеспечит удобное редактирование отдельных компонентов полученной программной модели, а так же позволит избежать дублирования наработок, не ограничивая их повторное использование.

В рамках моделирования сборки компьютера из составных частей использование объектно-ориентированного подхода ставит, своей целью обеспечить структурирование, которое повысит характеристики надежности, в то же время сохраняя простоту изменения программной составляющей проекта.

Выполненная работа будет включать три главы:

Анализ предметной области

Разработка объектной модели

Реализация объектной модели

В первой главе будут рассмотрены основные понятия, связанные со сборкой компьютеров, основные составляющие персонального компьютера и их роли.

Процесс разработки объектной модели включает в себя описание моделируемых предметов в упрощенной форме, выделение атрибутов и методов полученных классов, а так же упрощение полученных структур, с использованием механизма наследования.

В разделе о реализации объектной модели будет описаны основные моменты в процессе получения демонстрационной программы с использованием созданной ранее иерархии классов

В качестве реализации в виде программного кода, за основу будет использован язык программирования C++.

Полученная программа, а так же исходный код на языке С++ будет прилагаться к данной работе.

 

 

Основная часть

1 Анализ и описание предметной области проекта

Компьютер, в переводе с английского означает «вычислитель» — устройство или система, способное выполнять заданную, чётко определённую последовательность операций. Это чаще всего операции численных расчётов и манипулирования данными, однако, сюда относятся и операции ввода-вывода.

В русскоязычной научной литературе принято использовать название ЭВМ, как синоним компьютера. ЭВМ или электронная вычислительная машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач. В настоящее время данное понятие почти вытеснено из бытового употребления и в основном используется инженерами цифровой электроники, как правовой термин в юридических документах, а также в историческом смысле — для обозначения компьютерной техники 1940—1980-х годов и больших вычислительных устройств, в противовес персональным компьютерам.

Потребность считать или производить вычисления возникла у людей вместе с появлением цивилизации. Им было необходимо осуществлять торговые сделки, проводить землемерные работы, управлять запасами урожая, следить за астрономическими циклами. Для этого издревле были изобретены различные инструменты, от счётных палочек и абака, в ходе развития науки и техники, эволюционировавшие в калькуляторы и разнообразные вычислительные устройства, в том числе и персональные компьютеры.

В развитии персональных компьютеров можно выделить следующие этапы:

- Механические и автоматические вычислительные средства примерный временной период с 1642 по 1880 г.г. В этот период были созданы такие механические устройства логарифмическая линейка, ткацкий станок Жозефа Мари Жаккара, арифмометр Томаса, разностная машина Чарльза Бэббиджа. В качестве носителей информации были попытки использовать перфорированные карты.

- Электромеханические вычислительные средства примерный временной период с 1888 по 1944 г.г. Были созданы следующие устройства: табулятор Холлерита, вычислительная машина Z1, первый компьютер «Марк I»

- Электронные вычислительные средства примерно с 1946 г. до настоящего времени.

Были созданы первые ЭВМ: ENIAC; Манчестерская МЭМ «Baby»; EDSAC, семейство компьютеров фирмы IBM – System 360.

Изначально применение ЭВМ было рассчитано для научных нужд. В том числе для выполнения большого числа математических вычислений, что было долго выполнять с использованием человеческих ресурсов.

Постепенно громоздкие ЭВМ превратились из огромных зданий наполненных электронными платами и проводами в компактные устройства, к которым мы привыкли. Такому развитию событий способствовало развитие технологий.

Наиболее важными в развитии ЭВМ считаются следующие события:

- описание Лейбницем двоичной системы счисления в XVII веке

- изобретение булевой алгебры на основе двоичной системы счисления в 1847-1854 г.г.

- разработка теории информации Клода Шеннона на основе логических электрических схем построенных по тождественным принципам булевой алгебры и в 1940-1948 г.г.

- разработка архитектуры фон Неймана в 1940 г.

- создание первого языка программирования высокого уровня – Фортрана в 1957 г.

- принятие 7-битового стандарта для обмена информации ASCII в 1964 г.

- разработка языка программирования BASIC в 1964 году. Применение которого с незначительными изменениями использовалось в большинстве персональных компьютеров 1970-1980 г.г.

- изобретение графического интерфейса с использованием окон для представления содержимого компьютера в 1973 г.

Так же не малую роль взяло на себя развитие аппаратных составляющих компьютера. На это повлияли следующие факторы:

- изобретение транзистора в 1947 г.

- изобретение мыши 1963 г.

- создание первых микрочипов 1960-х г.

- создание первых локальных вычислительных сетей в в конце 1960-х г.

- создание гибких магнитных дисков и появление первых микропроцессоров в 1970-х г.

Все эти факторы привели к появлению персональных компьютеров – компьютеров, которые используются повсеместно в настоящее время.

Персональный компьютер или ПК  — настольная микроЭВМ, имеющая эксплуатационные характеристики бытового прибора и универсальные функциональные возможности. Так же известно наименование ПК, как ПЭВМ, т.е. персональной электронно-вычислительной машины, чем он, по сути, и является. Принципы используемые в современных ПК, практически не претерпели изменений за последние 50 лет. Они лишь усовершенствовались и нашли новые применения.

Как было указано ранее, изначально компьютер был создан как вычислительная машина. В настоящее время в качестве ПК он так же используется в других целях — как средство доступа в информационные сети и как платформа для развлечений, в том числе компьютерных игр.

Попытки создать персональный компьютер были уже в 1960-х г. Уже в 1969 году был выпущен «Кухонный компьютер» фирмы Honeywell, считается, что это первый домашний компьютер.

А в 1976 году был создан персональный компьютер Apple I. Фирма Apple существует и в настоящий момент, и по-прежнему производит персональные компьютеры в различных форматах, стационарные, моноблоки, планшеты и смартфоны.

Все компьютеры, которые создавались в то время, за редким исключением не получили большого распространения и рано или поздно были сняты с производства. Даже фирма Apple изменила выбранным ранее путям развития техники и перешла на использование стандартного аппаратного обеспечения, совместимого с IBM PC. IBM PC впервые был представлен в 1981 году 12 августа. Эта модель легла в основу архитектуры, которой мы до сих пор пользуемся в различных устройствах. Все её плюсы и минусы, в настоящий момент лежат в основе любого персонального компьютера, который продается сейчас. Этот персональный компьютер является своего рода первым компьютером, в том виде, в котором мы его видим сейчас.

С тех пор было выпущено множество других вариантов персональных ЭВМ, но архитектура IBM PC прочно закрепилась на рынке компьютеров.

В 1986 году 3 апреля была представлена первая модель ноутбука на той же архитектуре IBM PC.

С тех пор мало что изменилось в устройстве компьютеров, изменялись лишь качественные характеристики. Менялись разъемы типы чипов, но основные принципы устройства ПК сохранились:

- регламентируется и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация. Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями;

- компьютер легко расширяется и модернизируется за счет наличия внутренних расширительных гнезд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями.

На рис.1.1 представлена схема устройства типичного компьютера. Как видно для объединения устройств используется шина данных. А для подключения различных компонентов соответствующие разъемы и контроллеры. Такая схема обеспечивает неограниченные возможности по конфигурированию любого компьютера под нужды пользователя.

 

 
Рисунок 1.1 Схема компьютера

Компьютеры тех времен имели каждый свою собственную структуру и устаревали, как правило, за два-три года. Такая схема производства задействована и сейчас в таких устройствах как телевизорах, телефонах или даже автомобилях.  Это приводит к тому, что никто не помнит конкретные модели подобных устройств спустя пятнадцатилетней давности. Сейчас это кажется некорректным сравнением, потому как компьютеров отличных от IBM PC на современном рынке электронных устройств, практически не осталось, эти устройства существуют, но применяются в очень узкоспециализированных сферах и не продаются в обычных магазинах. Даже фирма Apple сменила архитектуру своего процессора на более распространенную и давно уже используемую в мире.

В компьютеры IBM PC заложена возможность усовершенствования его отдельных частей и использования новых устройств на уже приобретенном компьютере. Фирма IBM сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из различных частей по аналогии с конструктором.

Основным успехом платформы являлось её открытость. Этот принцип, называемый принципом открытой архитектуры, обеспечил потрясающий успех компьютеру IBM PC, хотя и лишил фирму IBM возможности единолично пользоваться плодами этого успеха. Стоит отметить, что в случае монополии IBM в области данной архитектуры, неизвестно, как бы выглядел современный компьютер и как бы он был устроен.

В основу современного IBM PC совместимого компьютера входит материнская плата. На ней размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации, а схемы, управляющие всеми остальными устройствами компьютера – монитором, дисками, принтером и т.д., реализованы на отдельных платах-контроллерах, которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате – слоты. Ко всем этим электронным устройствам подводится электропитание из единого блока питания, а для удобства и надежности все это заключается в общий металлический или пластиковый корпус. Корпус с компонентами в сборе называется системный блок.