Информатика как основообразующая дисциплина формирования информсреды образования (стр. 5 )

Для расширения возможностей HTML-документов активно используются язык описания сценариев JavaScript и очень перспективный объектно-ориентированный язык программирования Java (для написания всевозможных программ - от анимации до электронных таблиц, которые можно загружать в локальные машины через WWW). Язык Java - новый и высокоэффективный язык программирования. Это объясняется наличием двух основных свойств, характерных для Java:

·  возможность создания хорошо проработанной системы защиты для загружаемого программного обеспечения (ПО);

·  Java - это превосходный язык программирования для написания мультиплатформного, то есть работающего на различных аппаратных и программных системах) ПО.

Понятие: Структура программного обеспечения WWW-технологии.

Комментарий: Internet-сервис, предоставляемый на основе WWW-технологии, базируется на архитектуре "клиент-сервер", поэтому структура программного обеспечения поддержки WWW-сервиса включает две основные части: программу-клиента протокола HTTP (WWW-браузер) и программу-сервер протокола HTTP. Они представляют собой минимально необходимый набор программ поддержки WWW-сервиса. Кроме основного программного обеспечения для расширения функциональных возможностей WWW-систем и организации доступа к сетевым ресурсам, отличным от WWW, используются CGI-скрипты, JavaScript-сценарии и Java-аплеты. Если серверное и клиентское программное обеспечение (ПО) WWW-систем - это, как правило, стандартное ПО, разрабатываемое известными фирмами (Netscape, Microsoft, Sun и др.), то CGI-скрипты, JavaScript-сценарии и Java-аплеты разрабатываются и пишутся пользователями и администраторами систем.

В WWW функции интерпретатора языка HTML разделены между WWW-сервером и WWW-клиентом. Сервер, кроме доступа к документам и обработки гипертекстовых ссылок, осуществляет также процессорную обработку документов. Программа-клиент WWW выполняет интерпретацию конструкций языка HTML, связанных с представлением информации, и позволяет обмениваться данными с сервером по протоколу HTTP.

Программа-клиент WWW предназначена для того, чтобы соединяться по Internet с удаленными машинами, запрашивать определенные документы, а затем форматировать полученные документы для просмотра на локальной машине.

С определенного времени в качестве WWW-клиентов часто используются бесплатные, свободно распространяемые программы - браузеры Netscape Communicator 4.04 (пакет Netscape Navigator) и Microsoft Internet Explorer 4.0 с графическим интерфейсом доступа в WWW, реализованные как для большинства UNIX-систем, так и для систем Wintel (работающих под OS Windows). Они обладают прекрасными функциональными возможностями и очень удобны в работе.

Программа-сервер WWW - это программа, которая принимает запросы от WWW-клиентов и отвечает на них. В качестве ответа может быть возвращен HTML-документ, графическое изображение, аудио - и видеоданные или ответ внешней программы.

В настоящее время WWW-серверы существуют для всех типов компьютерных платформ и операционных систем. Современные WWW-серверы обладают высокой производительностью и степенью защиты, средствами управления содержанием и системами кэширования запросов, допускают большое число одновременных подключений, что особенно важно в таких массовых информсредах как в образовании.

Понятие: Браузеры (browsers) - многофункциональные программы-клиенты в Интернет - технологиях.

Комментарий: В последнее время большую популярность приобретают броузеры (browsers) - многофункциональные программы-клиенты, интегрирующие в себе многие возможности для работы с различ­ными сервисами, предоставляемыми в Internet, в том числе и с электронной почтой. Наиболее известными и широко используемыми программами этого класса являются бесплатные, свободно распространяемые броузеры Netscape Communicator 4.04 фирмы Netscape Communications (www.net-scape.com) и Microsoft Internet Explorer 4.0 фирмы Microsoft (www.microsoft.com). Версии этих броузеров написаны для большинства известных аппаратно-программных платформ (включая UNIX- и Wintel-системы) и их можно свободно получить как с FTP-серверов фирм-производителей, так и с многих российских FTP-серверов. Входящие в состав этих броузеров пакеты Netscape Messenger и Microsoft Outlook Express объединяют в себе функции как пользовательского, так и доставочного агентов электронной почты, предоставляя широкие возможности для подготовки, отправки, получения, чтения и обработки почтовых сообщений с помощью очень удобного полноэкранного графического интерфейса пользователя при практически полном отсутствии проблем с русскими кодировками Windows-1251 и KOI8-R. Эти программы обеспечивают доставку почты на клиентские машины по протоколу РОРЗ и IMAP4. Все, что обычно требуется от пользователя при настройке почтовой программы, - это указать адрес сервера входящей почты (сервер РОРЗ или IMAP4), адрес сервера исходящей почты (SMTP), идентификатор учетной записи (имя, полученное при регистрации почтового адреса) и пароль для доступа к почтовому ящику. Именно прекрасные функциональные возможности почтовых пакетов броузеров, сравнимые по качеству с коммерческими программами, а также их доступность и бесплатность позволяют рекомендовать применение этих пакетов в образовательных организациях.

Понятие: Разработка программного обеспечения в среде Internet на языке JAVA.

Комментарий: Язык JAVA - это объектно-ориентированный язык программирования, созданный корпорацией Sun для разработки программ, распространяемых по сети Internet. Система программирования JAVA позволяет использовать WWW для распространения небольших интерактивных прикладных программ, называемых АППЛЕТАМИ, которые размещаются на серверах Internet, транспортируются клиенту по сети наподобие картинкам и звуковым файлам, автоматически устанавливаются и запускаются на месте как часть документа WWW. Все, что нужно для этого - встроить в Web-браузер исполняющую систему апплетов. Основным свойством апплетов является возможность выполнять сами апплеты (программы) на различных платформах и в различном окружении, не оказывая ни малейшего вредного влияния на аппаратуру, программы и данные пользователей. Это достигается за счет того, что используется интерпретируемый язык - даже в ущерб производительности программы. Очень важно, что апплет не привносит риска заражения вирусом или порчи данных, поскольку апплет имеет ограниченный доступ к ресурсам клиента. Несмотря на это ограничение апплет предоставляет произвольный мультимедийный интерфейс и выполняет сложные вычисления.

JAVA с самого начала разработан как рефлексный язык. Рефлексией называется возможность видоизменять свойства окружения выполняемой программы и за счет этого влиять на ход выполнения самой программы. Рефлексия придает гибкость и способность настройки на другие окружающие программы. Способность JAVA к рефлексии связана с классом Object, являющимся корнем иерархии классов по наследованию всех остальных классов. В классе Object определен доступ к системной информации, используемой в JAVA-программах. Дополнительно рефлексные свойства JAVA-программ поддерживаются специальным пакетом JAVA Reflection Interface и другими мерами, поскольку и разработчики приложений и пользователи убеждаются в полезности рефлексии JAVA. Развитием этого языка занимаются многие университеты и мощные компании.

Однако язык JAVA имеет ряд существенных, постепенно устраняемых недостатков. В их числе отсутствие поддержки парадигмы вызова методов "клиент/сервер", стремление окружения языка (благодаря его апплетам) поместить сервер на сторону клиента, отсутствие распределенных служб (затруднена защита распределенных глобальных и корпоративных систем), отсутствие связи с СУБД.

Вместе с тем язык JAVA заслужено пользуется успехом у разработчиков программных систем, особенно в коллективных сетевых разработках различных авторов, связанных между собой только через WWW. Взаимодействие JAVA и WWW позволяет корреспондентам сети Интернет создавать совместно разработанную программную систему. В образовании и, в частности, в технологиях ДО, такая возможность логически предполагает выстраивание между обучающими и обучающимися оригинальных частного и корпоративного характера информационных обучающих систем. Именно поэтому все ведущие мировые фирмы - разработчики ПО и компьютеров - объявили о безусловной поддержке JAVA.

Не входя в подробности построения самого языка JAVA, отметим, однако, что, являясь объектно-ориентированным языком, JAVA имеет много сходств с объектно-ориентированным языком C++. В отличие от последнего разработчик языка JAVA корпорация Sun по принципиальным соображениям не заложила в JAVA препроцессор. JAVA медленнее реализует задачи, чем С++.

В JAVA нет указателей, все объекты программы расположены, смешано вместе (heap), они доступны по объектным ссылкам. Эти ссылки представляют объекты во всех структурах, в которые объекты входят в качестве компонентов. Ссылки в JAVA - дескрипторы объектов, а не их указатели, так как они содержат только информацию о классе объектов. Наличие дескрипторов позволяет выполнять проверку совместимости типов на фазе интерпретации кода, инициируя исключение в случае ошибки.

Базовые возможности языка JAVA реализуется с помощью постоянно расширяющейся системной библиотеки классов и пакетов (аналогично языку С++). Сетевые классы JAVA предоставляют ясный и постой интерфейс для работы в Интернет, тем самым, упрощая написание программ для этой сети.

Для разработки, модификации и отладки JAVA-программ, апплетов (небольших программ JAVA-технологий) используются специальное инструментальное окружение JAVA Developer's Kit (JDK) и специальные JAVA-отладчики.

Выше уже упоминалось, что JAVA-программы выполняются медленнее, чем С++, что побуждает разработчиков ПО искать решения по повышению производительности JAVA. Для этого используются динамические компиляторы JAVA just-in-time computer, увеличивающие скорость выполнения апплета. Для увеличения производительности более крупных, чем апплеты, программ языка JAVA применяются оптимизирующие динамические компиляторы. Они могут выполняться параллельно JAVA VM на разных процессорах двух - и многопроцессорных системах или в режиме разделения времени на однопроцессорных компьютерах. Это и ему подобные решения открывают большие возможности JAVA для написания прикладных пакетов, клиентских программ, библиотек, поддерживающих пользовательские интерфейсы, особенно в тех случаях, когда необходимо работать в неоднородных хаотично видоизменяющихся сетях. Эти потребности и ситуации с сетями весьма свойственны образовательным структурам, включая структуры ДО, поэтому можно с уверенностью утверждать, что овладение JAVA и способами повышения его эффективности целесообразно и перспективно для тьюторов ДО и технологов НИТ образовательных учреждений. К тому же язык JAVA и его окружение непрерывно развиваются; появляются новые инструменты, многие системы интегрируются с системой JAVA.

Понятие: Программное обеспечение поддержки push-технологии.

Комментарий: Анализ основных архитектурных принципов, механизмов и функциональных характеристик push-систем (систем принудительного распространения информации) показал, что этот класс WWW-систем имеет по сравнению с традиционными pull-системами (системами свободного поиска) целый ряд преимуществ. Основными из них являются:

·  целенаправленная, программируемая на основе выбранных критериев доставка информации пользователю;

·  оперативность;

·  возможность просмотра информации в режиме off-line и вывода ее не только на экран, но и на различные периферийные устройства (принтер, факс и пейджер).

Описанные свойства push-систем способствуют переориентации многих поставщиков ПО для WWW-систем с традиционных технологий, основанных на поиске и "вытягивании" необходимой информации, на системы с использованием технологии организации Web-каналов, которая обеспечивает прямую доставку информации и удобную единую среду для настольных систем и позволяет полностью сфокусировать внимание пользователя непосредственно на данных, а не на рабочей среде. Перспективность технологии принудительной доставки была оценена также и лидерами Internet/intranet-технологий - фирмами Microsoft и Netscape Communications, которые интегрировали механизмы создания и использования Web-каналов в своих WWW-браузерах - Internet Explorer 4.0 и Netscape Communicator 4.04.

В Internet Explorer (IE) 4.0 предоставляется несколько режимов настройки push-системы. При упрощенном способе настройки пользователь настраивает подсистему на обшаривание заданных Web-узлов и перемещение страниц в кэш (буфер памяти) для просмотра в режиме off-line. С помощью функции update now пользователь может обновлять информацию с узлов, на которые он подписался. Другой, более сложный способ настройки обеспечивает возможность автоматической регистрации обновленной информации на узлах с помощью специальной утилиты, встроенной в IE 4.0, и последующей доставки этой информации пользователю. Созданные (или обновленные) с помощью Dynamic HTML (расширения HTML 3.2) Web-страницы могут доставляться пользователям по "каналам" настольных систем в режиме реального времени.

Пакет Netcaster, являющийся составной частью версии броузера Netscape Communicator 4.04, содержит кэш Web-страниц для работы в режиме off-line и систему связи с узлами, на которые подписан пользователь. Эти узлы называются LiveSites. Функции определения обновлений информации на узлах реализуются на основе Java-Script. Для работы с информацией, имеющей сложную структуру, и для обеспечения перекачки ПО в броузер интегрирована специально созданная многоплатформенная технология Castanet фирмы Marimba. Известны и другие разработки аналогичного характера, особенно перспективные для комплексной реализации ИС в Интернет\Экстранет/Интранет-технологиях образования.

Понятие: Программные средства поддержки FTP-сервиса.

Комментарий: Для работы FTP-системы (то есть системы, осуществляющей обмен файлами с удаленными серверами на основе протокола передачи файлов FTP - File Transfer Protocol) необходимы программа, реализующая функции FTP-сервера, и программа-клиент FTP, обеспечивающая удаленный (или локальный) доступ пользователя на сервер.

В состав каждой UNIX-системы включается пакет программ для поддержки функций FTP-сервера и FTP-клиента. Это утверждение распространяется и на серверные варианты операционных систем (ОС) UNIX, и на их аналоги для рабочих станций. Например, в бесплатной, свободно распространяемой ОС FreeBSD функции FTP-сервера выполняет программа ftpd, а ее аналогом в коммерческой ОС Solaris 2.x является программа in. ftpd. Функции FTP-клиента в упомянутых системах выполняет одноименная программа ftp.

В ОС Windows З. х и Windows 95 отсутствует встроенное программное обеспечение FTP-сервера, имеющее поддержку FTP-сервиса. В ОС Windows NT Server 4.0 используется программный продукт IIS (Internet Information Server - информационный сервер Internet).

Помимо программы ftp с интерфейсом командной строки для многих систем независимо от платформы написаны программы-клиенты FTP с графическим интерфейсом пользователя, с помощью которых достаточно просто организовать сеансы доступа к удаленным FTP-архивам. В таких программах предоставляются простые и удобные (организованные с помощью встроенных меню) средства поиска и перемещения не только отдельных файлов и групп файлов, но и вложенных каталогов. Некоторые из этих программ позволяют выполнять операции по копированию файлов посредством простой "буксировки" их с помощью мыши из одного каталога в другой. Примерами таких программ могут служить ftptool для ОС Solaris 2.х фирмы Sun Microsystems (www. ) и FTP Icon Connection 2.5 для Windows 95/NT фирмы AnaServe (www.anaserve.com). Среди пользователей Windows 95/98/2000, NT популярен FTP-клиент с графической оболочкой WS FTP фирмы Ipswitch (www.ipswitch.com), предоставляющий весь перечень необходимых операций с файлами, включая копирование вло­женных каталогов и просмотр содержания текстовых файлов. В России популярен также бесплатный FTP/HTTP-клиент ReGet (reget. ) с возможностью докачивания файлов после обрыва соединения с FTP-сервером.

Особо следует выделить средства FTP-доступа, интегрированные в броузерах Microsoft Internet Explorer 4.0 и Netscape Communicator 4.04 (пакет Netscape Navigator). FTP-средства броузеров обеспечивают полноценную работу с файловыми архивами на FTP-серверах, но в отличие от специализированных FTP-клиентов позволяют передавать в одном FTP-сеансе не более одного файла.

Понятие: Программное обеспечение поддержки NFS-сервиса.

Комментарий: Все UNIX-системы комплектуются программным обеспечением поддержки NFS-сервиса, включающим как клиентскую, так и серверную части. Работу NFS в ОС UNIX обеспечивают несколько программ-демонов, которые запускаются из загрузочного сценария. Одни из них выполняют функции клиента, другие - функции сервера:

·  nfsd - демон NFS -- запускается на сервере и обслуживает запросы NFS-клиента;

·  biod - демон блочного ввода-вывода - работает на NFS-клиентах с клиентской частью ввода-вывода NFS. Поскольку большинство серверов NFS одновременно являются и клиентами, то обычно его запускают также и на сервере;

·  rpc.lockd - демон блокировки файла - обрабатывает запрос клиента на блокировку файла и запускается как на машине-клиенте, так и на сервере UNIX;

·  rpc.statd - демон, следящий за состоянием сети; он необходим для работы демона rpc. lockd; этот демон запускается как клиентом, так и сервером UNIX;

·  rpc.mountd - демон монтирования - запускается на NFS-сервере и обрабатывает запрос клиента на монтирование.

В системах Wintel в стандартных пакетах ОС отсутствует NFS. Однако для этих систем разработано большое число, как клиентских пакетов, так и пакетов NFS-серверов. В качестве примеров можно привести следующие пакеты, ориентированные на работу в среде ОС Windows 95/NT: пакет Solstice NFS Client З. х фирмы Sun Microsystems, включающий как клиентскую, так и серверную части NFS и другие. Эти пакеты просты в установке, работают устойчиво, и обеспечивает хорошую производительность.

Для поддержки NFS-клиентов Wintel-систем на сервере UNIX необходимы также установка и запуск еще одного демона - pcnfsd, который называется сервером аутентификации (идентификации пользователей) и печати NFS для ПК. Этот сервер отвечает за обеспечение безопасности на сервере NFS при обращениях пользователей ПК и выполняет также функции сервера печати в сети, осуществляемой с UNIX-систем. Он может быть запущен на любой системе в сети. Необходимость сервера аутентификации NFS для ПК связана с различиями в системе безопасности UNIX-систем и ОС, работающих на ПК. Сервер аутентификации NFS не включен в программное обеспечение большинства UNIX-систем, но исходный код pcnfsd доступен свободно на многих анонимных FTP-серверах в Internet, например, на сервере ftp. .

Понятие: Вычислительная машина – техническое и логическое средство воплощения информатики как области научных знаний. Структура ЭВМ.

Комментарий: Вычислительная машина – естественное и важнейшее техническое звено реализации информатики как науки и непременная часть любой информационной системы. Вычислительная машина (ЭВМ, компьютер) с точки зрения, как ее технической реализации, так и ее логической структуры, может в принципе рассматриваться как сложная конструкция переключателей. Такой взгляд позволяет описать архитектуру ЭВМ, опирающуюся на структурирование. В преобладающих в настоящее время ЭВМ структурирование воплощается в таких компонентах ЭВМ, как основная (оперативная) память (англ. main memory) и вычислительный узел (процессор, англ. CPU, central processing unit). Процесс обработки информации в компьютере вызывают программы. Программы, так же как и данные, представляются двоичными словами. Как данные, так и программы помещаются в память. При выполнении программы отдельные ее команды и нужные данные по мере необходимости выбираются из памяти в процессор и наоборот - значения, получаемые при выполнении команд, записываются для хранения в ячейки памяти.

Память состоит из некоторого числа запоминающих ячеек, которые доступны по их адресам. Процессор также содержит в себе небольшое число специальных запоминающих ячеек, предназначенных для промежуточного хранения значений операндов и для хранения другой информации, необходимой для выполнения команд. Эти специальные запоминающие ячейки называются регистрами. Информация, которая определяет следующую подлежащую выполнению команду, помещается в регистр, называемый счетчиком команд.

Компоненты компьютера концептуально состоят из ряда запоминающих ячеек в памяти и вычислительном узле, устройств для управления и передачи информации между этими запоминающими ячейками и устройств для выполнения определенных операций над этими ячейками.

В информатике работу машины (MI) можно описать средствами языка программирования. Тогда запоминающие ячейки будут представлены через объявления программных переменных. Текущие значения этих переменных и определяют тогда состояние машины. Действия машины будут представлены операторами, которые работают над этими переменными.

Основу компьютера образует вычислительный узел (называемый также центральным процессором, англ. CPU - central processing unit), именно в нем производятся основные процессы вычислений и других преобразований информации. Одновременно с этим процессор управляет ходом процесса вычислений. Вычислительный узел или процессор, таким образом, является (по SEEGMULLER) инструментальным средством, аппаратурой (жестким оборудованием - Hardware), который автономно как управляет ходом вычислений, так и может выполнять предусмотренные в компьютере операции преобразования данных.

Процессор состоит из перерабатывающих узлов и регистров (запоминающих ячеек), которые служат для хранения значений операндов, соответственно состоянию процесса вычислений и переработки. Процессор состоит из устройства управления (УУ), которое управляет процессом обработки, и арифметического устройства (АУ), в котором выполняются собственно шаги преобразования информации, представленной в виде двоичных слов.

Устройство управления содержит генератор тактов, информацию о состоянии процесса (счетчик команд, индексный регистр, регистр операции, регистр индикатора, регистр адресов) и оборудование для выработки управляющих сигналов для выполнения отдельных команд. Этим определяется набор имеющихся в распоряжении машинных операций. Устройство управления, например, вырабатывает управляющие сигналы в линии связи для арифметического устройства и переключателя для устройств передач данных.

Процессор содержит регистры операндов, линии связи и линии задержки для непосредственной реализации процессов вычислений. В процессоре проводятся соответствующие вычисления и преобразования данных. Содержащиеся в нем переключатели и переключательные схемы реализуют отдельные шаги преобразований, а тем самым и набор команд, предусмотренный аппаратурой. Регистры - это ячейки памяти с очень малым временем доступа, то есть очень высоким быстродействием.

Процессор современной ЭВМ содержит 16 регистров для 32-разрядных двоичных слов. Эти регистры, от 0 до 15, используются для исполнения команд. Это соответствует следующему описанию переменных:

var [0:31] array bit RO, ..., R15.

В программах иногда пишут также R[i] для обозначения i-го регистра. Специфика использования этих регистров устанавливается следующим образом:

RO...R13 - регистры, свободно используемые для программирования, R14 - указатель вершины стека (англ. stack pointer, SP), R15 - счетчик команд (англ. program counter, PC).

Наряду с этим имеется еще ряд специальных регистров. Устройство управления, кроме этого, содержит еще следующие регистры:

var [0:7] array bit IR - регистр команды,

var [0:31] array bit PSL - регистр состояния процессора.

Регистр состояния процессора содержит ряд данных, существенных для хода выполнения программы. Содержащаяся в этом регистре информация весьма существенна для понимания функционирования машины MI.

Наряду с этим в вычислительном и управляющем узлах используется ряд вспомогательных регистров:

var [0:31] array bit tmpO,..., tmp3 - временные вспомогательные регистры для перерабатывающих схем АУ,

var [0:7] array bit am - Временный вспомогательный регистр для модификации адреса (модификатор адреса)

var [0:311 array bit adr - временный вспомогательный регистр для вычисления адреса

var [0:31] array bit index - временный вспомогательный регистр для вычисления индекса

Эти вспомогательные регистры предназначены для временного хранения промежуточных результатов, которые появляются при выполнении команд.

Более новые вычислительные архитектуры имеют большее, чем MI, число регистров в процессоре, которые в большинстве случаев взаимно заменяемы. Благодаря этому получается большая гибкость при программировании. Каждый такой регистр может быть использован для хранения промежуточных результатов вычислений (при таком использовании регистра говорится о накопителе) и может выполнять функции индексного регистра для вычисления адреса. Счетчик команд также является одним из таких регистров, и им можно свободно манипулировать.

Процессор является активным устройством машины. Запоминающее устройство (память), напротив, может рассматриваться как пассивное устройство, которое только реагирует на запросы процессора. Данные и команды программы помещаются в ячейки памяти по их адресам. Процессор обращается к ячейкам памяти для получения подлежащей выполнению команды или значений операндов выполняемой команды. Как итог выполнения соответствующей команды полученный результат записывается в некоторую ячейку памяти, меняя тем самым содержимое этой ячейки.

В общем случае двоичные слова одинаковой длины записываются по определенным адресам, которые можно представлять себе как целые числа из некоторого интервала. Эти числа в машине также представляются в виде двоичных слов. По этим адресам может быть получен доступ к запомненной информации, то есть к хранящимся в ячейках памяти двоичным словам. Каждый адрес определяет в точности одну запоминающую ячейку, а тем самым место в памяти двоичного слова установленной длины. Максимальное число имеющихся в распоряжении (адресуемых) мест в памяти определяется длиной двоичных слов, используемых в качестве адресов.

Память обычно состоит из двух регистров для управления запоминающими ячейками и из поля самих этих ячеек. Таким образом, запоминающее устройство включает в себя:

·  регистр памяти (MBR);

·  регистр адреса памяти (MAR);

·  память (М).

Процессор технически не может прямо обращаться к отдельным ячейкам памяти. Ячейки памяти управляются процессором косвенно, через шину. Для этого адрес требуемой ячейки пересылается через шину в запоминающее устройство и заносится там в регистр адреса памяти. С помощью этого регистра выбирается соответствующая ячейка, и ее содержимое переносится в регистр памяти. Аналогично производится и запись значения из процессора в ячейку памяти. Сама память состоит из 232 адресуемых ячеек, каждая из которых может хранить двоичное слово длины 8, т. е. 1 байт.

Структуру памяти программистскими средствами можно представить через следующие описания переменных:

var [0:31| array bit MAR - регистр адреса памяти,

var |0:31| array bit MBR - регистр памяти,

var [0:232-1] array [0:7] array bit М - ячейки памяти.

Регистр памяти может принимать 32-разрядные двоичные слова. Тем самым можно просто управлять 32-разрядными словами, хранимыми в четырех последовательных ячейках памяти. Исходя из емкости памяти в 232 ячеек. Реальные VAX-архитектуры обладают значительно меньшей емкостью памяти. Если процессор затребовал содержимое какой-либо ячейки памяти путем указания ее адреса, то этот адрес загружается (заносится) в регистр адреса памяти, содержимое этой ячейки заносится в регистр памяти и затем передается в процессор.

Если процессор требует записать в ячейку, задаваемую ее адресом, какое-либо значение, то заданный адрес загружается в регистр адреса памяти, подлежащее запоминанию значение загружается в регистр памя­ти и затем передается в ячейку памяти. Эти шаги являются частью цикла команды.

Наряду с процессором и памятью для компьютера необходимы устройства, которые позволяют вводить в машину определенную информацию (представленную в виде двоичных слов), и, наоборот, делать определенную информацию, находящуюся в машине, доступной для использования вне машины. Иными словами, необходимо реализовывать функции ввода и вывода. Соответствующие устройства машины для ввода и вывода называются периферийными устройствами.

Должна также существовать возможность контролировать процесс обработки в машине извне и при некоторых условиях влиять на него. Для этой цели машины снабжаются служебными консолями с индикаторами состояния (световые индикаторы, соответствующие графические экраны, удаленные пульты с клавиатурой и/или некоторое количество служебных клавиш).

На современных рабочих местах машины служебная консоль состоит из экрана и клавиатуры. Данные о состоянии машины выводятся на экран и/или на определенные световые индикаторы или даются в форме акустических сигналов.

Наряду со служебными консолями обычно имеются и другие устройства и способы ввода и вывода для того, чтобы можно было задавать машине новые данные и программы и выводить из нее результаты. Технически это достигается следующим образом. С помощью подходящих машинных команд и подпрограмм содержимое ячеек памяти и регистров через каналы ввода/вывода может быть выдано на внешние носители данных. Также и двоичные слова могут быть считаны с внешних носителей данных и записаны в предусмотренные ячейки памяти. Часто в компьютере присутствуют специальные процессоры, которые осуществляют ввод и вывод.

Понятие: Обработка данных и команды в компьютере.

Комментарий: Путем описания всех имеющихся в машине регистров и ячеек памяти можно описать множество возможных состояний машины. Однако этим еще не устанавливается, каким образом осуществляется переход от одного заданного состояния к следующему состоянию. Эти переходы осуществляются путем выполнения команд, которые выбираются из памяти и запоминаются в устройстве управления. Каждая команда осуществляет изменение содержания определенного регистра или передачу содержимого определенного регистра в другой регистр. Выполнение команды, таким образом, соответствует определенному переходу в другое состояние. Возможные переходы машины из одного состояния в другое описываются набором ее команд. И наоборот, действие каждой команды исчерпывающим образом характеризуется осуществляемым изменением состояния.

Команда работает с определенными ячейками памяти или регистрами. Называемыми операндами команды, содержимое которых при выполнении команды читается и/или записывается. Содержимое операндов называется значениями операндов. Машины обычно предоставляют пользователю фиксированный набор элементарных команд. Для каждой из этих команд в архитектуре машины имеется соответствующая ее часть для выполнения данной команды. Различаются следующие типы команд:

·  команды загрузки и передач;

·  арифметические команды (двоичная арифметика для чисел с фиксированной точкой, двоичная арифметика для чисел с плавающей точкой, десятичная арифметика);

·  логические операции (выполняемые поразрядно над двоичными словами);

·  операции с адресами;

·  команды сдвига и организационные команды;

·  команды завершения программы;

·  команды перехода и вызова подпрограмм;

·  команды ввода/вывода;

·  управляющие команды (привилегированные команды для изменения статуса программ).

Здесь команды классифицированы по их действию на различные составные части машины. Обычно команда содержит несколько составных ее частей (полей). Выделение этих составных частей получается из формата команды. Формат команды зависит от структуры машинных слов (слов-команд). Слово-команда (представленное двоичным словом) обычно содержит:

·  указание на операцию, которая подлежит выполнению (операционная часть);

·  указание на то, с какими операндами надо работать (адресная часть);

·  дополнительную организационную информацию (индикаторная часть), причем эта информация часто содержится в адресной части.

Команда представляется в машине двоичным словом. Отдельные части (поля) этого слова задают упомянутую выше информацию. При машинной трактовке все данные также представляются в виде двоичных слов. Поэтому при указании какого-либо двоичного слова важно знать, как должно интерпретироваться это слово - как команда, как адрес или как элемент данных, например как представление числа. Это достигается путем использования признаков.

Обычно для представления данных в машине используются двоичные слова определенной длины, например байт, 16-разрядное слово, 32-разрядное слово или 64-разрядное слово. Эти двоичные слова служат для представления адресов, чисел, литер или последовательностей литер. О представлении целых чисел в обратном и дополнительном коде уже говорилось в связи с переключательными схемами. В дальнейшем обсуждается двоичное представление рациональных и вещественных чисел. Такие числа в конечной десятичной и двоичной записи могут быть представле­ны только с определенной точностью.

Если умножить целые числа в дополнительном коде с 32 разрядами на число , то получим числа q из области:

которые называются числами с фиксированной точкой, для представления вещественных и рациональных чисел в области [-1,1]. Если числа q снабдить вторым целым числом в качестве его экспоненты, т. е. показателя степени (по основанию 2), то получается так называемые числа с плавающей точкой.

Вес двоичных позиции в смысле арифметики над числами с фиксированной точкой имеет значение только для умножения и деления. Умножение чисел с фиксированной точкой ведет снова к числам из области [-1,1], однако с удвоенным числом разрядов после двоичной точки. Поэтому необходимо сделать округление, чтобы привести это число снова к заданному формату, то есть к 32-разрядному представлению. Проблема округления и ошибки округления в алгоритмах и их разрушительное влияние на точность результата вычислений обсуждаются в рамках методов вычислений.