Программный принцип работы компьютера. Компоненты компьютера и их функции

Компоненты компьютера и их функции знают все современные школьники, внимательно прослушавшие курс информатики. Студенты, поступившие на технические специальности, связанные с ЭВМ, тоже прекрасно ориентируются в этой сфере. Но вот если в принципах работы современного компьютера хочет разобраться человек, в образовательной программе специфических сведений не получивший, придется поискать адекватные источники информации. Стоит признать, что некоторые авторы пишут словно бы для себя: используют множество неясных для далекого от этой области человека терминов. Понять, как устроен и работает персональный компьютер (ПК), несложно, надо просто ответственно отнестись к поставленной перед собой цели. Мир вычислительной техники действительно увлекателен!

О чем идет речь?

Прежде чем выяснять, каковы основы системного программного обеспечения, из чего состоит машина и как программировать с ее применением, сперва нужно разобраться, что за предмет оказался в фокусе внимания. Наименование его пришло к нам из английского языка. Компьютером в наши дни принято называть такую электронную машину, которую можно запрограммировать для накопления данных, обработки сведений и передачи знаний.

Самый главный, основной предмет, на котором построена ЭВМ – тактовый генератор. Именно он производит сигналы с заданными временными промежутками. Импульсы далее участвуют в рабочем процессе различных внутренних, внешних устройств ввода информации, ее обработки и вывода. Фактически процесс управления предполагает распределение сигналов таким образом, чтобы добиться поставленной перед человеком цели. Самостоятельно направлять все сигналы куда требуется нужды нет: это происходит в автоматическом режиме при наличии соответствующего программного управления. Правда, успешным будет результат только в условиях адекватного кода без ошибок.

Как это работает?

Ключевой аспект, который всегда разъясняют в рамках курсов компьютерных для начинающих: программный принцип – вот база для рабочего процесса. Речь идет о наличии в компьютерной памяти специализированной программы. Такая идея стала самой важной для архитектуры ЭВМ на текущий момент времени. На курсах (компьютерных) для начинающих обязательно расписывают основные тезисы принципа:

• вычислительная программа записывается в электронную память, где сохраняется, как и исходные значения;
• сформированные в программу последовательности команд закодированы числами и форматом не отличаются.

Основной постулат программного принципа работы компьютера

Общее описание компьютера всегда начинается с декларирования этого управленческого принципа, обусловленного наличием написанного заранее кода, который машина должна исполнить. Такая идея стала базой понимания универсальности ЭВМ: в конкретный временной промежуток решается такая задача, которая регламентирована актуализированной программой.

Как только результат получен, можно приступать к следующей программе, проводя вычисления по описанному в ней алгоритму. Такой подход предполагает применение программного обеспечения. Программный принцип работы компьютера декларирует обязательным наличие ПО для любого современного пользователя. Что любопытно, создающие код (конечно, не любой, но все же) люди тоже применяют программы, алгоритмы, которые являются ПО.

О терминологии

Как видно из наименования, базовым понятием для современного подхода к определению принципов работоспособности ЭВМ становится программа. Через нее происходит запись данных, вывод данных из памяти на внешнее устройство, любые другие операции – расчеты, построение изображения и так далее. Термином принято обозначать алгоритмическую запись, позволяющую получить решение сформулированной задачи последовательным исполнением операций. Программа формулируется применением операторов выбранного языка, доступного для ЭВМ. Главная задача любой современной программы – контроль за активностью аппаратных средств. Использование программ представляет собой первый признак программного принципа работы компьютера.

Как этим пользоваться?

Предположим, в рамках решения рабочей задачи человек нуждается в анализе работы предприятия, где он трудоустроен, и применительно к этому вопросу ему необходимо построить примеры компьютерных моделей. Программный принцип работы компьютера становится для него незаменимым инструментом в достижении задачи: не нужно ничего рисовать от руки и проводить объемные вычисления, необходимо лишь выбрать такую программу, которая в правильном режиме и установленном порядке активизирует аппаратные возможности машины, в конечном итоге выводящие на устройство передачи информации (монитор, принтер) результат.

С другой стороны, итоги корректными будут только в случае использования отлаженного ПО. Оно не должно требовать доработки, то есть пользователь лишь запускает продукт и пользуется понятными ему функциями, не имея специального образования, касающегося внутренней структуры ПО. Все, что ему требуется, – понимание порядка применения и знание общего описания компьютера. Программный принцип работы компьютера предусматривает наличие специализированной документации на все применяемое ПО.

Программное обеспечение

Этим термином принято характеризовать совокупность правил, процедурных наборов, программных компонентов, официальной сопроводительной документации, позволяющей обрабатывать данные и реализовывать заявленную функциональность системы.

Разбираясь, в чем суть программного принципа работы компьютера, важно учитывать, что ПО и аппаратная структура постоянно находятся в тесной взаимосвязи, функциональность одной определяется чёткостью работы другого. ПО, применяемое на современных ЭВМ, зависит от технических параметров и именуется программной конфигурацией.

Методологический подход

Программный принцип работы компьютера базируется на идеях, высказанных Бэббиджем, фон Нейманом. Принято говорить о трех ключевых компонентах:

• процессор;
• память;
• устройства, позволяющие выводить, вводить сведения.

Говоря о процессоре, принято подразделение на два устройства:

• управляющее;
• обеспечивающее логические, арифметические операции.

Система классификации

Принято разделение ЭВМ на несколько крупных категорий:

• большие;
• мини;
• микро;
• ПК.

Большие – мощные приборы, распространённые в крупных организациях, нередко работающие на благо отрасли народного хозяйства. Для обслуживания таких приборов необходимо несколько десятков профессионалов. Большие ЭВМ – базовый компонент формирования вычислительного центра. В такой огромной машине неспециалисту совершенно невозможно догадаться, какое устройство предназначено для обработки информации!

Мини – такие ЭВМ, которые имеют небольшие габариты, относительно низкую производительность, малую цену. Часто применяются компаниями, научными, исследовательскими, образовательными учреждениями. На них возложены функции контроля за производственными процессами. Микро – еще меньшие по габаритам ЭВМ, которые активно применяются не только на предприятиях, но в вычислительных центрах в качестве вспомогательного оборудования.

ПК

Пожалуй, именно эта категория техники и вызывает у широких масс такое любопытство относительно программных принципов работы компьютера. Термином принято обозначать технику, применяемую в рамках рабочего места, то есть предназначенную для одного человека. Нередко при помощи ПК делают более эффективным учебный, рабочий процесс, но этим функциональность не ограничивается. Международная стандартизация позволила ввести разбиение на группы. Выделяют следующие категории:

• массовые;
• офисные;
• мобильные;
• рабочие;
• игровые.

Зачем нужны?

В зависимости от более или менее широкой направленности на решение задач принято говорить о специализации ЭВМ. Существуют:

• универсальные;
• специализированные.

Первые предназначены для широкого спектра задач, вычислительные системы можно комплектовать по собственному желанию, подбирая оптимальные структурные элементы. Компьютер, полученный в результате, будет эффективен для рабочих процессов, редактирования текста или музыкальных файлов и так далее. Специализированные – это машины, созданные в расчете на определённую направленность работы. К таким принадлежат бортовые компьютеры, устанавливаемые в воздушных суднах, автомобилях. Исследуя такую машину, неопытный пользователь вряд ли сможет сразу разобраться, какое устройство предназначено для обработки информации! Многие из них отличаются обилием экранов, счетчиков, датчиков, огоньков – глаза просто разбегаются. Поэтому для применения на практике такого прибора сперва придется пройти специализированный курс освоения.

Данные: хранить и обрабатывать

Программный принцип работы компьютера заключается в исполнении заданных программ, что в результате продуцирует полезную информацию, применяемую пользователем для решения стоящих перед ним задач. Фактически ЭВМ – исполнитель заданного человеком набора шаблонных команд, называемых алгоритмом. Идеи конструирования основаны на булевой алгебре. Фактически в машину загружают в понятном для ЭВМ формате набор предписаний, позволяющих последовательно выполнить ограниченное количество действий, по итогам чего будет получен нужный человеку результат. Алгоритм характеризуется наименованием, начальной точкой, конечной.

Представление о том, в чем суть программного принципа работы компьютера, можно получить, если проанализировать основные характеристики алгоритма:

• дискретность (набор команд формируется заданными действиями, для которых декларирован порядок);
• детерминированность (каждое действие строго определено, не может иметь более одного смысла);
• конечность (действия по отдельности, алгоритм в целом обязательно имеют путь завершения);
• результативность (отсутствие ошибок, доказуемое получением результата за конечное количество итераций);
• массовость (применимость к большому числу однотипных задач, отличных разбросом исходных параметров).

Три принципа Неймана

Эти постулаты были воплощены в реальность в 1946-м, когда удалось построить первую ЭВМ в истории человечества. Принципы Неймана:

• программное управление;
• однородность памяти;
• адресность.

А если поподробнее?

Управленческий принцип предполагает наличие командного набора, последовательно исполняемого процессором в автоматическом режиме.

Однородность памяти предполагает накопление сведений в одном типе памяти, что позволяет исключить необходимость определения характера данных в заданной ячейке. И программы, и данные сохраняются вместе, что позволяет применять к ним одинаковые последовательности действий. Пользователь, умело пользуясь такой особенностью, получает широкие возможности. Скажем, запустив программу, можно работать над ней, выбирая правила получения частей.

Адресность гласит, что компьютерная память структурирована, сформирована ячейками, у каждой из них есть свой уникальный номер. Процессор в любой момент времени может потребовать информацию из произвольной ячейки, упорядоченная структура обеспечит максимально быстрый доступ к нужным сведениям. Разные области памяти могут быть поименованы по-разному, программы, записанные в них, просто ищутся, а накопление информации о структурированности позволяет упростить процедуру обращения. Кроме того, используя присвоенные имена, проще менять записанные сведения, исполняя выбранный программный набор действий.

Данные и программное представление

Любая информация может обрабатываться современными ЭВМ: графики, картинки, текст, звук. Обусловлено это возможностью конвертирования в такой формат, который понятен для аппаратного уровня. Процессор получает инструкцию, на основании которой производит операции. Решение задачи сопровождается последовательностью мероприятий, нередко включающей в себя неисчислимо много операций. Ее именуют программой.

ПО, которым располагает современный пользователь, появилось не одномоментно. Несколько десятилетий у передовых умов нашего мира ушло на разработку основных принципов построения программ, отладку оптимальных операций, позволяющих быстро и эффективно получать результат с минимальной загруженностью аппаратного обеспечения. ПО современного компьютера – совокупность таких программ.

ПО: особенности

Ни один обычный современный пользователь не сможет работать, если ЭВМ не оснащена системным ПО. Главный компонент этого комплекса – операционная система, признанная базовой составляющей ПО. Этот элемент необходим, его отсутствие делает невозможным работу компьютера в понимании обычного человека. Помимо ОС категория системного ПО включает в себя разнообразные обслуживающие проекты, сервисные программы. Некоторые из них занимаются дисками, другие сжимают данные, противостоят атакам вредоносных программ и так далее.

Чтобы можно было с применением ЭВМ решать поставленные перед пользователем задачи, необходимо располагать программным ПО. Такие проекты помогают формировать графическую информацию, рисунки, звуки, тексты, позволяют совершать операции с числовыми данными. Категория прикладного ПО подразделяется на:

• приложения;
• системы для программирования.

Прикладное ПО

Системы программирования необходимы профессионалам, работающим в сфере создания новых продуктов для ЭВМ. Разработано несколько языков программирования, наиболее широко распространено в настоящее время семейство для объектно-ориентированного программирования. Большой популярностью пользуются визуальные среды. Даже начинающий при применении таких продуктов может освоить базовые операции кодирования и составить собственный работоспособный продукт.

Приложения – это несколько иной тип прикладного ПО. Через него происходит обработка текстовых массивов, графической и звуковой информации, чисел и видео. Можно применять специализированные программы для сетевой работы. Использование продуктов не требует наличия навыков программирования. Общие приложения, позволяющие решать классические задачи, требуются практически любому пользователю. К числу таковых относят редакторы текста, графики, таблицы, системы, позволяющие централизованно управлять накапливающими данные базами. Не стоит упускать из вида и продукты, посредством которых можно создавать презентации. Компьютерные сети, активно развивающиеся в последнее время, существенно повысили важность программ для обеспечения коммуникации пользователей.

Какие еще бывают приложения?

Некоторые предлагают в отдельную группу выделять антивирусные программы, значимость которых из года в год растет из-за повышения распространённости вредоносного ПО. Заслуживают внимания профессиональные программные среды, применяемые квалицированными пользователями. Такие используются для создания анимации, графики, помогают разрабатывать проекты, производить сложные бухгалтерские расчеты, переводить тексты. Исключительно ценны для многих современных пользователей электронные словари.

Важная категория ПО – обучающие приложения, позволяющие повысить свой уровень в выбранной специализации без привлечения третьих лиц. Наиболее актуально это применительно к иностранным языкам. Спросом пользуют тесты, репетиторы, запрограммированные в электронном формате.

ОС: функциональность

ОС работает в тесном взаимодействии с аппаратурой ЭВМ, управляет техникой, передает команды пользователя в понятном для машины формате. Функциональность ОС:

• обмен данных между устройствами;
• хранение данных, обеспечение их доступности;
• организованность исполнения рабочих процессов;
• отчет об ошибках, адекватная реакция на аварию;
• контроль за работой оборудования;
• доступ к системным средствам;
• обеспечение взаимного диалога машины и пользователя.