Шрифт:
Изучение аппаратных средств включает в себя проектирование и строительство компьютерных систем в виде физических устройств для выполнения программы.
Изучение программного обеспечения включает в себя рассмотрение поведения алгоритмов, компьютерных программ, чтобы определить, работают ли они правильно и эффективно.
В центре внимания данной книги – программное обеспечение компьютерных систем.
В конце концов, основное использование компьютеров, это решение реальных задач.
В этой книги вы узнаете некоторые фундаментальные концепции программирования для решения задач с использованием компьютерных программ.
Здесь мы будем использовать много примеров, которые работают с фотографиями и изображениями, чтобы проиллюстрировать некоторые важные концепции программирования.
И вы сможете применить эти понятия для решения реальных задач.
Аппаратные средства
Давайте начнем рассмотрение основных компонентов компьютерных систем. И начнем мы с аппаратных средств.
В общем и целом, есть два основных компонента в компьютере, а именно аппаратные и программные компоненты.
В 1946 году, первый, общего назначения, электронный компьютер в мире был построен Пенном.
Он назывался ENIAC. ENIAC означает электронный цифровой интегратор и компьютер.
Как вы можете видеть на этом слайде, ENIAC был большой машиной, которая весила более 30 тонн, содержала приблизительно 18000 вакуумных трубок, и размещалась в большой комнате 180 квадратных метров.
Если сравнивать с сегодняшним компьютером, вы увидите, что компьютерный чип, который используется в вашем мобильном телефоне, во много-много раз более мощный, чем ENIAC.
Существует важное наблюдение, сделанное Гордоном Муром, сооснователем Intel, он предсказал в 1965 году, что мощность компьютерного чипа удваивается примерно каждые 18 месяцев.
Это наблюдение еще работает и сегодня.
Это имеет некоторые очень важные последствия, потому что задача, которая требует одну минуту времени обработки, используя сегодняшнюю машину, потребовала бы более 40 лет времени обработки с помощью компьютера, разработанного 40 лет назад, то есть, машина все равно бы не выполнила задачу после 40 лет.
В общем и целом, компьютер представляет собой электронное устройство, которое работает под управлением команд (или программ), хранящихся в запоминающем устройстве.
Диаграмма здесь иллюстрирует поток данных с помощью различных аппаратных компонентов.
Сначала принимаются данные с устройств ввода, далее данные обрабатываются арифметически и логически с помощью получения инструкций и данных из основной памяти, иногда необходимо получить больше данных и файлов из устройств хранения.
Затем программа будет выдавать результаты на устройства вывода, иногда она может передавать результаты обратно к устройствам хранения данных для использования в будущем.
Эту модель вычислений часто называют хранимой программой компьютера.
Основным компонентом компьютера является центральный процессор, который считается мозгом компьютера.
Процессоры можно найти во многих современных устройствах, включая ПК, ноутбуки и мобильные устройства, такие как смартфоны и планшеты.
Центральный процессор получает инструкции из памяти и выполняет вычисление данных.
И ЦП, как правило, состоит из двух частей, а именно, это арифметико-логическое устройство и блок управления.
Арифметико-логическое устройство ALU отвечает за вычисления, в том числе основных арифметических операций, таких как сложение, вычитание, умножение и деление, и логической оценки данных, в том числе логических сравнений, таких как "равно", "больше чем" или "меньше чем".
Блок управления контролирует и координирует общие операции внутри компьютера.
Основные функции блока управления включают в себя:
Управление доступом к главной памяти хранения.
Управление последовательностью, в которой команды выполняются.
Регулирование времени всех операций, осуществляемых в CPU.
Отправка и прием сигналов управления в и из периферийных устройств, таких как клавиатура и принтер.
Управление потоком данных между АЛУ и основной памятью.