История развития электронных вычислительных машин

3.   Определенность — каждое правило алгоритма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для произвола. Благодаря этому свойству выполнение алгоритма носит механический хаpактеp и не требует никаких дополнительных указаний или сведений о решаемой задаче.

4.   Результативность (или конечность) состоит в том, что за конечное число шагов алгоpитм либо должен приводить к решению задачи, либо после конечного числа шагов останавливаться из-за невозможности получить решение с выдачей соответствующего сообщения, либо неограниченно продолжаться в течение времени, отведенного для исполнения алгоритма, с выдачей промежуточных результатов.

5.   Массовость означает, что алгоpитм решения задачи pазpабатывается в общем виде, т.е. он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся лишь исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма.

Виды алгоритмов

Алгоритмы бывают трех основных видов, которые и являются базовыми при написании программ. 

 Первый тип  — линейный алгоритм; такой, в котором все действия выполняются в строгом порядке, последовательно, одно за другим. Типичный жизненный пример такого алгоритма — рецепт пирога. 

 Второй тип  — разветвляющийся алгоритм; такой, в котором выполняются те или иные действия в зависимости от выполнения или невыполнения некоего условия. Пример из жизни — правило перехода улицы по светофору. Если горит красный — стоим, если горит зеленый — идем. 

Третий тип -  циклический алгоритм; такой, в котором присутствуют повторяющиеся действия с какой-либо изменяющейся величиной, так называемым параметром. Пример — колка дров. Берем полено — колем топором, берем второе полено и т. д., пока поленья не закончатся, и эта работа нам не надоест. 

Каждый   алгоритм   создаётся   автором   (человеком   или   группой людей) и рассчитан для выполнения конкретным исполнителем.

Исполнитель алгоритма— это человек или какое  либо устройство(компьютер или робот).

Алгоритм  должен быть составлен таким образом, чтобы исполнитель, для которого создан алгоритм, смог выполнить его и получить результат.

Способы задания алгоритма:

• словесный, (недостаток–многословность, возможна неоднозначность–«он встретил ее на поле с цветами»),
• табличный (физика, химия и т. д.),
• графический (блок-схемы).

Способ записи алгоритмов с помощью специальных блоков (прямоугольников, ромбов, параллелограммов и т.д.) называют графическим или блок-схемой.

Алгоритм записанный для компьютера, называется программой.

Подпрограмма

Подпрограмма представляет собой  набор операторов, команд, оформленных специальным образом. Подпрограмму можно вызывать из основной программы, причём неограниченное число раз. Вынося какой-то код в подпрограмму, мы исключаем дублирование этого кода в различных местах программы и, естественно, уменьшаем общий объём кода программы. Использование подпрограмм придаёт приложению более структурированную форму. В какой-то степени подпрограммы и упрощают чтение кода для других пользователей. Более того, использование подпрограмм позволяет организовать разделение труда при работе над большим проектом каждый работает над своей задачей, а все результаты быстро и просто подключаются к основной программе. 
По структуре подпрограмма практически идентична самой программе - она содержит заголовок, блок описаний, блок реализации. Конечно, форма записи подпрограмм (т.е. их описания) отличается от формы записи самой программы.

В общем случае работа с подпрограммой  делится на два этапа. Перво-наперво  нужно описать подпрограмму, иначе  основная программа просто её не найдёт. После того, как подпрограмма описана, её можно вызывать из основной программы. При этом, конечно, никто не запрещает Вам редактировать подпрограмму и программу параллельно. Т.е. Вы можете сначала просто описать подпрограмму и "повесить" на неё простейшее действие вроде вывода окошка с сообщением, затем прописать вызов подпрограммы во всех нужных местах, протестировать работоспособность программы, и затем продолжить написание подпрограммы.

Вызов подпрограмм осуществляется по их именам. Имя подпрограммы составляется по всем тем правилам, по каким составляются имена идентификаторов (переменных). Т.е. может состоять только из латинских букв, цифр и знака подчёркивания, не может начинать с цифры и т.д. Более подробно правила задания имён идентификаторам были рассмотрены в одном из первых уроков. Имена подпрограмм должны быть уникальными, т.е. не может существовать подпрограмм с одинаковыми именами. Но, как известно, на любое правило есть своё исключение... И здесь есть особые случаи - в объектно-ориентированном программировании (ООП) есть принцип полиморфизма, согласно которому у объектов могут быть методы (они являются подпрограммами) с одинаковыми именами. Но знакомиться с ООП мы будем позже, поэтому не забивайте голову лишними незнакомыми словами :-).

Итак, помимо имени подпрограммы мы должны описать список аргументов (параметров), передаваемых подпрограмме. К примеру, если подпрограмма вычисляет некоторое значение по заданной формуле, параметрами могут являться составляющие переменные, включённые в эту формулу. Допустим, если подпрограмма вычисляет площадь круга, то параметром (аргументом) будет его радиус. Важно отметить, что подпрограммы могут и не иметь входных параметров (т.е. работать без указания всяких данных), а также могут иметь нефиксированное число параметров (т.е. хотите - передавайте один, а хотите - пять, дело Ваше). В третью группу можно выделить подпрограммы, у которых часть параметров обязательна, а часть - нет. Вторые встречаются довольно редко и требуют особого подхода. Каждый параметр - это, по сути, обычная переменная, поэтому при описании параметров нужно каждому из них дать уникальное имя и указать тип данных.

В стандартных модулях Delphi описано  великое множество подпрограммы и их можно вызывать без описания. Они уже описаны, просто в других модулях. Помните, мы подключали модуль Math для доступа к математическим функциями? А модуль StrUtils с функциями обработки строк? Так вот, в этих модулях и описаны подпрограммы, которые мы использовали. Если модуль не подключен, Delphi не узнает, где находится подпрограмма и какие функции она выполняет. Но стоит модуль подключить и дополнительный арсенал у нас в кармане. Естественно, помимо использования готовых подпрогрмм мы можем создавать и свои собственные, пользовательские.

Типы подпрограмм

Все подпрограммы делятся на процедуры и функции. В предыдущих уроках эти термины уже использовались. Сейчас Вы узнаете, в чём разница. А различий на самом деле немного. Функция - это подпрограмма, результатом работы которой является какое-либо значение (одно единственное). Это позволяет использовать функции как обычные переменные, т.е. как операнды в выражениях. Просто значения будут вычисляться "на лету". Процедуры - это подпрограммы, которые не возвращают никакого значения в результате своей работы. Тем не менее, процедуры могут использоваться для передачи в основную программу каких-либо данных, причём передаваться может не одно значение, а несколько. Но в общем и целом процедуру следует понимать просто как ярлычок на выполнение указанных действий.

Представление об операционной системе

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА – программа, управляющая аппаратными и программными средствами компьютера, которые предназначены для выполнения задач пользователя.

Представление о том, что такое  операционная система, менялось со временем. Первые компьютеры использовались только для решения математических задач, а программами служили написанные в машинных кодах вычислительные алгоритмы. Программисту при кодировании программ приходилось самостоятельно управлять компьютером и обеспечивать выполнение своей программы. Со временем для облегчения процесса написания программ был создан набор служебных программ. С развитием электроники аппаратура совершенствовалась и появилась возможность одновременного выполнения нескольких программ, в связи с этим были созданы алгоритмы переключения заданий. Набор подпрограмм, обеспечивающих переключение, назывался монитором или супервизором. Однако, возникла проблема прерывания работы программ, содержащих ошибки и потребляющих ресурсы компьютера (например, постоянно занимающих процессор или ошибочно записывающих результаты своей работы в оперативную память, где размещаются другие программы). Выход был найден в создании специальных аппаратных механизмов, защищающих память программ от случайного доступа со стороны других программ. Поскольку управление этими механизмами уже нельзя было включать в сами программы, к монитору была добавлена специальная программа, управляющая защитой памяти. Так был создан резидентный монитор. Последовательное решение подобных проблем было направлено на создание универсальной ЭВМ, способной решать одновременно разнообразные задачи.

Резидентный монитор – это уже  зачатки операционной системы. Прикладные программы стали содержать только реализацию своего алгоритма и обращение  за вспомогательными алгоритмами к  монитору, при этом использовался специальный набор правил, называемый прикладным программным интерфейсом. Прикладной программный интерфейс позволил создавать абстрактные понятия. Появились понятия файла и файловой системы. В дальнейшем, к резидентному монитору было добавлено много других программ, в частности, облегчающих выполнение таких операций как копирование файлов, редактирование текстов, компиляции программ с языка программирования в машинный код и другие. Термин « резидентный монитор» трансформировался в ядро операционной системы.

Запуск компьютера. BIOS.

Обычно компьютер запускается  при включении питания на лицевой  панели системного блока, хотя современные  компьютеры имеют такие средства для экономного расходования электроэнергии, которые позволяют их не выключать. Запуск компьютера – самый ответственный момент работы компьютера – в этот момент в оперативной памяти нет ни данных, ни программ. Перенести их с жесткого диска в оперативную память без команд нельзя. Для этой цели у процессора есть специальная ножка, которая называется RESET (перезапуск). Если на нее поступает сигнал (а в момент включения именно так и происходит), процессор обращается к специально выделенной ячейке памяти. Необходимо, чтобы в этой ячейке всегда была определенная информация, причем даже тогда, когда компьютер выключен. Для этого предназначена специальная микросхема – ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). Это тоже память, но постоянная. В отличие от оперативной памяти постоянная память не стирается при выключении. Программы микросхемы ПЗУ записываются на заводе. Этот комплекс программ называется BIOS – базовая система ввода/вывода. Эта система « встроена» в материнскую плату компьютера. Ее назначение состоит в выполнении элементарных действий, связанных с осуществлением операций ввода-вывода. BIOS содержит также тест функционирования компьютера, проверяющий работу памяти и устройств компьютера при включении электропитания. Работа программ, записанных в микросхеме BIOS, отображается на черном экране бегущими белыми строчками. В этот момент компьютер проверяет свои устройства: проверяется оперативная память (сколько ее и вся ли она в порядке), наличие жестких дисков, а также наличие клавиатуры. Если что-то не работает, программы, выполняющие проверку, сообщат о неисправности. Кроме того, базовая система ввода-вывода содержит программу вызова загрузчика операционной системы.

Загрузчик операционной системы– это  специальная программа, предназначенная  для инициирования процесса загрузки системы.

После загрузки операционной системы  вся работа с процессором и другими устройствами осуществляется посредством специальных пакетов программ, входящих в операционную систему.

Если по каким-то причинам загрузка операционной системы с жесткого диска не состоится, то работа с компьютером  невозможна. Такое бывает, если, например, поврежден жесткий диск или операционная система. В этом случае операционную систему можно загрузить с внешнего носителя информации. Для этого нужен специальный диск, который называют системным. Таким методом запускают компьютер при устранении неисправностей.

Назначение операционной системы.

Компьютеры не всегда нуждались  в операционной системе. Если компьютер  мог включаться, начинать работать и воспринимать команды человека без операционной системы, то в ней  не было никакой необходимости. Примерами таких « компьютеров» могут быть игровые приставки. У них тоже есть процессор, оперативная память, в которой находится программа во время работы, есть устройства ввода информации (например, джойстик), но операционной системы нет или она совсем примитивна.

Игровые программы для приставок (и данные к ним, такие как музыка и рисунки) записаны в микросхеме ПЗУ (она находится в игровом  картридже) или на лазерном диске. Когда  картридж (или лазерный диск) вставляется  в приставку, программа автоматически запускается и никакого управления, кроме того, которое положено по сценарию игры, не предполагается, поэтому и никакая операционная система не нужна. На приставку можно посмотреть и с другой стороны. Загружая игру, попадают под управление как бы ее игровой « операционной системы» и можно делать только то, что в игре предусмотрено, например, «бегать», «прыгать» и «стрелять». Ограниченность и нестандартность не позволяют назвать видеоигру «операционной системой» без кавычек. Настоящая операционная система должна:

– быть общепризнанной и использоваться как стандартная система на многих компьютерах;

– работать с многочисленными аппаратными  устройствами, выпущенными разными  фирмами, в том числе и в  прошлое время;

– обеспечивать возможность запуска  самых разных программ, написанных разными людьми и выпущенных разными организациями;

– предоставлять средства для проверки, настройки, обслуживания компьютера, его  устройств и программ, которые  на нем установлены.

Интерфейс аппаратный и программный.

В компьютерной системе два участника – программное и аппаратное обеспечение. Программное обеспечение – это все программы, установленные на компьютере, а аппаратное обеспечение – узлы и оборудование, которые находятся внутри системного блока или подключены снаружи.