Гладков_Кулютникова Информатика

23 Гладков В.П., Кулютникова Е.А. Пособие по информатике для самообразования.

внутреннее состояние исполнителя, пригодность представленных для обработки данных. В результате проверки вырабатывается логическое значение: истина или ложь.

Исполнитель может, как правило, работать только с одним видом информации. Например, калькулятор работает с числовой информацией, магнитофон - со

звуковой, пишущая машинка - с текстовой. Компьютер может работать с любой информацией: с символьной, числовой, графической, звуковой. Набор его команд универсален и может использоваться для реализации любого алгоритма, поэтому компьютер называют универсальным исполнителем алгоритмов.

Центральную часть компьютера составляют процессор и оперативная память. Их работу координирует устройство управления. Процессор и устройство управления вместе называются центральным процессором.

Центральный процессор исполняет все команды, которые входят в СКИ компьютера, и характеризуется своим быстродействием, т.е. способностью выполнять определенное количество команд в единицу времени. Чем выше быстродействие, тем выше класс компьютера, тем быстрее и более сложные задачи он решает.

Оперативная память предназначена для хранения данных и программ их обработки. Хранящаяся в ней программа управляет работой компьютера, т.е. указывает какие команды и в каком порядке необходимо выполнять, чтобы получить результат. Оперативная память является энергозависимым устройством, т.е. информация в ней сохраняется до тех пор, пока компьютер подключен к электрической сети. Оперативная память состоит из большого количества ячеек, в каждую из которых можно записать порцию информации. Величина этой порции может изменяться для разных компьютеров. В современных компьютерах чаще всего размер ячейки равен одному байту. Каждая ячейка имеет свой адрес (порядковый номер), по которому можно ее найти. Содержимое ячейки можно читать сколько угодно раз, при этом информация, хранящаяся в ячейке, сохраняется. При записи новой информации в ячейку старая информация теряется. Новая информация может получиться в результате выполнения каких-либо команд центральным процессором, пересылки данных из одной ячейки памяти в другую или получения информации извне. Оперативная память характеризуется объемом, т.е. количеством имеющихся ячеек, скоростью поиска (извлечения) и скоростью записи информации в ячейку. Поскольку эта память дорогая, ее объем сравнительно не велик.

Для работы компьютера этих устройств достаточно, но для общения с человеком нужны еще дополнительные устройства.

Устройства ввода предназначены для получения программ и данных от человека, преобразования их в вид, удобный для обработки и размещения их в оперативной памяти. Современные устройства ввода - клавиатура, мышь, световое перо, сканер, джойстик, трекбол, дигитайзер и т.д.

Устройства вывода предназначены для преобразования полученных результатов в вид, удобный для восприятия человеком и для получения их твердой копии. К устройствам вывода относятся принтер, монитор, графопостроитель, динамик и т.д.

Для долговременного хранения больших объемов информации у компьютера имеется внешняя память (внешние запоминающие устройства). Это сравнительно недорогие энергонезависимые запоминающие устройства большого объема. Наиболее распространены дисковые запоминающие устройства: стационарные - винчестеры, сменные - дискеты. Стримеры - устройства хранения информации на магнитной ленте. Характеризуются большими объемами хранимой информации, но низкой скоростью доступа. Имеются оптические запоминающие устройства большого объема.

24 Гладков В.П., Кулютникова Е.А. Пособие по информатике для самообразования.

Работа компьютера

Для начала работы компьютера необходимо в оперативную память загрузить программу и исходные данные. Далее работой компьютера управляет программа. Исполнение программы осуществляется с помощью следующей последовательности шагов.

1.Выбирается очередная команда программы и пересылается из оперативной памяти

вцентральный процессор.

2.Выбранная команда расшифровывается. Если команда не входит в систему команд компьютера, то компьютер прекращает выполнение программы (ситуация АВОСТ). Иначе переходим к третьему шагу.

3.Из оперативной памяти в процессор пересылаются операнды - данные, которые должны быть обработаны выполняемой командой.

4.Команда исполняется процессором. Если команду с выбранными данными выполнить не удалось, то возникает АВОСТ. Иначе переходим к пятому шагу.

5.Результат выполнения команды пересылается в оперативную память.

6.Повторяется последовательность шагов, начиная с шага 1.

Программа аварийно завершается АВОСТом. Нормальное завершение программы осуществляется при исполнении команды СТОП.

Поскольку программа хранится в оперативной памяти, как и данные, она может быть модифицирована во время исполнения. Принцип хранимой в памяти компьютера программы впервые предложил американский ученый Джон фон Нейман. Он же предложил основные принципы построения универсальной вычислительной машины (архитектура фон Неймана).

Проанализировав последовательность шагов исполнения одной команды, можно заметить, что процессор трижды обращался к оперативной памяти (чтение команды, чтение операндов, запись результата). Отсюда ясно, что самым узким местом в компьютере является связь между процессором и оперативной памятью.

В современных компьютерах наряду с архитектурой фон Неймана используется магистральная архитектура. В ней все устройства компьютера подключаются к единой унифицированной линии связи - магистрали. Посылая по магистрали электрические сигналы, любой блок компьютера может передавать информацию любому другому блоку или другому компьютеру по линии связи. Такая унификация правил и средств соединения устройств позволяет включать в состав компьютера различные новые устройства и заменять их при необходимости.

Упражнения.

1.Что такое компьютер? Чем разные компьютеры отличаются друг от друга?

2.Как назывался первый компьютер? В какие годы он был создан?

3.Что такое оперативная и внешняя память? Какая память на Ваш взгляд важнее? Почему?

4.Экран дисплея имеет разрешение 1024 х 512 точек, где каждая точка может иметь 128 цветов. Сколько всего мегобайт нужно для запоминания 5 экранов в ОЗУ (в видеопамяти)?

5.В чем сходство и различие человека и компьютера, как исполнителей алгоритмов? Приведите не менее трех сходств и различий.

6.В чем сходство и различие процессора и оперативной памяти. Приведите не менее трех сходств и различий.

7.Перечислите основные компоненты персонального компьютера и дополнительные устройства.

25Гладков В.П., Кулютникова Е.А. Пособие по информатике для самообразования.

8.Какими дискетами пользуются сейчас при работе на компьютере? Чем они отличаются друг от друга?

9.Какие типы принтеров Вы знаете?

10.В каких режимах работает монитор? Чем различные мониторы отличаются друг от друга?

11.Каждой точке экрана поставлены в соответствие два байта. Сколько цветов может отображать такой цветной монитор? А если каждой точке соответствует 8 битов?

12.Какое максимальное положительное целое число можно представить в компьютере, если на каждое число отведено два байта?

13.Придумайте способ записи отрицательных целых чисел в одном байте. Какой диапазон отрицательных и положительных чисел может хранить один байт?

14.Вся ли информация исчезает из оперативной памяти после выключения компьютера?

15.Вы сидите в вагоне поезда на месте № 13. По аналогии с оперативной памятью определите, что здесь является ячейкой, что - адресом, а что - содержимым ячейки?

TURBO PASCAL - ИСПОЛНИТЕЛЬ ПАСКАЛЬ-ПРОГРАММ

Программа - это алгоритм, записанный на алгоритмическом языке. Чтобы выполнить программу, ее необходимо ввести в память компьютера, оттранслировать, т.е. перевести на язык машинных кодов, и выполнить. Для этого должны быть специальные средства программного обеспечения, т.е. редактор текстов, компилятор и исполнительная система. Все эти средства объединены в систему Turbo-Pascal (Турбо-Паскаль).

Конструкции Паскаля

Алфавит Паскаля состоит из множества символов, включающих в себя латинские заглавные и строчные буквы, цифры и спецсимволы: + - * / = < > { } [ ] . , : ; ' пробел.

К спецсимволам также относятся служебные слова, смысл которых определен однозначно. Служебные слова не могут быть использованы для других целей. С точки зрения Паскаля это единые символы. Например, var, begin, procedure, integer и др. О каждом из них будет подробнее рассказано в соответствующих разделах пособия. Допускается использовать русские заглавные и строчные буквы, но только в комментариях, которые заключаются в { } или (* *) и не обрабатываются Паскалем, а используются только для пояснения программы или в символьных и строковых константах.

Идентификатор (имя) - последовательность латинских заглавных и строчных букв и цифр, начинающаяся с буквы (допускается использование знака подчеркивания), длина которой может быть произвольной, но значащими являются только первые 63 символа.

Например: f1, Abba, Number_of_apples и др.

Типы данных Данные - объекты, которыми оперирует компьютер.

Тип данных - множество значений и множество операций, разрешенных над этими данными, а также форма внутреннего представления.

Данные делятся на константы (не меняют своего значения в процессе вычислений) и переменные (изменяют значения, изображаются именами, которые связаны с местом в оперативной памяти компьютера, где хранятся их изменяющиеся значения). Все используемые данные должны быть описаны и принадлежать одному типу.

26 Гладков В.П., Кулютникова Е.А. Пособие по информатике для самообразования.

Целый тип данных

Данные целого типа используются в тех случаях, когда какую-то величину нужно представить абсолютно точно, например: количество пятерок в журнале. Целый тип в компьютере представляет подмножество целых чисел. Наибольшее целое число в Паскале определяется константой maxint = 32767.

Подмножество целых чисел, представимых в Паскале, упорядочено следующим образом:

- maxint < ... <-3 < -2 < -1 < 0 <1 <2 <3 < ... < maxint.

Для каждого значения этого типа, кроме первого и последнего, можно указать последующее и предыдущее значения. Такие типы называют порядковыми.

Константа целого типа - это десятичное число, записанное без точки. Если константа отрицательная, то перед ней ставится знак “-”, а если положительная, то знак “+“ можно опускать. Например, 6; -140; +357; 999; 0. В Паскале есть возможность присваивать константам имена. Для этого служит специальный раздел описания констант:

number_of_apples = one + 25; { number_of_apples присваивается значение

Упражнение.

Укажите неправильные записи целых констант. Объяснить почему? const

n1 = -0;

n2 = 0006;

n3 = n1 + n4;

n4 = LXIV;

n5 := 5!; число = 25.75;

пи = 3.14;

______________________________________________________________

Проверьте себя: неправильно записаны константы n3, n4, n5, число, пи.

Переменные целого типа принимают значения целых десятичных чисел и описываются в специальном разделе описания переменных следующим образом:

var имя: integer; или

var имя1, имя2, ... , имяN: integer;

При трансляции этого оператора резервируется место в оперативной памяти для указанных переменных и устанавливается множество разрешенных операций и функций над этими переменными.

Пример. var

a: integer;

summa, number: integer;

Над целыми данными разрешены следующие операции:

27 Гладков В.П., Кулютникова Е.А. Пособие по информатике для самообразования.

Вещественный тип данных

Данные вещественного типа используются значительно чаще, чем данные целого типа. Они необходимы для представления в компьютере чисел с дробной частью. Вещественные числа в компьютере представлены приближенно, поэтому нельзя точно указать предыдущие и последующие вещественные числа, т.е. вещественный тип не является порядковым.

Вещественные константы могут быть представлены в двух формах:

*с фиксированной точкой: 3.57; -25.0; 1.00; +0.54;

29Гладков В.П., Кулютникова Е.А. Пособие по информатике для самообразования.

2.tg x → sin(x)/cos(x)

3.logba → ln(a)/ln(b).

Пример. Запишите на Паскале следующие формулы:

∙(1 + x)2 → (1 + x) * (1 + x) или sqr(1 + x);

∙1 + x2 → sqrt (1 + x * x);

∙ 31 + x2 → exp (ln (1 + x * x) / 3);

∙8 x8 + 8x → exp (ln (sqr(sqr(sqr(x))) + exp (x * ln(8))) / 8).

Упражнение.

Запишите на Паскале следующие формулы:

Символьный тип данных

Один байт изображает 1 символ в виде последовательности нулей и единиц, что позволяет закодировать 28 = 256 различных символов. Каждому символу ставится в соответствие натуральное число, которое называется его кодом, коды тоже упорядочены. Их знать необязательно, достаточно знать, что они упорядочены следующим образом: ‘0’,

‘1’, ... , ‘9’; ‘A’, ‘B’, ... , ‘Z’.

Кодировка символов задается в кодовой таблице. Наиболее распространена кодовая таблица ASCII.

Таким образом, значениями символьного типа являются символы из кодовой таблицы. Тип порядковый, порядок совпадает с порядком следования символов в кодовой таблице: чем раньше символ встречается в таблице, тем он меньше.

Символьная константа (литера) представляет собой символ, заключенный в апостроф, которому может быть присвоено имя в разделе описания констант.

Пример.

Const

ch = ‘A’; letter = ‘x’;

ch1 = ‘’’’; символу{ апостроф присвоено имя ch1}

Переменные описываются в разделе описания переменных с описателем char.

Пример.

Var

ch1, ch2: char;

Для данных символьного типа разрешены операции сравнения: <, >, <=, >=, =, <>. Сравниваются символы лексикографически по коду, т.е. чем символ раньше встречается в кодовой таблице, тем он меньше.

В Паскале разрешены следующие функции для данных символьного типа:

30 Гладков В.П., Кулютникова Е.А. Пособие по информатике для самообразования.

Функции ord (ch) и chr (i) являются обратными, т.е. ord (chr (i)) = i, chr (ord (ch)) = ch. Пример. Число = ord (‘цифра’) - ord (‘0’).

2 = ord (‘2’) - ord (‘0’).

Упражнения.

1.Значениями символьных переменных сh0, сh1, сh2 являются цифры. Присвойте целой переменной k число, полученное из этих цифр.

2.Присвойте символьным переменным сh2, сh1 и сh0 соответственно левую, среднюю и правую цифры трехзначного целого числа k.

3.Всегда ли справедливо утверждение:

∙если ch - символ и ‘0’ ≤ ch ≤ ‘9’, то ch - цифра;

∙‘0’ = 0;

∙ord (‘5’) = 5;

∙‘x’ = ‘X’;

∙если a и b - символы, то a < b, тогда и только тогда, когда ord (a) < ord (b);

∙ord (chr (k)) = k для любого целого k;

∙chr (ord (ch)) = ch для любого символа ch.

4. Вычислите значения выражений:

∙pred (‘2’) = ‘1’;

∙succ (‘2’) = ‘4’;

∙ord (‘9’) - ord (‘1’) = ‘9’;

∙ord (‘u’) < ord (‘q’);

∙succ (‘5’) = pred (‘7’);

∙ord (pred (chr (20))) = 21;

∙chr (ord (‘A’) + 1) = ‘B’

∙succ (chr (256)) =257;

∙chr(110) <= chr(120).

Логический тип данных

Логические данные широко используются при сравнении величин. Результат сравнения может быть истинным или ложным. В Паскале имеются две логические константы true (истина) и false (ложь). Их можно использовать в явном виде или обозначать именем в разделе описания констант.

Пример.

сonst

OK = true; f = false;

f1 = OK;

Логические переменные описываются в разделе описания переменных с описателем boolean.

Пример.

var f1, f2, t: boolean;

Логический (или булевский) тип данных является порядковым. Порядок расположения двух его значений следующий: false, true. Причем у константы false порядковый номер 0, а у константы true - 1.

Для логических данных разрешены логические операции not (отрицание), and (конъюнкция), or (дизъюнкция). Правила их выполнения были подробно рассмотрены в разделе “ Элементы математической логики”, а также сведены в следующую таблицу

31 Гладков В.П., Кулютникова Е.А. Пособие по информатике для самообразования.

Логические данные можно сравнивать: false < true. Кроме того, результат сравнения арифметических и символьных данных является логическим.

Для логических данных разрешены следующие функции:

Выражения Выражение строится из констант, переменных, функций и операций над ними.

Допускается использование круглых скобок. Частным случаем выражения являются просто константа, переменная или функция. Выражения бывают: арифметические, логические и строковые. Арифметическое выражение - выражение, значением которого является число. Значением логического выражения является истина или ложь. Логическое выражение, помимо логических операций и функций, может содержать операции сравнения, в которых могут участвовать арифметические и логические выражения, а также символьные данные. Значением строкового выражения является строка, получающаяся сцеплением других строк и их частей (подстрок).

При составлении выражений необходимо соблюдать следующие правила:

1. Выражение записывается в строку, верхние и нижние индексы не допускаются.

Например, a1x1 − a2 x2 → (a1* x1 − a2 * x2) / (x1 + x2). x1 + x2

2.Все знаки арифметических операций должны быть записаны. Например, знак умножения опускать нельзя.

3.Используются только круглые скобки. Использование фигурных и квадратных

32 Гладков В.П., Кулютникова Е.А. Пособие по информатике для самообразования.

количество открывающихся скобок равно количеству закрывающихся. В сложных выражениях и сомнительных случаях рекомендуется ставить скобки. Лишние, но правильно поставленные скобки, не влияют на выполнение задачи, но делают ее нагляднее.

4.Нельзя записывать подряд два знака операций. Например, a + b → a + b / (−c).

−c

5.Порядок вычисления значения выражения определяется приоритетами операций:

1)вычисление выражений в ( ) и функций, одиночные минус или плюс, not;

2)мультипликативные операции: *, /, div, mod, and;

3)аддитивные операции: +, -, or;

4)операции сравнения: <, <=, =, <>, >=, >.

При наличии вложенных скобок сначала выполняются действия в самых внутренних скобках, а затем вне скобок. Если операции, следующие друг за другом, обладают одинаковым приоритетом, то они выполняются в том же порядке, в каком записаны.

6.Выражение должно содержать данные одного типа, при этом значение выражения получается того же типа. Однако допускается использование в одном выражении данных целого и вещественного типов, результат в этом случае получается вещественного типа.

7.Переносить выражение с одной строки на другую можно по знаку операции, сам знак операции в новой строке не повторяется.

3.Определите операции div и mod через другие стандартные операции и функции.

4.Запишите на Паскале следующие формулы: