Математический сопроцессор широко используется для ускоренного выполнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числе тригонометрических, функций. Математический сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно (совмещенно во времени) с основным МП, но под управлением последнего. Ускорение операций происходит в десятки раз. Последние модели МП, начиная с МП 80486 dx, включают сопроцессор в свою структуру.

Контроллер прямого доступа к памяти освобождает МП от прямого управления накопителями на магнитных дисках, что существенно повышает эффективное быстродействие ПК. Без этого контроллера обмен данными между взу и озу осуществляется через регистр МП, а при его наличии данные непосредственно передаются между взу и озу, минуя МП.

Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с мп значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств (дисплей, принтер, нжмд, нгмд и др.); освобождает мп от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует и режим прямого доступа к памяти.

Важнейшую роль играет в ПК контроллер прерываний. Прерывание - временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент более важной (приоритетной) программы. Прерывания возникают при работе компьютера постоянно. Достаточно сказать, что все процедуры ввода-вывода информации выполняются по прерываниям, например, прерывания от таймера возникают и обслуживаются контроллером прерываний 18 раз в секунду (естественно, пользователь их не замечает). Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в мп. Мп, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению специальной программы обслуживания того прерывания, которое запросило внешнее устройство. После завершения программы обслуживания восстанавливается выполнение прерванной программы. Контроллер прерываний является программируемым.

Классификация ЭВМ.

1. Классификация ЭВМ по принципу действия

По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса: аналоговые (авм), цифровые (цвм) и гибридные (гвм). Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают: аналоговая, цифровая, импульсная.

Цифровые вычислительные машины (цвм) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

Аналоговые вычислительные машины (авм) - вычислительные машины непрерывного действия. Авм работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме. Чаще всего она представляется в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины, например, электрического напряжения. Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у цвм), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На авм наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

Гибридные вычислительные машины (гвм) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме, они совмещают в себе достоинства авм и цвм. Гвм целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

Наиболее широкое применение получили цвм с электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.

2. Классификация ЭВМ по этапам создания

По этапам создания и используемой элементной базе ЭВМ условно делятся на поколения:

1-е поколение, 50-е гг.: ЭВМ на электронных вакуумных лампах;

2-е поколение, 60-е гг.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах);

3-е поколение, 70-е гг.: ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни - тысячи транзисторов в одном корпусе);

4-е поколение, 80-е гг.: ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах - микропроцессорах (десятки тысяч - миллионы транзисторов в одном кристалле);

5-е поколение, 90-е гг.: ЭВМ - со многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний. ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы;

6-е и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой - с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Каждое следующее поколение ЭВМ имеет по сравнению с предшествующим поколением существенно лучшие характеристики. Так, производительность ЭВМ и емкость всех запоминающих устройств увеличиваются, как правило, больше чем на порядок.

3. Классификация ЭВМ по назначению

По назначению ЭВМ можно разделить на три группы: универсальные (общего назначения), проблемно-ориентированные и специализированные.

Универсальные ЭВМ предназначены для решения самых различных инженерно-технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.

Характерными чертами универсальных ЭВМ являются:

-высокая производительность;

-разнообразие форм обрабатываемых данных: двоичных, десятичных, символьных, при большом диапазоне их изменения и высокой точности их представления;

-обширная номенклатура выполняемых операций, как арифметических, логических, так и специальных;

-большая емкость оперативной памяти;

-развитая организация системы ввода-вывода информации, обеспечивающая подключение разнообразных видов внешних устройств.

Проблемно-ориентированные ЭВМ служат для решения более узкого круга задач, связанных:

-с управлением технологическими объектами;

-регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных;

-выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам.

Они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами. К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы.

Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.

К специализированным ЭВМ можно отнести:

-программируемые микропроцессоры специального назначения;

-адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами;

-устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.

4. Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям

По своим размерам и функциональным возможностям современные ЭВМ делятся на классы:

· СуперЭВМ (типа cray и эльбрус) - применяются в решении сложнейших народнохозяйственных задач и проведении научных экспериментов (космические проекты, геофизические исследования и т.д.)

· Большие ЭВМ (типа ус-1066) - используются для решения задач управления производством, имеют большой объем памяти.

· Средние ЭВМ (типа ес-1022, ibm-360) - то же, что и большие.

· Мини-ЭВМ (типа eclipc,pdp(cm-ЭВМ)) - имеют большое количество дополнительных устройств - средств для автоматизации различных технологических процессов, научных исследований, проектно-конструкторских работ.

· МикроЭВМ или ПК (типа "электроника-60", celeron, pentium) - используются для автоматизации отдельных рабочих мест, обработки деловой информации, в быту и т.д.

Функциональные возможности ЭВМ обуславливают важнейшие технико-эксплуатационные характеристики:

-быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций, выполняемых машиной за единицу времени;

-разрядность и форма представления чисел, с которыми оперирует ЭВМ;

-номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств;

-номенклатура и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, устройств обмена и устройств ввода-вывода информации;

-типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов ЭВМ между собой (внутримашинного интерфейса);

-способность ЭВМ одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять одновременно несколько программ (многопрограммность);

-типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных систем, используемых в машине;

- наличие и функциональные возможности программного обеспечения;

-способность выполнять программы, написанные для других типов ЭВМ (программная совместимость с другими типами ЭВМ);

- система и структура машинных команд;

- возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети;

- эксплуатационная надежность ЭВМ;

- коэффициент полезного использования ЭВМ во времени, определяемый соотношением времени полезной работы и времени профилактики.

Разновидности программ для компьютеров: системные программы, прикладные программы, системы программирования

Электронно-вычислительная машина или, как теперь ее называют - компьютер, состоит из двух взаимосвязанных и взаимодействующих компонентов: электронных блоков (аппаратуры) и программного обеспечения.

Программное обеспечение (по) - совокупность программ и правил, позволяющая использовать ЭВМ для решения различных задач. Программное обеспечение микроЭВМ разделяются прикладное, системное.

Прикладное программное обеспечение (ппо) - совокупность программ, предназначенных для решения конкретных задач. Прикладное программное обеспечение разрабатывается самим пользователем в зависимости от интересующей его задачи. В некоторых источниках можно встретить деление прикладного программного обеспечения на кроссовое и тестовое.

Кроссовое программное обеспечение (кпо) - предназначено для работы с соответствующей микроЭВМ и ее программами, но реализованное на вычислительных машинах других классов (больших или мини-ЭВМ) или на микроЭВМ другого типа.

Тестовое программное обеспечение (тпо) - совокупность предназначенных для проверки работоспособности устройств, входящих в состав микроЭВМ на стадиях ее изготовления, эксплуатации и ремонта.

Системное программное обеспечение (спо) - совокупность программ и языковых средств, предназначенных для поддержания функционирования ЭВМ и наиболее эффективного выполнения его целевого назначения. По функциональному назначению в системном программном обеспечение можно выделить две системы - операционную систему и систему программирования.

Операционная система (ос) - комплекс программ, предназначенный для обеспечения определенного уровня эффективности вычислительной системы за счет автоматизированного управления ее работой и представляемых пользователям услуг. Эту систему можно рассматривать как программное продолжение и расширения аппаратуры микроЭВМ.

Система программирования (сп) - совокупность языка программирования и соответствующего ему языкового процессора, обеспечивающие автоматизацию отработки и отладки программ. Программные компоненты системы программирования работают под управлением операционной системы наравне с прикладными программами пользователя.

Операционные системы: их развитие и основные функции.

Ос - это комплекс программ, обеспечивающих: управление ресурсами, т.е. Согласованную работу всех аппаратных средств компьютера; управление процессами, т.е. Выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными; пользовательский интерфейс, т.е. Диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд- операций по обработке информации. За время существования компьютеров ос претерпели значительную эволюцию. Первые ос были однопользовательскими и однозадачными. Эффективность использования ресурсов компьютера в этом случае оказывалось невысокой из-за простоев всех, кроме одного работающего периферийного устройств компьютера. По мере роста возможностей, производительности и изменениях в соотношении стоимости устройств компьютера положение стало нетерпимым, что привело к появлению многозадачных ос, остававшихся однопользовательскими. Такие ос обеспечивают постановку заданий в очередь на выполнение, параллельное выполнение заданий, разделение ресурсов компьютера между выполняющимися заданиями. Важнейшее техническое решение, обусловившее такие возможности, - появление у внешних устройств собственных процессоров. При многозадачном режиме в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей; время работы процессора разделяется между программами, находящимися в оперативной памяти и готовыми к обслуживанию процессором; параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами.

· Наиболее совершенны и сложны многопользовательские многозадачные ос, которые предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов компьютера в соответствии с приоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае ос работает в режиме разделения времени, т.е. Обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала. Развитие ос. Ос mvs, os/390, z/os.: первые две ос этого семейства вышли в 1966 г - рср (первичная управляющая программа) и dos/360 (второе поколение) - это были пакетные мониторы, рассчитанные на работу одной прикладной программы без защиты памяти. 1967 г. - рср: mvt (многопрограммная [система] с переменным числом задач) и mft (многопрограммная [система] с фиксированным числом задач). Позднее, к mvt была добавлена подсистема работы с несколькими терминалами в режиме разделения времени tso (возможность разделения времени), asp (асимметричная многопроцессорность) и ряд других прикладных подсистем.1972 г. -переходная система os/svs (единая виртуальная память), которая позволяла использовать страничную подкачку, но не защиту заданий друг от друга 1974 г. -mvs (множественная виртуальная память), которая предоставляла каждой задаче собственное виртуальное адресное пространство объемом до 2 гбайт. Большая часть дополнительных подсистем mvt была включена в стандартную поставку mvs. 1999 г., в связи с началом выпуска 64-разрядного семейства компьютеров z900, вышла 64-разрядная версия системы z/os системы под управлением os/390 и z/os применяются главным образом в качестве серверов транзакций и субд масштаба предприятия и составляют становой хребет вычислительных систем большинства крупных компаний. Обширное и бурно развивающееся семейство unix оказало огромное влияние на развитие ос в 80-е и 90-е годы xx столетия. Применения систем семейства крайне разнообразны, начиная от встраиваемых приложений реального времени, включая графические рабочие станции для сапр и заканчивая серверами класса предприятия и массивно параллельными суперкомпьютерами. Родоначальником семейства следует считать не первую версию unix, a multics, совместно разрабатывавшуюся в 1965--1969 гг. General electric и bell laboratories. За это время general electric выделило подразделение, занимавшееся работами над multics и аппаратной платформой для нее (ge-645), в отдельную компанию honeywell. Multics была первой из промышленных систем, предоставлявших: создание процессов системным вызовом fork; страничную виртуальную память; отображение файлов в адресное пространство озу; вложенные каталоги; неструктурированные последовательные файлы; многопользовательский доступ в режиме разделения времени; управление доступом на основе ограниченных acl (колец доступа).

В 1969 г. Bell laboratories отказалась от работ над multics и начала разработку собственной ОС для внутренних нужд. В bell laboratories был объявлен внутренний конкурс на разработку переносимой ос, способной работать на миникомпы отерах различных поставщиков. К проекту были предъявлены следующие основные требования: многоплатформенность; вытесняющая многозадачность; многопользовательский доступ в режиме разделения времени; развитые телекоммуникационные средства. Один из участников работ над multics, к. Томпсон, разработал крайне упрощенное ядро ос, названное unix, для миникомпьютера pdp-7. К 1972 г. К. Томпсон и д. Ритчи переписали ядро системы в основном на языке с и продемонстрировали возможность переноса ос на миникомпьютеры pdp-11. Это обеспечило выполнение всех требований конкурса, и unix была признана основной платформой для вычислительных систем, эксплуатируемых в at&t. первые версии unix были рассчитаны на машины без диспетчера памяти.

· В 1991 г. Л. Торвальдс, в тот момент - студент университета Хельсинки, приступил к разработке того, что ныне известно как linux - полноценной ос, основанной на исходных кодах minix.в 1992 г. Выпущена первая публичная версия системы.

Linux перенесен практически на все 32- и 64-разрядные машины, имеющие диспетчер памяти, начиная от amiga и atari и заканчивая ibm. Ядро linux быстро развивается и еще не достигло той степени "зрелости" и стабильности, которая характерна для svr4 и ветвей bsd. В частности, поэтому среднее количество опасных ошибок, обнаруживаемых в системе за фиксированный интервал времени, существенно выше, чем в двух указанных ос; производительность отдельных подсистем также оставляет желать лучшего. Однако положение довольно быстро улучшается и, по-видимому, в обозримом будущем linux может стать одним из технологических лидеров отрасли.

Рассмотрим дисковую операционную систему ср/м фирмы digital research. Первая версия системы была разработана в 1974 г. Для использования в инструментальных микропроцессорных системах. Инструментальные микрокомпьютеры, популярные в 70-е годы, использовались как средство кросс-разработки и отладки программ для встраиваемых микропроцессорных систем. Типичная система такого типа состояла из микропроцессорной платы, устройства чтения/записи магнитных или перфолент, а позднее - накопителя гибких дисков и, наконец, видеотерминала. Можно считать их предками персональных компьютеров, но в описываемый период такие системы были слишком громоздки и дороги для домашнего и офисного использования. Ср/м была первой ос для машин такого рода, обеспечившей возможность использования гибких дисков, поэтому она быстро приобрела огромную популярность и стала стандартом де-факто для микрокомпьютеров. Система была перенесена практически на все 8- и 16-разрядные и многие 32-разрядные микропроцессоры. Появившиеся в конце 70-х персональные компьютеры обычно также были ориентированы на использование ср/м. В начале 80-х были реализованы многозадачная и сетевая версии ср/м. Появилось также немало клонов системы, программно совместимых с ней и в целом аналогичных по архитектуре. С архитектурной точки зрения, ср/м представляет собой довольно типичную однозадачную дос, предназначенную для работы на процессоре без диспетчера памяти и средств базовой адресации. Отличительные особенности ср/м следующие:

· Своеобразный командный язык, представляющий собой подмножество командного языка систем rt-11, rsx-11, vax/vms . Так команды являются полными словами английского языка, но разрешено их сокращение: directory, например, может быть сокращена до dir или даже до di - в ср/м же команда называется dir.

· Устройства последовательного ввода-вывода обозначаются трехбуквенными аббревиатурами, например tty: обозначает телетайп, a lpt: - строчный принтер. Некоторые устройства, например, con: (консоль), lst: (устройство вывода листинга) могут динамически переназначаться.

· Диски обозначаются буквами латинского алфавита.

Ср/м имеет модульную архитектуру и состоит из трех основных подсистем: командного процессора сср (console command processor), базовой дисковой операционной системы bdos (basic disc operating system) и базовой системы ввода-вывода bios (basic input/output system). Командный процессор и базовая дисковая операционная система представляют собой неизменные компоненты системы, bios содержит драйверы физических устройств и подлежит перекомпоновке при каждой перегенерации системы для новой конфигурации аппаратуры. Память, не занятая компонентами системы и таблицей векторов прерываний, называется областью пользовательских [дословно - преходящих] программ.

Вскоре после анонса apple macintoch в 1984 г., microsoft выпустила электронную таблицу excel и текстовый процессор word для этой системы. Создается впечатление, что основной задачей при разработке win 16 было максимальное облегчение переноса приложений mac os на ibm pc.

Версии Windows 2.x--3.x воспроизводят почти все характерные черты mac os.

· Событийно-ориентированную кооперативно многозадачную архитектуру

· Единое адресное пространство

· Сборку программ в момент загрузки с использованием dll

· Соглашение о вызовах у системных процедур: параметры помещаются в стек, начиная с первого, стек очищается вызываемой процедурой

Ядро системы было собрано в виде загрузочного модуля dos (win.exe). После загрузки этот модуль брал на себя управление памятью и осуществлял загрузку собственных и пользовательских модулей формата ne (так называемые сегментированные модули). Dos, однако, сохранялась в оперативной памяти и использовалась в качестве дисковой подсистемы. Первые версии системы были совершенно неудовлетворительными не только с точки зрения надежности, но и по производительности. Довольно большие требования к ресурсам не позволяли запустить сколько-нибудь ресурсоемкое приложение в 640к озу, системы же с большим объемом памяти были в то время редкостью. Больший объем памяти был доступен только на машинах ibm pc at с процессором 80286. На таких компьютерах обращения к dos требовали переключения в реальный режим процессора и поэтому происходили очень медленно.

Значительный прорыв в эксплуатационных характеристиках Windows 3.x обеспечил процессор 80386, на котором можно было создать для dos виртуальный 8086. Это позволило избежать переключений режима процессора на каждом системном вызове и резко повысило производительность. Еще большее повышение производительности было достигнуто в Windows 3.11 с появлением так называемого 32-разрядного доступа к диску - собственной дисковой подсистемы, которая работала целиком в защищенном режиме. Тем не менее, надежность даже этих версий системы оставляла желать много лучшего.

В win 16 впервые была реализована технология, без упоминания которой описание этой системы было бы не полным - не только потому, что это одна из немногих оригинальных концепций, впервые реализованных в системах семейства ср/м, но и потому, что эта технология оказала значительное влияние на современные методики разработки прикладного программного обеспечения. Речь идет о технологии com (common object model - общая объектная модель).

Идея, лежащая в основе сом, довольно проста и решает весьма насущную проблему: точки входа dll не хранят сведений не только о семантике соответствующих процедур, но даже о количестве и типах параметров, передаваемых этим процедурам. Различные системы программирования используют разные соглашения о способе передачи параметров - заголовок dll не хранит информации и об этом. Отсутствие перечисленных сведений затрудняет взаимодействие между подсистемами, реализованными на разных языках, и делает невозможным синтаксическую проверку допустимости вызова внешних процедур из интерпретируемых языков.

Сом предполагает снабжение dll внешним описателем, который перечисляет все процедуры, реализуемые данной dll, и типы данных, используемые этими процедурами. Описание формируется на специальном языке idl (язык описания интерфейса), который затем компилируется в двоичное представление, используемое объектными средами и интерпретирующими системами программирования. Современные системы программирования выполняют автоматическую генерацию idl и "болванок" (заготовок) кода, реализующего данный интерфейс, на конкретном языке программирования.

Объектно-ориентированный стиль описания интерфейсов является популярной методологией описания и разработки сложных программных систем, поэтому, несмотря на многочисленные недостатки технологии сом (например, не поддерживается контроль версии интерфейса и наследование) она была хорошо принята сообществом разработчиков. Впрочем, заявленная в начале работ над этой технологией цель - переход от монолитных приложений к компонентным средам, составляемым из взаимозаменяемых объектов сом - достигнута не была. Достижению этой цели не способствовала также техническая политика Microsoft, состоявшая в низкокачественной и неполной документации и хаотических сменах флагманской объектной среды (версии ole, activex, ocx и т. Д.).

В первой половине 90-х годов xx столетия практически всем разработчикам и техническим специалистам было очевидно, что наличествующие ос доживают последние дни: они не удовлетворяли запросам пользователей практически ни по одному из параметров: приложения требовали больших объемов памяти и перехода к 32-разрядной архитектуре, пользователям требовались большая надежность, многозадачность, более развитые сетевые средства. Напротив, преимущества dos, такие, как небольшая потребность в памяти, становились все менее и менее критичными. Основным препятствием на пути перехода пользователей на другие платформы было требование совместимости с существующими приложениями и драйверами нестандартных внешних устройств для dos. Наилучшим образом удовлетворяла этому требованию ibm os/2, в виртуальной машине, которой можно было запустить не только практически любое приложение dos, но и использовать многие модули ядра dos, в том числе - загружая в разных виртуальных машинах разные версии dos и разные наборы драйверов. Однако высокие требования этой системы к ресурсам и ориентированная на корпоративных пользователей схема лицензирования приводили к тому, что система не получила большого распространения на массовом рынке. В 1992-1993 гг. Microsoft занялась разработкой системы, которая должна была заполнить перспективную рыночную нишу "многозадачной dos защищенного режима". Подобно марксизму, разрабатываемая ОС имела три источника и три составные части.

1. Windows nt

2. Многозадачные среды для dos

3. Windows 3.x

От Windows nt новая система получила интерфейс системных вызовов - win32 api - и формат загружаемого модуля ре (portable executable - переносимый исполняемый [модуль]). У многозадачных сред разработчики новой ос позаимствовали идею преобразования dos в многозадачную среду защищенного режима. Такая архитектура была довольно-таки трудоемка в реализации и создавала специфические проблемы (так, dos не отдавала управления при обращениях к приводу гибких дисков, поэтому работа с дискетами из любой сессии приводила к остановке всех остальных сессий), но не представляла непреодолимых концептуальных сложностей и была в целом работоспособна. Windows 3.x представляла собой пример системы, реализовавшей интерфейс между пользовательскими программами, работающими в защищенном режиме, и ядром dos. К 1993-1994 гг. На рынке существовало более десятка других продуктов, предоставляющих аналогичный интерфейс, так называемых расширителей dos. С точки зрения разработчиков новой ос Windows 3.x представляла наибольший интерес в качестве отправной точки, потому что, в отличие от остальных расширителей dos, она предоставляла динамическую сборку в момент загрузки и реализовывала также событийно-ориентированную архитектуру, пусть и более примитивную, чем асинхронная очередь сообщений win32. К тому же, Windows 3.11 имела собственную дисковую подсистему, позволявшую работать с жестким диском в обход dos (так называемый 32-битный доступ к диску). После длинной последовательности публичных бета-версий, многократного переноса сроков и большой шумихи в прессе новая система, получившая название Windows 95, вышла на рынок в 1995 г. Система с самого начала задумывалась как переходная, предназначенная для облегчения перевода пользовательской базы dos на Windows nt, однако прошло не менее 4--5 лет, прежде чем совместимость с приложениями dos перестала быть решающим параметром при выборе ос для настольного компьютера. За это время успело выйти несколько версий "переходной" системы (osr2, 98, 98se, millennium edition) и даже после выхода ХР MICROSOFT еще не готова объявить о прекращении поддержки этой линии ос.

Концепция ос семейства Windows.

Операционная система Windows 98 по своей концепции принципиально не отличается от предыдущей версии. Однако, за весь срок эксплуатации, Windows 98 снискала себе много поклонников благодаря тому, что она гораздо стабильнее и надежнее предыдущих версий, имеет улучшенный графический интерфейс, предоставляющий эффективную, надежную, универсальную среду работы. Нововведения касаются следующих позиций:

Интеграция с глобальной сетью интернет,

Повышение надежности и качества управления;

Повышение производительности.

При создании операционной системы Windows 98 разработчики особое внимание уделили развитию ее коммуникационных возможностей. Наиболее ярким внешним новшеством по сравнению с предыдущей версией является интеграция операционной системы с обозревателем Internet Explorer 4.0 предназначенным для просмотра web-страниц в сети интернет. Интерфейс пользователя в Windows 98 можно настроить на работу в интернет. В этом случае рабочий стол принимает вид web-страницы, а ярлыки действуют как web-ссыПКи, которые могут указывать не только на файлы компьютера, но и на данные в сети интернет. Подобный интерфейс является дополнением к традиционному интерфейсу Windows. В число программ, реализующих интеграцию с интернет, входят: программа подключение к интернет, программа электронной почты Outlook Express, программа организации телеконференций и телефонных разговоров по цифровым каналам netmeeting, редактор web-страниц frontpage express. Повышение надежности обеспечивают как новые, так и модернизированные старые служебные программы, которые выполняют: проверку системных файлов, очистку и проверку диска, автоматическое техническое обслуживание, проверку реестра, архивацию данных и др. работа с Windows 98 облегчается за счет таких средств управления, как запуск одним щелчком, выделение значков, кнопки "вперед" и "назад" и удобного для настройки главного меню.

Компьютер, оснащенный системой Windows 98, может работать круглосуточно, выполняя многие функции самостоятельно:

· Очистить жесткие диски и удалить с них накопившийся за день "мусор";

· Проверить состояние жестких дисков и устранить имеющиеся дефекты файловой системы

· Структуры;

· Выполнить резервное копирование важнейшей информации;

· Проверить состояние сжатого тома, провести его переупаковку, повысить степень

· Сжатия редко используемых данных и программ;

· Обслужить жесткие диски и провести дефрагментацию таким образом, чтобы файлы, последовательно загружающиеся при запуске программ, располагались на диске в порядке их вызова и др.

По сравнению с Windows 95 эта система более производительна. Это обеспечивается благодаря тому, что файловая система fat 32 позволяет более рационально по сравнению с файловой системой fat 16 использовать диски. На дисках fat 32 формируются кластеры меньших размеров, чем на дисках fat 16, в результате чего повышается эффективность использования объема диска. В состав Windows 98 включена специальная служебная программа, которая позволяет быстро и безопасно преобразовать на диске файловую систему fat 16 в файловую систему fat 32.

Алгоритмизация и программирование.

Алгоритмизация

Понятие алгоритма: свойства, исполнители, ски. Способы записей алгоритмов. Основные алгоритмические конструкции. Вспомогательные алгоритмы. Процесс создания и отладки алгоритма. Примеры типовых алгоритмов.

Запись программы на метаязыке. Метаязык - это любой способ описания последовательности действий, понятный людям. Когда человеку, заблудившемуся в незнакомом городе, объясняют, как куда-то пройти, фактически ему дают программу действий на метаязыке.

Алгоритм - это формальное описание способа решения задачи путем разбиения ее на последовательность элементарных операций. Слово "формальное" означает, что описание должно быть абсолютно полным и учитывать все возможные ситуации, которые могут возникнуть по ходу решения. Понятие алгоритма - одно из фундаментальных понятий информатики. Алгоритмизация наряду с моделированием выступает в качестве общего метода информатики. К реализации определенных алгоритмов сводятся процессы управления в различных системах, что делает понятие алгоритма близким и кибернетике. Алгоритмы являются объектом систематического исследования пограничной между математикой и информатикой научной дисциплины, примыкающей к математической логике - теории алгоритмов. Особенность положения состоит в том, что при решении практических задач, предполагающих разработку алгоритмов для реализации на ЭВМ, и тем более при использовании на практике информационных технологий, можно, как правило, не опираться на высокую формализацию данного понятия. Поэтому представляется целесообразным познакомиться с алгоритмами и алгоритмизацией на основе содержательного толкования сущности понятия алгоритма и рассмотрения основных его свойств. При таком подходе алгоритмизация выступает как набор определенных практических приемов, особых специфических навыков рационального мышления в рамках заданных языковых средств. Само слово "алгоритм" происходит от algorithm - латинской формы написания имени великого математика ix века Мухаммеда Аль-Хорезми, который сформулировал правила выполнения арифметических действий. Первоначально под алгоритмами и понимали только правила выполнения четырех арифметических действий над многозначными числами. Понятие исполнителя невозможно определить с помощью какой-либо формализации. Исполнителем может быть человек, группа людей, робот, станок, компьютер, язык программирования и т.д. Важнейшим свойством, характеризующим любого из этих исполнителей, является то, что исполнитель умеет выполнять некоторые команды. Вся совокупность команд, которые данный исполнитель умеет выполнять, называется системой команд исполнителя (ски). Одно из принципиальных обстоятельств состоит в том, что исполнитель не вникает в смысл того, что он делает, но получает необходимый результат. В таком случае говорят, что исполнитель действует формально, т.е. Отвлекается от содержания поставленной задачи и только строго выполняет некоторые правила, инструкции. Это важная особенность алгоритмов. Наличие алгоритма формализует процесс решения задачи, исключает рассуждение исполнителя. Использование алгоритма дает возможность решать задачу формально, механически исполняя команды алгоритма в указанной последовательности. Целесообразность предусматриваемых алгоритмом действий обеспечивается точным анализом со стороны того, кто составляет этот алгоритм. Введение в рассмотрение понятия "исполнитель" позволяет определить алгоритм как понятное и точное предписание исполнителю совершить последовательность действий, направленных па достижение поставленной цели. Наиболее распространенными и привычными являются алгоритмы работы с величинами - числовыми, символьными, логическими и т.д. Алгоритм, составленный для некоторого исполнителя, можно представить различными способами: с помощью графического или словесного описания, в виде таблицы, последовательностью формул, записанным на алгоритмическом языке (языке программирования). Остановимся на графическом описании алгоритма, называемом блок-схемой. Этот способ имеет ряд преимуществ благодаря наглядности, обеспечивающей, в частности, высокую "читаемость" алгоритма и явное отображение управления в нем. Прежде всего, определим понятие блок-схемы. Блок-схема - это ориентированный граф, указывающий порядок исполнения команд алгоритма; вершины такого графа могут быть одного из трех типов (рис. 1).

Рис. 1. Три типа вершин графа

На рис. 1 изображены "функциональная" (а) вершина (имеющая один вход и один выход); "предикатная" (б) вершина, имеющая один вход и два выхода (в этом случае функция р передает управление по одной из ветвей в зависимости от значения р (т, т.е. True, означает "истина", f, т.е. False - "ложь"); "объединяющая" (в) вершина (вершина "слияния"), обеспечивающая передачу управления от одного из двух входов к выходу. Иногда вместо т пишут "да" (либо знак +), вместо f - "нет" (либо знак -).

Из данных элементарных блок-схем можно построить четыре блок-схемы (рис. 2), имеющих особое значение для практики алгоритмизации.

Рис. 2. Основные алгоритмические структуры

На рис. 2 изображены следующие блок-схемы: а - композиция, или следование; б - альтернатива, или развилка, в и г - блок-схемы, каждую из которых называют итерацией, или циклом (с предусловием (в), с постусловием (г)). S1 и s2 представляют собой в общем случае некоторые серии команд для соответствующего исполнителя, б - это условие, в зависимости от истинности (т) или ложности (f) которого управление передаётся по одной из двух ветвей. Можно доказать, что для составления любого алгоритма достаточно представленных выше четырех блок-схем, если пользоваться их последовательностями и/или суперпозициями. Блок-схема "альтернатива" может иметь и сокращенную форму, в которой отсутствует ветвь s2 (рис.3, а). Развитием блок-схемы типа альтернатива является блок-схема "выбор" (рис.3, б).



Рис. 3. Развитие структуры типа "альтернатива": а) - неполная развилка; б) ~ структура "выбор"

На практике при составлении блок-схем оказывается удобным использовать и другие графические знаки (некоторые из них приведены на рис.4).

Рис. 4. Некоторые дополнительные конструкции для изображения блок-схем алгоритмов

Алгоритм должен быть составлен таким образом, чтобы исполнитель мог однозначно и точно следовать командам алгоритма и эффективно получать определенный результат. Это накладывает на записи алгоритмов ряд обязательных требований, суть которых вытекает из неформального толкования понятия алгоритма. Сформулируем эти требования в виде перечня свойств, которым должны удовлетворять алгоритмы, адресуемые заданному исполнителю.

1. Одно из первых требований, которое предъявляется к алгоритму, состоит в том, что описываемый процесс должен быть разбит на последовательность отдельных шагов. Возникающая в результате такого разбиения запись представляет собой упорядоченную совокупность четко разделенных друг от друга предписаний (директив, команд, операторов), образующих прерывную (или, как говорят, дискретную) структуру алгоритма. Только выполнив требования одного предписания, можно приступить к выполнению следующего. Дискретная структура алгоритмической записи может, например, подчеркиваться сквозной нумерацией отдельных команд алгоритма, хотя это требование не является обязательным. Рассмотренное свойство алгоритмов называют дискретностью.

Используемые на практике алгоритмы составляются с ориентацией на определенного исполнителя. Чтобы составить для него алгоритм, нужно знать, какие команды этот исполнитель может понять и исполнить, а какие - не может. Составляя запись алгоритма для определенного исполнителя, можно использовать лишь те команды, которые имеются в его ски. Это свойство алгоритмов будем называть понятностью.

Будучи понятным, алгоритм не должен содержать предписаний, смысл которых может восприниматься неоднозначно, т.е. Одна и та же команда, будучи понятна разным исполнителям, после исполнения каждым из них должна давать одинаковый результат. Запись алгоритма должна быть настолько четкой, полной и продуманной в деталях, чтобы у исполнителя не могло возникнуть потребности в принятии решений, не предусмотренных составителем алгоритма. Говоря иначе, алгоритм не должен оставлять места для произвола исполнителя. Кроме того, в алгоритмах недопустимы также ситуации, когда после выполнения очередной команды алгоритма исполнителю неясно, какая из команд алгоритма должна выполняться на следующем шаге. Отмеченное свойство алгоритмов называют определенностью или детерминированностью.

Обязательное требование к алгоритмам - результативность. Смысл этого требования состоит в том, что при точном исполнении всех предписаний алгоритма процесс должен прекратиться за конечное число шагов и при этом должен получиться определенный результат. Вывод о том, что решения не существует - тоже результат.

Наиболее распространены алгоритмы, обеспечивающие решение не одной конкретной задачи, а некоторого класса задач данного типа. Это свойство алгоритма называют массовостью. В простейшем случае массовость обеспечивает возможность использования различных исходных данных.

Достаточно распространенным способом представления алгоритма является его запись на алгоритмическом языке, представляющем в общем случае систему обозначений и правил для единообразной и точной записи алгоритмов и исполнения их. Отметим, что между понятиями "алгоритмический язык" и "языки программирования" есть различие; прежде всего, под исполнителем в алгоритмическом языке может подразумеваться не только компьютер, но и устройство для работы "в обстановке". Программа, записанная на алгоритмическом языке, не обязательно предназначена компьютеру. Практическая же реализация алгоритмического языка - отдельный вопрос в каждом конкретном случае. Как и каждый язык, алгоритмический язык имеет свой словарь. Основу этого словаря составляют слова, употребляемые для записи команд, входящих в систему команд исполнителя того или иного алгоритма. Такие команды называют простыми командами. В алгоритмическом языке используют слова, смысл и способ употребления которых задан раз и навсегда. Эти слова называют служебными. Использование служебных слов делает запись алгоритма более наглядной, а форму представления различных алгоритмов - единообразной. Алгоритм, записанный на алгоритмическом языке, должен иметь название. Название желательно выбирать так, чтобы было ясно, решение какой задачи описывает данный алгоритм. Для выделения названия алгоритма перед ним записывают служебное слово алг (алгоритм). За названием алгоритма (обычно с новой строки) записывают его команды. Для указания начала и конца алгоритма его команды заключают в пару служебных слов нач (начало) и кон (консц). Команды записывают последовательно.

Последовательность записи алгоритма:

Алг название алгоритма

Нач

Серия команд алгоритма

Кон

При построении новых алгоритмов могут использоваться алгоритмы, составленные ранее. Алгоритмы, целиком используемые в составе других алгоритмов, называют вспомогательными алгоритмами. Вспомогательным может оказаться любой алгоритм из числа ранее составленных. Не исключается также, что вспомогательным в определенной ситуации может оказаться алгоритм, сам содержащий ссылку на вспомогательные алгоритмы. Очень часто при составлении алгоритмов возникает необходимость использования в качестве вспомогательного одного и того же алгоритма, который к тому же может быть весьма сложным и громоздким. Было бы нерационально, начиная работу, каждый раз заново составлять и запоминать такой алгоритм для его последующего использования. Поэтому в практике широко используют, так называемые, встроенные (или стандартные) вспомогательные алгоритмы, т.е. Такие алгоритмы, которые постоянно имеются в распоряжении исполнителя. Обращение к таким алгоритмам осуществляется так же, как и к "обычным" вспомогательным алгоритмам. Алгоритм может содержать обращение к самому себе как вспомогательному и в этом случае его называют рекурсивным. Если команда обращения алгоритма к самому себе находится в самом алгоритме, то такую рекурсию называют прямой. Возможны случаи, когда рекурсивный вызов данного алгоритма происходит из вспомогательного алгоритма, к которому в данном алгоритме имеется обращение. Такая рекурсия называется косвенной. Пример прямой рекурсии:

Алг движение

Нач

Вперед

Вперед

Вправо

Движение

Кон

Алгоритмы, при исполнении которых порядок следования команд определяется в зависимости от результатов проверки некоторых условий, называют разветвляющимися. Для их описания в алгоритмическом языке используют специальную составную команду - команда ветвления. Она соответствует блок-схеме "альтернатива" и также может иметь полную или сокращенную форму.

Если условие если условие если край

То серия 1 то серия то вправо

Иначе серия 2 все иначе вперед

Все все

Ниже приводится запись на алгоритмическом языке команды выбора (см. Рис.3, б), являющейся развитием команды ветвления:

Выбор

При условие 1: серия 1

При условие 2: серия 2

. . . . . . . . . .

При условие n: серия n

Иначе серия n+1

Все

Алгоритмы, при исполнении которых отдельные команды или серии команд выполняются неоднократно, называют циклическими. Для организации циклических алгоритмов в алгоритмическом языке используют специальную составную команду цикла. Она соответствует блок-схемам типа "итерация" и может принимать следующий вид:

Пока условие нц

Нц серия

Серия до условие

Кц кц

В случае составления алгоритмов работы с величинами можно рассмотреть и другие возможные алгоритмические конструкции, например, цикл с параметром или выбор. Подробно эти конструкции будут рассматриваться при знакомстве с реальными языками программирования. Понятие алгоритма, рассмотренное выше, можно назвать понятием алгоритма в интуитивном смысле. Оно имеет нечеткий, неформальный характер, ссылается на некоторые точно не определенные, но интуитивно понятные вещи. Например, при определении и обсуждении свойств алгоритма мы исходили из возможностей некоторого исполнителя алгоритма. Его наличие предполагалось, но ничего определенного о нем не было известно. Говоря языком математики, ни аксиоматического, ни исчерпывающего конструктивного определения исполнителя мы так и не дали. Установленные свойства алгоритмов следует называть эмпирическими. Они выявлены на основе обобщения свойств алгоритмов различной природы и имеют прикладной характер. Этих свойств достаточно для практического программирования, для создания обширного круга программ для компьютеров, промышленных роботов и т.д. Однако, как фундаментальное научное понятие алгоритм требует более обстоятельного изучения. Оно невозможно без уточнения понятия "алгоритм", более строгого его описания или, как еще говорят, без его формализации.

Известно несколько подходов к формализации понятия "алгоритм":

· Теория конечных и бесконечных автоматов;

· Теория вычислимых (рекурсивных) функций;

· Л -исчисление черча.

Все эти возникшие исторически независимо друг от друга подходы оказались впоследствии эквивалентными. Главная цель формализации понятия алгоритма такова: подойти к решению проблемы алгоритмической разрешимости различных математических задач, т.е. Ответить на вопрос, может ли быть построен алгоритм, приводящий к решению задачи. Формализацию понятия алгоритма можно рассмотреть в теории автоматов на примере машин поста, тьюринга, а также нормальных алгоритмов маркова. Идеи л-исчислений черча реализованы в языке программирования lisp. Вместе с тем, формально определенный любым из известных способов алгоритм не может в практическом программировании заменить то, что мы называли алгоритмами. Основная причина состоит в том, что формальное определение резко сужает круг рассматриваемых задач, делая многие практически важные задачи недоступными для рассмотрения.

Основные принципы разработки и анализа алгоритмов

При построении алгоритма для сложной задачи используют системный подход с использованием декомпозиции (нисходящее проектирование сверху-вниз) и синтеза (восходящее программирование снизу-вверх). Как и при разработке структуры любой сложной системы, при формировании алгоритма используют дедуктивный и индуктивный методы. При дедуктивном подходе рассматривается частный случай общеизвестных алгоритмических моделей. Здесь при заданных предположениях известный алгоритм приспосабливается к условиям решаемой задачи. В настоящее время получили распространение специализированные пакеты, позволяющие решать многие задачи (mathcad, eureka, reduce, autocad и т.п.). Индуктивный способ предполагает эвристический системный подход (декомпозиция - анализ - синтез). В этом случае общих и наиболее удачных методов не существует. Возможны некоторые подходы, позволяющие в каждом конкретном случае находить и строить алгоритмы. Методы разработки алгоритмов можно разбить на методы частных целей, подъема, отрабатывания назад, ветвей и границ и т.п. Одним из системных методов разработки алгоритмов является структурное программирование. Структурное программирование основано на использовании блок-схем, формируемых с помощью управляющих структурных элементов. Выделяют три базовых структурных элемента (управляющие структуры): композицию, альтернативу, итерацию.

...