Контрольні питання. Лекція: Комп'ютер як формальний виконавець алгоритмів Які особливості виконання програми на комп'ютері

Розглянемо процес управління інформаційним процесом, у якому як керований об'єкт обраний текст. Іншими словами, розглянемо інформаційний процес, пов'язаний із редагуванням (зміною стану) тексту.
По перше, щоб перетворити текст, повинен існувати хтось чи щось, який ці перетворення виконує. Іншими словами, необхідний виконавець цих перетворень.
По-друге, процес перетворення тексту необхідно розбити на окремі операції, які мають бути записані у вигляді окремих команд виконавцю. Кожен виконавець має певний набір , системою команд , які може виконати. У процесі редагування тексту можливі різні операції: видалення, копіювання, переміщення або заміна фрагментів. Виконавець редагування тексту повинен мати можливість виконати ці операції.
По-третє, має бути визначено початковий стан об'єкта,в даному випадку тексту, та його необхідне кінцевий стан(Мета перетворення).
Говоритимемо, що інформаційний процес, що має всі перераховані вище властивості, називається алгоритмом . Виконавець може виконати алгоритм, якщо команди алгоритму належать до системи команд виконавця.
Наприклад: користувачеві необхідно відредагувати текст так:

1. Виділити символи з 1 до 15.

2. Вирізати цей фрагмент та помістити його у буфер.

3. Встановити курсор на позицію після 7 символу.

4. Вставити вирізаний фрагмент тексту.

Цей алгоритм може виконувати формально. Користувач у процесі виконання алгоритму на комп'ютері натискатиме клавіші клавіатури, а при роботі з графічним інтерфейсом за допомогою миші активізувати ті чи інші кнопки, пункти меню і т.д. Фактично користувач даватиме команди об'єктам програмного середовища Windows&Office, які й будуть виконавцямиалгоритму.

Алгоритмічні мови програмування.Подання інформаційного процесу у формі алгоритму дозволяє доручити його автоматичневиконання різних технічних пристроїв, серед яких особливе місце займає комп'ютер. При цьому кажуть, що комп'ютер виконує програму (послідовність команд), що реалізує алгоритм якоюсь мовою програмування.

14 Основні поняття алгоритмізації: формальні та неформальні виконавці алгоритмів.

Виконавець- це певний об'єкт (людина, тварина, технічний пристрій), здатний виконувати певний набір команд.
Команди, які може виконати конкретний виконавець, утворюють систему команд виконавця(СКІ).

Клас виконавців надзвичайно різноманітний. Насамперед, у ньому виділяють два типи виконавців: формальнихі неформальних. Формальний виконавець ту саму команду завжди виконує однаково. Неформальний виконавець може виконувати команду по-різному.

Наприклад, при багаторазовому прослуховуванні диска з улюбленими мелодіями, ви можете бути впевнені, що вони відтворюються програвачем (формальним виконавцем) однаково. Але навряд чи комусь із співаків (неформальному виконавцю) вдасться кілька разів абсолютно однаково виконати пісню зі свого репертуару.

Як правило, людина виступає у ролі неформального виконавця. Формальними виконавцями є технічні пристрої. Людина у ролі неформального виконавця сама відповідає за свої дії. За дії формального виконавця відповідає керуючий ним об'єкт.

Управління- Це процес цілеспрямованого впливу одних об'єктів на інші.

Виконавці є об'єктами керування. Управляти ними можна, склавши їм алгоритм.

Алгоритм- це призначене конкретного виконавця точне опис послідовності дій, вкладених у вирішення поставленої задачи.

Алгоритми можуть бути записані у вигляді таблиці, нумерованого списку природною мовою або зображені за допомогою блок-схеми. Програма- це алгоритм, записаний за правилами зрозумілої виконавцю-комп'ютера мови.

15 Алгоритмічні конструкції: лінійна, розгалуження, цикли

Алгоритм-Послідовність дій, що описує процес перетворення об'єкта з початкового стану в кінцеве, записана за допомогою зрозумілих виконавцю команд.

Виконавцемалгоритму може бути людина або автоматичний пристрій – комп'ютери, роботи, верстати, супутники, складна побутова техніка та навіть дитячі іграшки. Кожен алгоритм створюється для цілком конкретного виконавця.

Комп'ютер як виконавець будь-яку роботу виконує за програмою. Програми пишуть люди, а комп'ютер формально виконує їх.

Розробники систем штучного інтелекту намагаються навчити машину, подібно до людини, самостійно будувати програму своїх дій, виходячи з умови завдання.

Ставиться мета перетворення комп'ютера з формального виконавця на інтелектуального виконавця.

Робота обох виконавців складається з чотирьох блоків, але формальний виконавець працює за готовою програмою, а інтелектуальний – сам складає програму і отримує результат.

Інформація для комп'ютера дані, представлені у формі, прийнятною для її передачі та обробки на комп'ютері

Для роботи з даними комп'ютера необхідні інструкції ( команди, правила дії). Команди формуються до списку команд.

Алгоритм– це послідовність дій (команд) задля досягнення мети.

У XIX столітті англійським математиком та інженером Чарльзом Беббіджем було розроблено проект обчислювальної машини, яка призначалася для автоматичного проведення довгих ланцюжків обчислень. Головною особливістю конструкції машини є програмний принцип роботи.

Чарльза Беббіджа вважають винахідником комп'ютера – він уперше поєднав механічний арифмометр із ідеєю програмного керування.

За призначенням комп'ютер – це універсальний прилад роботи з інформацією.

В основу роботи комп'ютерів покладено програмний принцип керування. Будь-який комп'ютер є автоматичним пристроєм, що працює за закладеними в нього програмами.

Перша обчислювальна машина, здатна зберігати програму своєї пам'яті, розроблялася в 1943-1948 гг. у США під керівництвом Джона Мочлі та Преснера Екерта.

У 1945 р. до роботи було залучено знаменитого математика Джона фон Неймана, який сформулював загальні принципи функціонування універсальних обчислювальних пристроїв.

Перший комп'ютер, у якому були повністю реалізовані ці принципи, було побудовано 1949 р. англійським дослідником Морісом Уилксом. Змінюється елементна база, комп'ютери стають дедалі більш потужними, але досі більшість їх відповідають тим принципам, які виклав у своїй доповіді в 1945 р. Джон фон Нейман.

Відповідно до фон Нейману, ЕОМ складається з наступних основних блоків:

Арифметико-логічний пристрій, що виконує арифметичні та логічні операції;

Пристрій управління, що організує процес виконання програм;

Запам'ятовуючий пристрій, або пам'ять, для зберігання програм та даних;

Зовнішні пристрої для введення-виведення інформації.

У сучасних комп'ютерах це:

Пам'ять (запам'ятовуючий пристрій - ЗУ), що складається з перенумерованих осередків;

Процесор, що включає пристрій управління (УУ) і арифметико-логічний пристрій (АЛУ);

Влаштування введення;

Пристрій виведення.

Ці пристрої з'єднані між собою каналами зв'язку, якими передається інформація.

Одна частина процесора, яка виконує команди, називається арифметико-логічним пристроєм, а інша його частина, що виконує функції керування пристроями, - пристроєм управління. Зазвичай ці пристрої виділяються суто умовно, конструктивно вони розділені.

У складі процесора є ряд спеціалізованих додаткових осередків пам'яті, які називаються регістрами. Реєстр виконує функцію короткочасного зберігання чи команди. Основним елементом регістру є електронна схема, яка називається тригером.

Регістр є сукупність тригерів, пов'язаних один з одним певним чином загальною системою управління.

Існує кілька типів регістрів, що відрізняються видом виконуваних операцій. Деякі важливі регістри мають свої назви, наприклад:

- суматор- регістр АЛУ, що у виконанні кожної операції;

- лічильник команд- регістр УУ, вміст якого відповідає адресою чергової команди, що виконується. Він служить для автоматичної вибірки програми із послідовних осередків пам'яті;

- регістр команд- регістр УУ для зберігання коду команди на період часу, необхідний її виконання. Частина його розрядів використовується зберігання коду операції, інші - зберігання кодів адрес операндов.

Комп'ютер є універсальним виконавцем обробки інформації. Отже, йому, як будь-якого виконавця, існує певна система команд (СКІ). Така система команд для комп'ютера називається мовою машинних команд(ЯМК)

Програма для комп'ютера- Це алгоритм, розроблений на ЯМК. Або, Програма керування комп'ютером– це послідовність команд ЯМК, де кожна команда – директива для процесора виконання певного дії.

Розглянемо етапи виконання програми.

Згідно з принципами Джона фон Неймана, програма під час її виконання та дані, які вона обробляє, знаходяться в оперативній пам'яті (принцип програми, що зберігається в пам'яті). Процесор виконує програму, починаючи з першої команди і закінчуючи останньою.

Яка основна властивість оперативної пам'яті? ( енергозалежність, працює з даними, активними в даний час)

Які є особливості у сприйнятті інформації людиною та комп'ютером? ( людина приймає інформацію з допомогою органів чуття, як знаків і сигналів, а комп'ютер приймає інформацію як цифр (0 і 1).)

Як зробити так, щоб програма, написана людиною, була зрозуміла комп'ютеру? (Потрібен спосіб перекладу)

p align="justify"> Для комп'ютера вся інформація повинна бути представлена ​​в двійкових кодах, тобто. потрібен спосіб перекладу. Такий спосіб перекладу називається трансляцієюа виконує це транслятор.

Висновок:Пристроєм, яке обробляє інформацію в комп'ютері, є процесор, отже, алгоритм повинен використовувати систему команд процесора, або іншими словами записаний машинною мовою, що є послідовністю нулів і одиниць

Спочатку програмісти, які працювали на комп'ютерах першого покоління (50-і – 60-ті рр.), становили програми на ЯМК (у двійкових кодах), але це досить складна робота, тому для полегшення програмування були створені мови програмування високого рівня (ЯПВУ) ) - це штучно створені мови з кількома десятками слів (операторів) та суворими правилами синтаксису. Складання програм на ЯПВУ набагато простіше. Приклади ЯПВУ: Фортран, Паскаль, Бейсік, Сі та ін.

Для того щоб процесор міг виконати програму, написану мовою програмування, вона і дані, з якими вона працює, повинні бути завантажені в оперативну пам'ять. Програма написана та завантажена в оперативну пам'ять і для того, щоб процесор її виконав в оперативній пам'яті, має бути ще й програма перекладач, який перекладає програму з мови високого рівня на мову машинних команд

Таким чином, ланцюжок подій від складання програми на ЯПВУ до отримання результатів розв'язання задачі виглядає так

Людина завжди повинна розуміти обмеженість можливості комп'ютера як виконавця, необхідність передбачити всі тонкощі команд, що доручаються комп'ютеру. Людина розробляє алгоритм, записує його на ЯПВУ та аналізує результати виконання програми.

Комп'ютер є формальним виконавцем програм.

Отже, комп'ютер неспроможна уникнути програми та вихідних даних, підготувати їх може лише людина.

Тому можна говорити, що вирішення завдань комп'ютером – це формальне виконання алгоритму (програми), а комп'ютер є формальним виконавцем.

Комп'ютер може бути використаний на вирішення найрізноманітніших завдань, тому, з умови завдання, людина вирішує, яким програмним засобом користуватися. Якщо до складу ПЗ входять програми, придатні на вирішення завдань людини, то зручніше ними користуватися (текстовий редактор, електронні таблиці, бази даних, презентації).

У разі, якщо не можна користуватися готовим програмним забезпеченням, доводиться вдаватися до програмування (операційні системи, доопрацювання ОС, транслятори, драйвери, архіватори, антивіруси).

ЗАГАЛЬНА СХЕМА КОМП'ЮТЕРА

Персональний комп'ютер(ПК) у своєму мінімально необхідному складі згідно з цією схемою включає:

• основні пристрої введення: клавіатуру та маніпулятор «миша»;
• основний пристрій виведення: монітор;
• центральна частина розташовується у системному блоці;
• зовнішня пам'ять розташовується на носіях – дисках та приводиться у дію спеціальними приводами – дисководами;
• у єдину конфігурацію всі частини ПК з'єднані за допомогою пристроїв сполучення.

В основі будови ПК лежать два важливі принципи: магістрально-модульний принципі принцип відкритої архітектури. Відповідно до першого всі частини та пристрої виготовляються у вигляді окремих блоків, інформація між якими передається по комплекту з'єднань, об'єднаних у магістраль. При цьому загальну схему ПК можна представити у такому вигляді:

Другий принцип побудови ПК – відкрита архітектура – ​​передбачає можливість складання комп'ютера із незалежно виготовлених частин, доступну всім бажаючим (подібно до дитячого конструктора).

Використані матеріали сайту http://www.iiikt.narod.ru

Виконавця характеризують:

• середовище;
• елементарні дії;
• система команд;
• відмови.

Середа(або обстановка) - це «місце проживання» виконавця .

Система команд.Кожен виконавець може виконувати команди лише з деякого заданого списку-системи команд виконавця. Для кожної команди мають бути задані умови застосування(в яких станах середовища може бути виконана команда) та описані результати виконаннякоманди.
Після виклику команди виконавець здійснює відповідне елементарну дію.

Відмовивиконавця виникають, якщо команда викликається за неприпустимого неї стані середовища.

Виконавецьнічого не знає про Цілі алгоритму.Він виконуєвсі отримані команди, не ставлячи запитань «чому» та «навіщо».

Комп'ютер як формальний виконавець алгоритмів.

Розглянемо процес управління інформаційним процесом, у якому як керований об'єкт обраний текст. Іншими словами, розглянемо інформаційний процес, пов'язаний із редагуванням (зміною стану) тексту.
По перше, щоб перетворити текст, повинен існувати хтось чи щось, який ці перетворення виконує. Іншими словами, необхідний виконавець цих перетворень.
По-друге, процес перетворення тексту необхідно розбити на окремі операції, які мають бути записані у вигляді окремих команд виконавцю. Кожен виконавець має певний набір , системою команд , які може виконати. У процесі редагування тексту можливі різні операції: видалення, копіювання, переміщення або заміна фрагментів. Виконавець редагування тексту повинен мати можливість виконати ці операції.
По-третє, має бути визначено початковий стан об'єкта,в даному випадку тексту, та його необхідне кінцевий стан(Мета перетворення).
Говоритимемо, що інформаційний процес, що має всі перераховані вище властивості, називається алгоритмом . Виконавець може виконати алгоритм, якщо команди алгоритму належать до системи команд виконавця.
Наприклад: користувачеві необхідно відредагувати текст так:

1. Виділити символи з 1 до 15.
2. Вирізати цей фрагмент та помістити його у буфер.
3. Встановити курсор на позицію після 7 символу.
4. Вставте вирізаний фрагмент тексту.

Цей алгоритм може виконувати формально. Користувач у процесі виконання алгоритму на комп'ютері натискатиме клавіші клавіатури, а при роботі з графічним інтерфейсом за допомогою миші активізувати ті чи інші кнопки, пункти меню і т.д. Фактично користувач даватиме команди об'єктам програмного середовища Windows&Office, які й будуть виконавцямиалгоритму.

Алгоритмічні мови програмування.Подання інформаційного процесу у формі алгоритму дозволяє доручити його автоматичневиконання різних технічних пристроїв, серед яких особливе місце займає комп'ютер. При цьому кажуть, що комп'ютер виконує програму (послідовність команд), що реалізує алгоритм якоюсь мовою програмування.

Контрольні питання. У чому на відміну від формального виконавця від інтелектуального? Що таке ЯМК? Хто запропонував таку систему? Які особливості виконання програми на ЯМК комп'ютером? Що таке ЯПВУ? Особливості виконання програми комп'ютера, написаної на ЯПВУ? Чому комп'ютер можна назвати формальним виконавцем?

Картинка 18 із презентації «Виконання алгоритмів комп'ютером»до уроків інформатики на тему «Алгоритм»

Розміри: 960 х 720 пікселів, формат: jpg. Щоб безкоштовно скачати картинку для уроку інформатики, клацніть на зображенні правою кнопкою мишки та натисніть «Зберегти зображення як...». Для показу картинок на уроці Ви можете також безкоштовно скачати презентацію «Виконання алгоритмів комп'ютером.ppt» повністю з усіма картинками в zip-архіві. Розмір архіву – 321 КБ.

Завантажити презентацію

Алгоритм

«Виконання алгоритмів комп'ютером» – процесор. Формальний виконавець Алгоритм та програма Особливості виконання програми. Особливості виконання програми. Трансляція. Склад команд ЯМК запропонував Джон фон Нейман у 1946р. Етапи виконання програми. Програма. 1. 0011+0101. Дані. Комп'ютери. 4. 3.

"Data Mining" - Література з Data Mining. Приклад 2. Історія Data Mining. Системи опрацювання експертних знань. Кібернетичні методи. Для карт Кохонен: карти входів, виходів, інші специфічні карти. Переваги методу. Складність розробки та експлуатації програми Data Mining. Процес конструювання. Критерії: Точність розпізнавання Помилка.

"Алгоритми в інформатиці" - Повна форма. Структура розгалуження. Наведіть, будь ласка, ще приклади циклічного алгоритму. Ні. Лінійний. Згадайте: що таке алгоритм? Дія. Структура циклу. Алгоритми можна описати: словесно; таблично; за допомогою програми; графічно. Як можна уявити алгоритм? Дія N. Циклічний.

«Логічні висловлювання» - Зміст. ?. Виражається словами ЯКЩО ..., ТО ... Логічне слідування або Імплікація. Ціль. Логічне заперечення. Приклад: для складання іспиту необхідні знання чи везіння. Логічне слідування. Логічні висловлювання. Запам'ятай знак! 1. Логічні 2. Предикати. затвердження. Позначається піктограмою.

"Команда алгоритму" - Кожна команда алгоритму повинна визначати однозначну дію виконавця. 2.Зрозумілість. 1.Точність. Команда 2. Серія. … Команда n. Команда 1. Лінійний алгоритм. Властивості алгоритму. Циклічний алгоритм. Алгоритм, у якому команди виконуються послідовно одна одною, називається… Умова.

Лінійний алгоритм - Від куди ми брали інформацію. Ми живемо за лінійним алгоритмом. І щось у нас закладено. Ми брали інформацію з голови. Лінійний алгоритм-. Як механізм у годинах: після 1, слід 2, після 2-3, після 3-4 повинен працювати алгоритм: все на своєму місці: після 1, слід 2, після 2-3 і т. д. Лінійний алгоритм у житті!! !

Всього у темі 31 презентація

Поява алгоритмів пов'язують із зародженням математики. Більше 1000 років тому (825 року) вчений з міста Хорезма Абдулла (або Абу Джафар) Мухаммед бен Муса аль-Хорезмі створив книгу з математики, в якій описав способи виконання арифметичних дій над багатозначними числами. Саме слово алгоритм виникло у Європі після перекладу на латину книги цього математика.

Алгоритм- Опис послідовності дій (план), суворе виконання яких призводить до вирішення поставленого завдання за кінцеве число кроків.

Ви постійно стикаєтеся з цим поняттям у різних сферах діяльності (кулінарні книги, інструкції з використання різних приладів, правила вирішення математичних завдань...). Зазвичай ми виконуємо звичні дії, не замислюючись, механічно. Наприклад, ви добре знаєте, як відчиняти ключем двері. Проте, щоб навчити цьому малюка, доведеться чітко роз'яснити й самі ці дії та порядок їх виконання: 1. Дістати ключ із кишені. 2. Вставити ключ у замкову щілину. 3. Повернути ключ двічі проти годинникової стрілки. 4. Вийняти ключ.

Якщо ви уважно озирнетеся навколо, то виявите безліч алгоритмів, які ми з вами постійно виконуємо. Світ алгоритмів дуже різноманітний. Незважаючи на це, вдається виділити загальні властивості, якими має будь-який алгоритм.

Властивості алгоритмів: 1. Дискретність (алгоритм повинен складатися з конкретних дій, що випливають у порядку); 2. Детермінованість (будь-яка дія має бути строго і недвозначно визначено в кожному випадку); 3. Кінцевість (кожна дія та алгоритм в цілому повинні мати можливість завершення); 4. Масовість (один і той самий алгоритм можна використовувати з різними вихідними даними); 5. Результативність (відсутність помилок, алгоритм повинен призводити до правильного результату для всіх допустимих вхідних значень).

Види алгоритмів: 1. Лінійний алгоритм (опис дій, що виконуються одноразово в заданому порядку); 2. Циклічний алгоритм (опис дій, які повинні повторюватися вказане число разів або поки не виконано завдання); 3. Розгалужувальний алгоритм (алгоритм, у якому залежно від умови виконується або одна, або інша послідовність дій) 4. Допоміжний алгоритм (алгоритм, який можна використовувати в інших алгоритмах, вказавши лише його ім'я).

Для більш наочного представлення алгоритму широко використовується графічна форма – блок-схема, що складається із стандартних графічних об'єктів.

Вид стандартного графічного об'єкта	Призначення
	Початок алгоритму
	Кінець алгоритму
	Дія, що виконується, записується всередині прямокутника
	Умова виконання дій записується всередині ромбу
	Ввід вивід

Стадії створення алгоритму: 1. Алгоритм має бути представлений у формі, зрозумілій людині, яка його розробляє. 2. Алгоритм повинен бути представлений у формі, зрозумілій тому об'єкту (у тому числі й людині), який виконуватиме описані в алгоритмі дії.

Об'єкт, який виконуватиме алгоритм, зазвичай називають виконавцем.

Виконавець- Об'єкт, який виконує алгоритм.

Ідеальними виконавцями є машини, роботи, комп'ютери.

Виконавець здатний виконати лише обмежену кількість команд. Тому алгоритм розробляється і деталізується так, щоб у ньому були присутні ті команди та конструкції, які може виконати виконавець.

Виконавець, як і будь-який об'єкт, перебуває у певному середовищі може виконувати лише допустимі у ньому дії. Якщо виконавець зустріне в алгоритмі невідому йому команду, виконання алгоритму припиниться.

Комп'ютер – це автоматичний виконавець алгоритмів.

Алгоритм, записаний на "зрозумілому" комп'ютері мовою програмування, називається програмою.

Програмування – процес складання програми для комп'ютера. Для перших ЕОМ програми записувалися як послідовності елементарних операцій. Це була дуже трудомістка та неефективна робота. Тому згодом було розроблено спеціальні мови програмування. В даний час існує безліч штучних мов для складання програм. Однак, так і не вдалося створити ідеальну мову, яка б влаштувала б усіх.