Программное обеспечение современных ЭВМ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание 1. Элементная база современных компьютеров, архитектура системных плат ПК (для intel-совместимых процессоров последнего поколения)

Системная, или материнская, плата персонального компьютера (System board Motherboard) является основой системного блока, определяющего архитектуру и производительность компьютера. На ней устанавливаются следующие обязательные компоненты:

Процессоры.

Память: постоянная (ROM или Flash BIOS), оперативная (DRAM), а для самых новых процессоров и кэш (SRAM).

Обязательные системные средства ввода-вывода: контроллеры клавиатуры, прерываний, таймеры, средства управления динамиком, DMA, CMOS RTC.

Интерфейсные схемы и разъемы шин расширения.

Кварцевый генератор синхронизации.

Схема формирования сброса системы по сигналу Power Good от блока питания и кнопки Reset.

Схема управления блоком питания.

Регуляторы напряжения питания-VRM (Voltage Regulation Module). Как правило, это управляемые преобразователи напряжения +5 в более низкое, требуемое для современных низковольтных процессоров и интерфейсов.

Средства мониторинга состояния системного блока: измерители скорости вращения вентиляторов и температуры процессора и других «горячих» компонентов; измерители питающих напряжений; сигнализаторы несанкционированного доступа и т.п. Эти средства позволяют программно снимать показания измерителей и датчиков, а также при должной настройке вырабатывать прерывание, сигнализирующее о критических событиях, и даже предпринимать экстренные меры (вплоть до выключения питания при перегреве). Средства мониторинга присутствуют на всех системных платах.

Кроме этих сугубо обязательных средств, на большинстве современных cистемных плат устанавливают и контролеры НГМД, интерфейсы COM - и LPT-портов, 2-6 портов USB, пару каналов ATA. Этот набор по нынешним меркам является обязательным для «голых» системных плат, иногда к нему добавляют и контролеры SCSI, Fire Wire (1394). Существуют и системные платы с интегрированными видео- и аудиоустройствами, адаптером локальной сети и прочими, обеспечивающими полную функциональность компьютера без всяких карт расширения. При необходимости интегрированные устройства могут быть заменены устройствами, установленными в слоты расширения. Размещение на системной плате контролеров, требующего интенсивного обмена данными (SCSI, ATA, графический адаптер), позволяет использовать преимущества локального подключения к шине памяти и процессора. Цель размещения других контроллеров на системной плате - сокращение общего числа плат компьютера.

Системные платы первых ПК, выполненных на процессорах 8088/86, кроме процессора содержали несколько периферийных БИС (контролеры прерывания, прямого доступа к памяти, контролер шины) и связующую логику на микросхемах малой и средней интеграции. Современные платы исполняются на основе чипсетов (Chipset) - наборов из нескольких БИС, реализующих все необходимые функции связи основных компонентов - процессора, памяти и шин расширения. Чипсет определяет возможности применения различных типов процессоров, основной и кэш-памяти и ряд других характеристик системы, определяющих ее возможности и перспективы модернизации. Его тип существенно влияет на производительность - при одинаковых установленных компонентах (процессор, память, графический адаптер и жесткий диск) производительность компьютеров, собранных на разных системных платах (чипсетах) может отличаться на 30%. Чипсеты в значительной степени определяют свойства системных плат, выполненных на их основе. Системные платы, выполненные на одном и том же чипсете, могут иметь разные характеристики производительности и диапазона поддерживаемых компонентов (процессоров, DRAM, кэша). И конечно же, существенную роль в реализации всех полезных свойств чипсета играет BIOS и применяемые версии системных драйверов. Чипсеты ориентируются на разные применения системных плат, и функции, необходимые для сервера, могут оказаться излишествами для офисного компьютера, а за излишества всегда приходится платить. Поэтому нельзя чипсеты выстроить по порядку от худшего к лучшему, они позиционируются в многомерном пространстве противоречивых требований. Сравнивать интегрированные чипсеты нужно не только по общим параметрам, но и по характеристикам графики, звука, адаптера локальной сети.

Архитектура системных плат. Современные системные платы имеют ряд сменных или добавляемых компонентов. В процессе модернизации, или апгрейда (upgrade - повышение уровня), компьютеров часто меняют процессор, наращивают объем и повышают быстродействие ОЗУ и кэш-памяти, меняют версию BIOS.

Наиболее частые изменения конфигурации ПК связаны именно с оперативной памятью. Вся оперативная память современных компьютеров располагается на системной плате. Ее объем определяется автоматически. Однако память более16 Мбайт может не восприниматься, если в CMOS Setup разрешено помещение образа ROM BIOS под границу 16 Мбайт. Для конфигурации системной платы важно знать спецификацию быстродействия применяемой памяти. Для обычной(не синхронной) памяти FPM, EDO, BEDO в качестве спецификации используется время доступа (-80,-70,-60,-50,-40 нс), иногда последний ноль не пишут, и спецификация тех же микросхем представляется как -8,-7,-6,-5,-4. для модулей синхронной памяти указывают максимальную частоту синхронизации и латентность, более быстрая память при той же частоте имеет меньшее значение латентности. От спецификации быстродействия зависит эффективность (и даже возможность) применения памяти в конкретной системной плате на заданной частоте системной шины.

Задание 2. Программное обеспечение современных ЭВМ: основные алгоритмические языки, их характеристики и области применения

компьютер плата алгоритмический язык

Язык программирования - это совокупность набора символов (алфавит) системы, правил образования (синтаксис) и истолкования конструкций из символов (семантика) для задания алгоритмов с использованием символов естественного языка.

Именно для удобного решения задач с помощью ЭВМ искусственно и создавались языки программирования. Естественным же языком, который "понимает" компьютер, является машинный.

Машинный язык - это такой язык, который компьютер воспринимает непосредственно, то есть это язык машинных команд данной модели компьютера. А мы уже знаем, что ЭВМ "понимают" только язык двоичных знаков: нулей и единиц.

Языки программирования компьютеров делятся на 2 основные группы:

1) языки низкого уровня;

2) языки высокого уровня.

Рассмотрим основные алгоритмические языки.

Ассемблер.

К языкам низкого уровня относятся языки Ассемблера. Свое название они получили от имени системной программы Ассемблер, которая преобразует исходные программы, написанные на таких языках, непосредственно в коды машинных команд. Частями здесь служат операторы, а результатом сборки последовательность машинных команд Язык Ассемблера объединяет в себе достоинства языка машинных команд и некоторые черты языков высокого уровня. Ассемблер обеспечивает возможность применения символических имен в исходной программе и избавляет программиста от утомительного труда (неизбежного при программировании на языке машинных команд) по распределению памяти компьютера для команд, переменных и констант.

Ассемблер позволяет также гибко и полно использовать технические возможности компьютера, как и язык машинных команд. Транслятор исходных программ в Ассемблере проще транслятора, требующегося для языка программирования высокого уровня. На Ассемблере можно написать столь же эффективную по размеру и времени выполнения программу, как и программу на языке машинных команд. Это достоинство отсутствует у языков высокого уровня. Этот язык часто применяют для программирования систем реального времени, технологическими процессами и оборудованием, обеспечение работы информационно-измерительных комплексов.

Фортран.

Фортран самый первый из языков высокого уровня (разработан Бэкусом в начале 1950-х годов) и широко распространенный язык, особенно среди пользователей, которые занимаются численным моделированием. Это объясняется несколькими причинами:

- существованием огромных фондов прикладных программ на Фортране, а также наличием огромного количества программистов, эффективно использующих этот язык;

- наличием эффективных трансляторов Фортрана на всех типах ЭВМ;

- изначальной направленностью Фортрана на физико-математические и технические приложения.

Большинство крупных научно-технических прикладных программ написано на Фортране потому, что он обладает переносимостью и устойчивостью, а также благодаря наличию встроенных математических и тригонометрических функций.

Basic.

Бейсик (BASIC - Beginner's All-Purpose Symbolic Instruction Code - “универсальный символический код инструкций для начинающих”). Прямой потомок Фортрана и до сих пор самый популярный язык программирования для персональных компьютеров. Как и любые преимущества, простота Бейсика оборачивалась, особенно в ранних версиях трудностями структурирования; кроме того, Бейсик не допускал рекурсию - интересный прием, позволяющий составлять эффективные и в то же время короткие программы.

Разработаны мощные компиляторы Бейсика, которые обеспечивают не только богатую лексику и высокое быстродействие, но и возможность структурного программирования. По мнению некоторых программистов, наиболее интересными версиями являются GWBASIC, Turbo-Basic и Quick Basic.

Кобол.

Кобол - это один из первых языков программирования, появившийся в 1959, разработанный прежде всего для исследований в экономической сфере. Язык позволяет эффективно работать с большим количеством данных, он насыщен разнообразными возможностями поиска, сортировки и распределения. О программах на Коболе, основанных на широком использовании английского языка, говорят, что они понятны даже тем, кто не владеет Коболом, поскольку тексты на этом языке программирования не нуждаются в каких-либо специальных комментариях. Подобные программы принято называть самодокументирующимися. К числу других плюсов Кобола обычно относят его структурированность. Довольно мощные компиляторы с этого языка разработаны для персональных компьютеров. Некоторые из них столь эффективны, что программу, отлаженную на персональном компьютере, нетрудно перенести на большие ЭВМ.

Паскаль.

Язык программирования Паскаль был разработан профессором кафедры вычислительной техники Швейцарского Федерального института технологии Николасом Виртом в 1968 году как альтернатива существующим и все усложняющимся языкам программирования, таким, как PL/1, Algol, Fortran. Существенно то, что язык давно вышел за рамки академического и узко профессионального интереса и используется в большинстве университетов высокоразвитых стран не только как рабочий инструмент пользователя. Важнейшей особенностью Паскаля является воплощенная идея структурного программирования. Другой существенной особенностью является концепция структуры данных как одного из фундаментальных понятий.

Основные причины популярности Паскаля заключаются в следующем:

- простота языка;

- развитые средства представления структур данных;

- наличие специальных методик создания трансляторов с Паскаля;

- оптимизирующие свойства трансляторов с Паскаля позволяют создавать эффективные программы. Это послужило одной из причин использования Паскаля в качестве языка системного программирования;

- в языке Паскаль реализуются идеи структурного программирования.

Си.

Сотрудник фирмы Bell Labs Денис Ритчи создал язык Си в 1972 году во время совместной работы с Кеном Томпсоном. В настоящее время любая инструментальная и операционная система не может считаться полной если в ее состав не входит компилятор языка Си. Ритчи не выдумывал Си просто из головы - прообразом служил язык Би разработанный Томпсоном. Язык программирования Си был разработан как инструмент для программистов-практиков. В соответствии с этим главной целью его автора было создание удобного и полезного во всех отношениях языка.

Си++.

Язык C++ создан Бьерном Страуструпом в начале 80-х годов. По мнению автора языка, различие между идеологией Си и C++ заключается примерно в следующем: программа на Си отражает “способ мышления” процессора, а C++ - способ мышления программиста. Отвечая требованиям современного программирования, C++ делает акцент на разработке новых типов данных наиболее полно соответствующих концепциям выбранной области знаний и задачам приложения. Язык С++ является средством объектного программирования, новейшей методики проектирования и реализации программ, которая в текущем десятилетии, скорее всего, заменит традиционное процедурное программирование.

Задание 3. Построить график функции:

для Xmin=0,1, Xmax=1, с шагом ?X=0,1.

Решение:

1. Зададим значения аргумента в ячейку В2 - 0,1. В ячейку В3 введем формулу: =B2+0,1 и скопируем её до ячейки В11.

2. В ячейку С2 введем формулу для вычисления функции:

=(SINH(2*B2))^3-COS(КОРЕНЬ(ABS(B2))+LN(ABS(B2)))

и скопируем её до ячейки С11.

3. Построим график:

Задание 4. Создать таблицу в электронных таблицах Excel, подсчитать итоговые значения с помощью мастера функций и построить диаграмму типа Гистограмма. Полученную таблицу и диаграмму вставить в документ Word

Решение:

1. Заполним таблицу по образцу.

2. В ячейку В8,В9,В10 и С8,С9,С10 введем формулы:

3. Построим гистограмму, для этого выделим ячейки В1:С7 и на вкладке Вставка выбираем Диаграмма - Гистограмма.

Результат:

Задание 5. Используя Мастер функции выполнить задание в Excel и вставить полученные результаты в документ Word

Заданы 2 матрицы размерностью 3*3. Вычислить сумму разностей квадратов значений заданных матриц и среднее арифметическое значение первой матрицы.

Решение:

1. Заполним массив А1:С3 и Е1:G3 заданными значениями.

2. Выделим ячейку G5 и введем формулу:

=СУММРАЗНКВ(A1:C3;E1:G3)

3. Выделим ячейку G7 и введем формулу: = СРЗНАЧ(A1:C3)

Получаем:

Результат:

В ячейке G5 - число -8218 (сумма разностей квадратов значений заданных матриц)

В ячейке G7 - число 6,333333 (среднее арифметическое значение первой матрицы)

Список используемой литературы

Аппаратные средства IBM PC.Энциклопедия,2-е изд./М. Гук, - СПб.: Питер,2003

http://bourabai.ru/alg/classification04.htm

“Языки программирования” кн.5, Ваулин А.С., 1993 г.;

Размещено на Allbest.ru