При первом знакомстве с человеком (особенно если это знакомство обещает быть долгим, прочным) принято справляться о его семье, об основных этапах его биографии, о приемлемом для него языке (способе) общения. Сегодня Вы знакомитесь с новым аппаратом – КОМПЬЮТЕРОМ. Почему бы Вам не поступить в этом случае аналогичным образом? А именно: постараться побольше узнать о том, что представляет из себя эта новая для Вас машина.

В разрешении этой проблемы Вам помогут первые разделы данного пособия.

§ I. Общие сведения об ЭВМ.

История ЭВМ насчитывает вот уже более полутора столетий. У истоков электронно-вычислительной техники стояли такие известные инженеры и исследователи, как Ч.Беббидж, А.Лавлейс (дочь Ч.Байрона), Дж. Буль, Ф.М.Слободской, В.Я.Слонимский, И.Штоффель, Ю.М.Дьяков, П.Л. Чебышев, Г.Холлерит, Атанасов, Айткен, др. Первая ЭВМ, обладающая всеми компонентами современного компьютера (промежуточной внутренней памятью, программным обеспечением, проч. - речь ждет о машине «EDSAC», изобретенной Дж.Эккертом и Дж.Моучли) была создана в 1947 г. в Пенсильванском университете (Англия). С тех пор сменилось уже три поколения ЭВМ, каждое из которых отличалось от другого целым набором технических характеристик. А именно:

• Своей элементной базой;⁽¹⁾
• быстродействием;⁽²⁾
• объемом оперативной памяти;⁽³⁾
• математическим обеспечением;
• внешними устройствами⁽⁴⁾, ⁽⁵⁾, проч.

Сегодня существует уже несколько видов и несчетное количество модификаций (типов) ЭВМ, а общий объем парка ЭВМ превышает 109 машин.⁽⁶⁾

Большинство ЭВМ работает на основе двоичной системы счисления.⁽⁷⁾ Что это такое?

Двоичной называется такая система счисления, где есть только две цифры - ноль и единица.

Почему изобретатели ЭВМ отказались от привычной нам десятичной системы и перешли на иную?

Дело в том, что электронные системы, в которых электрический ток может находиться в двух состояниях (или он есть в цепи, или его нет), наиболее просты и надежны. Вместе с тем даже с помощью двух цифр - 0 и 1 - можно записывать числа любой величины, складывать их, умножать и делить. Любое сообщение, самое сложное, может быть выражено в двоичном коде в виде серии ответов типа «да» и «нет».

(Если сообщение записано словами, можно найти каждое слово в словаре, задавая такие вопросы: находится ли оно в первой половине словаря - да или нет? Далее: находится ли оно в первой половине этой части - да или нет? И так далее. И в этом случае слову будет соответствовать цепочка чисел типа 100111001. Для того, чтобы закодировать слово в словаре в четверть миллиона слов, достаточно самое большее восемнадцати вопросов с ответами 1 или 0 (поскольку 218 больше 250 тыс).

Однако современные программисты, конечно же, не пользуются при написании своих программ двоичным кодом. Обычно они используют т.н. языки программирования - набор универсальных команд, легко усваиваемых человеком и «понятных» электронно-вычислительным машинам. Различают машинно-ориентированные языки программирования (или языки ассемблерного типа) и языки программирования высокого уровня (алгоритмические, машинно-независимые языки).

Языки ассемблерного типа непосредственно «переводят» инструкции программистов в машинные команды. (Машинные команды различны для различных типов ЭВМ. Для их написания нужно хорошо знать «устройство» каждой конкретной машины, что с неизбежностью отвлекает специалистов от решения задач содержательного характера).

Алгоритмические языки предназначены для «промежуточного общения специалистов и электронно-вычислительных машин. Чтобы машина могла «понимать» алгоритмические языки, в памяти ЭВМ постоянно хранятся т.н. «трансляторы с языков программирования» - специальные программы-«переводчики» на язык машинных команд.

Среди языков высокого уровня различают процедурно-ориентированные и проблемно-ориентированные. К процедурно-ориентированным обычно относят универсальные языки (FORTRAN, PL-1, PASKAL, проч.); проблемно-ориентированные языки предназначены для решения узко специальных задач. Многие универсальные языки программирования часто используют для решения однотипных задач. Так, FORTRAN применяется при ведении вычислительных расчетов, PASKAL - для решения экономических задач, GPSS называют «языком моделирования», BASIС считается языком, упрощающим процесс пользования ЭВМ.

К настоящему времени количество официально зарегистрированных алгоритмических языков достигает двух тысяч. Из них широко распространены более 100. На овладение любым языком программирования подготовленному человеку требуется от нескольких недель до нескольких месяцев. Так что и Вы, немного потренировавшись, сможете самостоятельно выучить любой язык программирования, а затем и применять его при решении исследовательских задач.

Далее. Элементарные операции по работе с устройствами ЭВМ, по управлению ее ресурсами - все это операции очень низкого уровня. Работа пользователя на ЭВМ состоит из нескольких сотен или даже тысяч таких операций. Конечно, описывать каждую из них специально в компьютерных программах очень неудобно. Поэтому большинство современных электронно-вычислительных машин снабжены «встроенной» в память универсальной компьютерной программой, которая осуществляет управление устройствами ЭВМ, распоряжается ее ресурсами (оперативной памятью, проч.), запускает другие прикладные программы на выполнение и т.д.

Подобные программы называются операционными системами.⁽⁸⁾ Основное назначение операционных систем состоит в том, чтобы скрыть от пользователя сложные и ненужные подробности управления машиной и предоставить ему удобный интерфейс (т.е. способ общения с ее устройствами).

Взаимодействие пользователя ЭВМ с операционными системами построено по принципу диалога. Практически это выглядит так: пользователь набирает на клавиатуре соответствующую команду - операционная система выполняет его инструкцию. Такой способ «общения» пользователя и ЭВМ ненагляден и недостаточно удобен, т.к. пользователь не имеет возможности корректировать свои действия. Поэтому программисты часто, наряду с операционными системами, вводят в память ЭВМ и т.н. «программы-оболочки». Функция этих программ состоит в том, чтобы выводить на экран монитора ЭВМ описания действий, которые производят операционные системы. С помощью «программ-оболочек» можно просматривать содержащиеся в памяти компьютера каталоги программ, копировать программы, запускать их на выполнение, др.⁽⁹⁾

При построении компьютерных программ принято придерживаться определенных правил.⁽¹⁰⁾

А именно:

1. создавая ту или иную компьютерную программу, следует учитывать тип ЭВМ, для которой она предназначена, программную среду, в которой она должна существовать, изобразительные средства избранного Вами языка программирования;
2. при программировании нужно строго придерживаться синтаксиса избранного языка программирования; избегать использования нестандартных и машинозависимых конструкций;
3. программирование имеет несколько этапов: постановка задачи, составление алгоритма решения задачи, построение блок-схемы, написание программы. Начинающий программист должен соблюдать принцип поэтапности программирования;
4. при составлении больших программ необходимо придерживаться принципа модульности, предписывающего разбиение текста программы на отдельные логически завершенные части - подпрограммы. Наличие подпрограмм позволяет легко исправлять допущенные ошибки, широко использовать пакеты прикладных программ, проч.;
5. любая составленная Вами программа должна быть записана так, чтобы ее без труда мог прочесть другой программист. Поэтому наиболее удачные компьютерные программы всегда снабжены комментариями, различными справочниками, проч.

Соблюдение этих простых правил сделает созданные Вами программы эффективным средством как обучения, так и исследования.

* * *

Что же. Будем считать, что Ваше первое знакомство с КОМПЬЮТЕРОМ состоялось? Замечательно! Тогда начнем знакомиться с ним поближе. Но только вот еще что... Для того, чтобы научиться пользоваться компьютером, нужно работать на нем. Чаще всего при проведении историко-философских исследований используются персональные компьютеры. Например, типа IBM РC. Если в Вашем компьютерном классе есть эти машины - не стесняйтесь! Садитесь за клавиатуру! И давайте приступим к работе.

1. То есть собственно элементами, из которых конструируются электронные схемы ЭВМ.
2. Быстродействие ЭВМ определяется путем учета среднего количества элементарных операций (например, операций сложения), выполняемых ею за секунду. Понятие быстродействия ЭВМ нуждается в специальном пояснении. Дело в том, что любая ЭВМ действует только при подаче электрических сигналов, имеющих определенную частоту. Эта частота называется тактовой. Все изменения состояний элементов электронной схемы ЭВМ происходят именно в момент подачи импульса (тактового сигнала). Так что быстродействие ЭВМ во многом зависит от ее «способности» воспринимать большое количество тактовых сигналов в определенный промежуток времени. На современных ЭВМ тактовая частота измеряется десятками и сотнями тактовых сигналов в секунду. То есть десятками и сотнями мегагерц (МгГц).
3. Объем оперативной памяти ЭВМ измеряется количеством информации, которую она способна хранить в каждый отдельный промежуток времени. Подробнее см. об этом дальше.
4. Внешними называют устройства ЭВМ, предназначенные для «общения» с пользователем и другими техническими устройствами.
5. О технической стороне различения поколений ЭВМ Вы можете узнать из табл.1 наст. изд.
6. Данные С.Т. Главацкого и др. см.: Введение в информатику и вычислительные средства / С. Т. Главацкий, С. Ф. Гилязов, М. К. Самарин ; Моск. гос. ун-т им. М. В. Ломоносова, Фак. повышения квалификации, Науч.-исслед. вычислит. центр. - Москва : МГУ, 1987. - С.13.
7. Некоторые ЭВМ работают на основе смешанной - десятично-двоичной или на основе восьмеричной систем счисления.
8. Примером операционной системы является система MSDOS, под управлением которой работают персональные компьютеры типа IBM РC. Подробнее об операционных системах, о командах MSDOS см.: Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Краткий курс. М., ИНФРА-М, 1997, - 480 с.
9. Примерами «программ-оболочек» являются системы QDOS, Norton Commander, Path minder, Xtree, др. Подробнее о системе Norton Commander см.: Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Краткий курс. М., ИНФРА-М, 1997, - 480 с.
10. Подробнее об общих принципах программирования см.: Брукс-мл.Ф.П. Как проектируются и создаются программные комплексы. М.: Наука, 1979. - 152 с., Лебедев В. Н. Введение в системы программирования. М., Статистика, 1975 - 312 с.,Хьюз Дж., Мичтом Дж. Структурный подход к программированию. Перевод с английского, М., Мир, 1980. - 280 с. и др.