ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.04.2024
Просмотров: 83
Скачиваний: 0
Средства разработки программ используются для разработки нового программного обеспечения как системного, так и прикладного.
Прикладным называется ПО, предназначенное для решения определенной целевой задачи из проблемной области. Часто такие программы называют приложениями.
Спектр проблемных областей в настоящее время весьма широк и включает в себя по крайней мере следующие: промышленное производство, инженерную практику, научные исследования, медицину, управление (менеджмент), делопроизводство, издательскую деятельность, образование и т. д.
Из всего разнообразия прикладного ПО выделяют группу наиболее распространенных программ (типовые пакеты и программы), которые можно использовать во многих областях человеческой деятельности.
К типовому прикладному ПО относят следующие программы:
текстовые процессоры;
табличные процессоры;
системы иллюстративной и деловой графики (графические процессоры);
системы управления базами данных;
экспертные системы;
программы математических расчетов, моделирования и анализа экспериментальных данных.
Предлагаемые на рынке ПО приложения, в общем случае, могут быть выполнены как отдельные программы либо как интегрированные системы. Интегрированными системами обычно являются экспертные системы, программы математических расчетов, моделирования и анализа экспериментальных данных, а также офисные системы. Примером мощной и широко распространенной интегрированной системы является офисная система Microsoft Office.
Поскольку разработка ПО любого назначения, как правило, является довольно сложным и трудоемким процессом, дальнейший материал настоящего раздела посвятим общим вопросам разработки программ и инструментальному ПО.
Принцип программного управления
Название «электронная вычислительная машина» соответствует изначальной области применения ЭВМ — выполнению научно-технических расчетов. Однако для современных ЭВМ больше соответствует определение программно управляемая искусственная (инженерная) система, предназначенная для восприятия, хранения, обработки и передачи информации.
Такое определение подчеркивает, что в основу ЭВМ положен принцип программного управления. Один из способов его реализации был предложен в 1945 г. американским математиком Дж. фон Нейманом, и с тех пор неймановский принцип программного управления используется в качестве основного принципа построения ЭВМ. Этот принцип состоит в следующем:
информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы (элементы) информации — слова;
разнотипные слова информации различаются по способу использования, но не способами кодирования;
слова информации размещаются в ячейках памяти машины и идентифицируются номерами ячеек, которые называются адресами слов;
алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов — команд, которые определяют наименование операции и слова информации, участвующие в операции. Алгоритм, представленный в терминах машинных команд, называется программой;
выполнение вычислений, предписанных алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке, однозначно определяемом программой. Первой выполняется команда, заданная пусковым адресом программы. Обычно это адрес первой команды программы. Адрес следующей команды однозначно определяется в процессе выполнения текущей команды и может быть либо адресом следующей по порядку команды, либо адресом любой другой команды. Процесс вычислений продолжается до тех пор, пока не будет выполнена команда, предписывающая прекращение вычислений.
Перечисленные слагаемые неймановского принципа подробно рассмотрены в последующих главах учебного пособия. Здесь же подчеркнем лишь то, что именно программа «настраивает» ЭВМ на получение требуемых результатов. Замена программы приводит к изменению функций, реализуемых ЭВМ.
Неймановский принцип программного управления не лишен недостатков. Во-первых, представление информации в двоичной форме (нетрадиционной для человека) существенно затрудняет «общение» человека с машиной. ЭВМ с развитой системой интерпретации (принцип разработан академиком В. М. Глушковым) обеспечивают восприятие алгоритмов, записанных на языках высокого уровня — в виде знаков операций, наименований величин и данных, представляемых в естественной форме, причем указанные возможности реализуются за счет введения в ЭВМ нетрадиционных средств адресации и операций над информацией. Во-вторых, неймановский принцип предполагает, что коды слов информации не зависят от типа информации. Это приводит к тому, что программист сам обязан следить за тем, чтобы для обработки информации определенного типа, например целых или действительных чисел, использовались соответствующие операции, чтобы был запрограммирован перевод чисел из одной формы представления в другую и пр. Если эти правила не соблюдаются, то в программе появляются ошибки, а результат может получиться непредсказуемым. Английский ученый Дж. Айлиф предложил отображать тип информации (числа, адреса, команды) в кодах данных. В результате операция, указываемая в команде, производится машиной в форме, соответствующей типу информации. Это приводит к сокращению списка машинных команд (например, достаточно иметь команду «сложить»; машина же сама «разберется», как складывать: по правилу сложения целых чисел или по правилу сложения действительных чисел) и уменьшению числа ошибок в программе. В-третьих, память неймановской машины сугубо линейна, так как идентифицируется последовательностью адресов, например от 0 до М. И какой бы ни была структура данных, т. е. из каких бы элементов (скаляров, векторов, матриц) ни состояли данные и как бы они ни были взаимосвязаны, программист должен эти данные спроецировать на линейную цепочку адресов О, 1, ..., М. Затем при составлении программы ему приходится определять способ выделения адресов, соответствующих отдельным структурным элементам данных. Процедуры размещения информации в. памяти и выделения элементов информации оказываются весьма сложными. Для упрощения процесса программирования и самой программы Дж. Айлиф предложил вносить описание структуры информации непосредственно в память машины, за счет чего обеспечивается возможность автоматического выявления адресов отдельных элементов в процессе работы машины. Ясно, что дополнительные возможности ЭВМ должны обеспечиваться за счет введения в машину дополнительной аппаратуры.
До последнего времени попытки определить наиболее рациональные принципы построения ЭВМ обычно заканчивались созданием машин, построенных на неймановском принципе, наращивание возможностей обеспечивалось преимущественно программными средствами. Это объясняется, видимо, тем, что возможности неймановских машин обеспечивают потребности человека во многих приложениях его деятельности. Однако к настоящему времени появились такие сложные задачи, затраты на программирование и решение которых на ЭВМ экономически и технически нецелесообразны (либо невозможны). В связи с этим ощущается потребность в пересмотре классического неймановского принципа построения ЭВМ с тем, чтобы приблизить машинные формы представления данных и алгоритмов к естественным, повседневно используемым способам представления и обработки информации.
Вопрос7
Лекция 6 "Персональный компьютер: стандартные устройства ввода-вывода"
Процесс взаимодействия пользователя с персональным компьютером (ПК) непременно включает процедуры ввода входных данных и получение результатов обработки этих данных. Поэтому, обязательными составляющими типичной конфигурации ПК являются разнообразные устройства ввода-вывода, среди которых можно выделить стандартные устройства, без которых современный процесс диалога вообще невозможен, и периферийные, т.е дополнительные. К стандартным устройствам ввода-вывода относятся монитор, клавиатура и манипулятор "мышка".
Мониторы
Первые компьютеры мониторов не имели, был лишь набор мигающих светодиодов и распечатка результатов на принтере. С развитием компьютерной техники появились мониторы и сейчас они являются необходимой частью базовой конфигурации персонального компьютера.
Монитор (дисплей) - это стандартное устройство вывода, предназначенное для визуального отображения текстовых и графических данных. В зависимости от принципа действия, мониторы делятся на:
мониторы с электронно-лучевой трубкой;
дисплеи на жидких кристаллах.
Видеоадаптер
Работой монитора руководит специальная плата, которую называют видеоадаптером (видеокартой). Вместе с монитором видеокарта создает видеоподсистему персонального компьютера. В первых компьютерах видеокарты не было. В оперативной памяти существовал экранный участок памяти, куда процессор заносил данные об изображении. Контроллер экрана считывал данные об яркости отдельных точек экрана из ячеек памяти и руководил разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора.
При переходе от монохромных мониторов к цветным и с увеличением разрешающей способности экрана, участка видеопамяти стало недостаточно для хранения графических данных, а процессор не успевал обрабатывать изображения. Все операции, связанные с управлением экрана были отведены в отдельный блок - видеоадаптер.
Видеоадаптер имеет вид отдельной платы расширения, которую вставляют в определенный слот материнской платы (в современных ПК это слот AGP). Видеоадаптер выполняет функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти.
За время существования ПК изменилось несколько стандартов видеоадаптеров:
MDA (Monochrom Display Adapter) -монохромный,
CGA(Color Graphics Adapter) - 4 цвета,
EGA(Enchanced Graphics Adapter) -16 цветов,
VGA (Video Graphics Array) - 256 цветов,
SVGA (Super VGA) - до 16,7 млн. цветов.
На эти стандарты рассчитанны все программы, предназначенные для IBM-совместимых компьютеров.
Сформированное графическое изображение хранится во внутренней памяти видеоадаптера, которая называется видеопамятью. Необходимая емкость видеопамяти зависит от заданной разрешающей способности и палитры цветов, поэтому для работы в режимах с высокой разрешающей способностью и полноцветной гаммой нужно как можно больше видеопамяти. Если еще недавно типичными были видеоадаптеры с 2-4 Мбайт видеопамяти, то уже сегодня нормальной считается емкость в 32-64 Мбайт. Большинство современных видеокарт обладает возможностю расширения объема видеопамяти до 128 Мбайт, а также свойством видеоакселерации. Суть этого свойства состоит в том, что часть операций по построению изображения может происходить без выполнения математических вычислений в основном процессоре, а чисто аппаратным путем - преобразованием данных в специальных микросхемах видеоакселератора.
Видеоакселераторы могут входить в состав видеоадаптера, а могут поставляться в виде отдельной платы расширения, устанавливаемой на материнской плате и подсоединяемой к видеокарте. Различают два типа видеоакселераторов: для плоской (2D) и трехмерной (3D) графики. Первые более эффективны для работы с прикладными программами общего назначения и оптимизованные для ОС Windows, другие ориентированы на работу с разными мультимедийними и развлекательными программами.
Клавиатура
Клавиатура - это стандартное клавишное устройство ввода, предназначенное для ввода алфавитно-цифровых данных и команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя: с помощью клавиатуры руководят компьютерной системой, а с помощью монитора получают результат.
Клавиатура относится к стандартным средствам ПК, поэтому для реализации ее основных функций не требуется наличие специальных системных программ (драйверов). Необходимое программное обеспечение для работы с клавиатурой находится в микросхеме постоянной памяти в составе базовой системы ввода-вывода BIOS. Именно поэтому, ПК реагирует на нажатие клавиш на клавиатуре сразу после включения. Клавиатура стационарного ПК, как правило, - это самостоятельный конструктивный блок, а в портативных ПК она входит в состав корпуса.
Клавиатуры имеют по 101-104 клавише, размещенных по стандарту QWERTY (в верхнем левом углу алфавитной части клавиатуры находятся клавиши Q, W, E, R, T, Y). Отличаются они лишь незначительными вариантами расположения и формой служебных клавиш, а также особенностями, обусловленными используемым языком.