Общие принципы работы ПК
- Принцип автоматического исполнения программ в ЭВМ.
1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ПК
Электронная вычислительная машина является универсальным средством автоматической обработки информации, представленной в дискретной (цифровой) форме. Обычно для такого представления используются многоразрядные двоичные коды. Любая информация в ЭВМ хранится, передается и обрабатывается машинными словами, содержащими определенное число двоичных разрядов.
Для понимания принципов построения и работы ЭВМ необходимо понять и усвоить последовательность решения задач. В общем случае эта последовательность складывается из следующих этапов:
- постановка задачи и разработка ее математической модели в виде формульных зависимостей;
- выбор метода численного решения (если необходимо);
- разработка алгоритма решения задачи, т.е. определение последовательности элементарных действий, приводящих к искомому результату;
- Написание программы на одном из языков программирования;
- Реализация вычислительного процесса с помощью компьютера.
Если первые четыре этапа всегда реализуются человеком, то выполнение последнего этапа зависит от компьютера-исполнителя программы. Для создания эффективной и рациональной программы разработчик должен не только знать язык программирования, но и представлять себе, как осуществляется вычислительный процесс в недрах компьютера.
В основу построения подавляющего
большинства компьютеров
1.1. Принцип программного управления
Из данного принципа следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Программа указывает ЭВМ то, какие операции ей необходимо выполнить, над какими данными и в какой последовательности. Программа, состоящая из отдельных команд, заранее составляется и вместе с исходными данными вводится в память ЭВМ.
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.
Если же нужно после
выполнения команды перейти не к
следующей, а к какой-то другой, используются
команды условного или
1.2. Принцип однородности памяти
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти – число, текс или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке. Что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).
Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции – перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.
1.3. Принцип адресности
Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.
Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без «счетчика команд», указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются нефон-неймановскими.
- РАБОТА УСТРОЙСТВ ЭВМ ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОМ ВЫПОЛНЕНИИ КОМАНД ПРОГРАММЫ
Для автоматического выполнения последовательности команд (программы) в состав центрального процессора входят два основных устройства:
- арифметико-логическое устройство;
- устройство управления .
Совокупность устройства управления и арифметико-логическое устройство называют процессором ЭВМ, поскольку именно эти устройства реализуют вычислительный процесс в соответствии с заданной программой. Процессор занимает центральное место в структуре ЭВМ, так как осуществляет автоматическое управление взаимодействием всех устройств, входящих в состав ЭВМ.
Арифметико-логическое устройство предназначено для приема из оперативной памяти кодов операндов, т.е. данных, участвующих в выполнении операции, и для выполнения над ними операций в соответствии с кодами операций команд. Операндами могут быть исходные данные задачи, промежуточные результаты, а в некоторых случаях – коды других команд.
В арифметико-логическом устройстве производятся арифметические и логические действия. Часто это устройство называют операционным блоком. Когда впервые появилась идея создания аналитической вычислительной машины (Бэббидж, 1823 г.), то прототип этого устройства был известен под названием «мельница для производства арифметических операций».
Следует отметить, что арифметико-логическое устройство выполняет только одно арифметическое действие – сложение. Это обусловлено физическими принципами работы ЭВМ. Все же остальные действия (вычитание, умножение, деление, возведение в степень) реализуются как совокупность операций сложения. Операции сложения кодов выполняет основной узел арифметико-логического устройства – сумматор . Наряду с сумматором в состав устройства входят также различные регистры, обеспечивающие временное хранение информации, подлежащей обработке в арифметико-логическом устройстве на данном этапе вычисления. Регистры являются наиболее быстродействующим устройством памяти машины.
Логические действия ЭВМ аналогичны логическим действиям человека. Например, Вы идете по улице и Вам надо перейти перекресток, регулируемый светофором. Каковы Ваши действия?
Если горит красный свет, Вы стоите, если желтый, Вы стоите, а если зеленый свет, Вы переходите улицу. Можно эти действия выразить более формально. Есть три показателя А, В, С. Каждый показатель имеет два уровня: ДА и НЕТ. Вы перейдете улицу, если показатель С имеет уровень Да, а показатели А, В – уровень НЕТ, и т.д. В результате такого анализа можно составить логическую схему.
Любую сложную логическую задачу можно разложить на более простые логические задачи, где достаточно анализировать только два уровня: ДА и НЕТ. Это аналогично тому, как любое арифметическое действие можно заменить операцией сложения.
Таким образом, арифметико-логическое устройство предназначено для приема из оперативной памяти кодов операндов и для выполнения над ними операций в соответствии с кодами операций команд.
2.2. Устройство управления
Устройство управления электронной вычислительной машины предназначено для управления автоматическим исполнением программы всеми устройствами машины. Под этим подразумевается автоматическая работа устройства ввода при вводе программы и исходных чисел, автоматический выбор и исполнение команд, вывод результатов .
Устройство управления позволяет управлять всем ходом вычислительного и логического процесса в компьютере. Устройство управления условно можно назвать «мозгом» компьютера, потому что оно анализирует каждую очередную команду и посылает приказы всем остальным устройствам, выполнение которых приводит к исполнению команды. Однако возможности устройства управления еще очень далеки от мыслительных способностей, которыми обладает человек. Дело в том, что мозг человека не просто перерабатывает информацию, а на основе имеющихся у него знаний в различных областях вырабатывает решение. В настоящее время уже ведутся работы по созданию таких компьютеров, где бы использовались подобные возможности.
В существующих моделях компьютеров устройство управления – это скорее всего «регулировщик движения», который в зависимости от той или иной ситуации принимает решение, что делать дальше – остановить поток информации, обработать весь поток или его часть, куда этот поток информации направить, и т.д. Какой же основной принцип заложен в устройство управления?
Как было сказано ранее, команда предписывает ЭВМ выполнить определенные действия, а значит, управление работой компьютера на самом деле производит программа, хранящаяся в памяти. А что же делает тогда устройство управления? Устройство управления – это техническое воплощение идеи, заложенной в программе. Функция устройства управления заключается в том, чтобы прочесть очередную команду, расшифровать ее и подключить необходимые цепи и устройства для ее выполнения. Следует так организовать работу устройства управления, чтобы считывание очередной команды из памяти происходило автоматически. Устройство управления для выполнения команды в компьютере организует повторение одного и того же цикла:
- формирование адреса очередной команды, адрес первой команды формируется вне цикла специальным способом;
- чтение очередной команды программы, хранящейся в памяти, и расшифровка ее содержания;
- выполнение команды, т.е. подключение необходимых электрических цепей, схем, блоков.
Количество циклов определяется количеством команд в программе. Функция устройства управления обуславливается содержанием программы, хранящейся в памяти. В связи с этим и появился термин программное управление компьютером, означающий, что устройство управления работает в соответствии с той программой, которую разработал человек и поместил на хранение в память компьютера.
Рассмотрим, из каких частей состоит команда и в чем заключаются ее основные функции, которые реализуют устройство управления. Во-первых, команда представляет собой код, состоящий из 1 и 0, и внешне ничем не отличается от кода числа. Знает о том, что это команда, а не число, только программист, разработавший программу и заложивший в нее правило формирования адреса очередной команды. В соответствии с этим правилом работает блок формирования адреса команды.
Во-вторых, команда состоит
из двух частей: кода операции и кода
адреса ячейки памяти, где хранится
данное, над которым должна быть
произведена эта операция. В некоторых
компьютерах в команде
Устройство ЭВМ включает в свой состав центральное устройство управления, а также ряд блоков, управляющих работой отдельных устройств, - ввода, вывода, запоминающего и арифметического устройств. Эти части центрального устройства управления называются местными устройствами управления. Надо сказать, что центральное и местные устройства управления тесно связаны между собой, так что иногда местные устройства управления например запоминающего устройства, рассматривают как блоки центрального устройства управления .
При исполнении программ не все устройства загружены одинаково. Например, при вводе программы и чисел устройства вывода простаивают. Не работают они и во время вычислений, а в момент вывода результатов бездействуют устройства ввода, запоминающее устройства. Чтобы повысить загруженность отдельных устройств и общее быстродействие ЭВМ в последние годы стали выпускать машины, способные одновременно выполнять несколько программ. Это, безусловно, привело к значительному усложнению центрального устройства управления и местных устройств управления. В таких машинах в память вводятся сразу несколько рабочих программ, а также программа-диспетчер, которой оператор сообщает сведения о степени важности задач. Если в выполнении разных программ должны участвовать различные устройства, эти программы выполняются, но как только наступает момент, когда для двух из них требуется одно и то же устройство, программа-диспетчер приостанавливает выполнение менее срочной задачи и дает возможность решать более важную. Таким образом, сокращается общее время решения задач на ЭВМ и повышается среднее быстродействие машины .
Таким образом, устройство управления организует процесс выполнения программ и координирует взаимодействие всех устройств ЭВМ во время ее работы.
- Поиск информации в Интернет. Web-индексы, Web-каталоги.
Сеть интернет растет очень быстрыми темпами, и найти нужную информацию среди миллиардов Web-страниц и файлов становится все сложнее. Для поиска информации используются специальные поисковые серверы, которые содержат более или менее полную и постоянно обновляемую информацию о Web-страницах, файлах и других документах, хранящихся на десятках миллионов серверов Интернета.
Различные поисковые сервера могут использовать различные механизмы поиска, хранения и предоставления пользователю информации. Поисковые серверы Интернета можно разделить на две группы:
поисковые системы общего назначения;
специализированные поисковые системы.
Современные поисковые системы часто являются информационными порталами, которые предоставляют пользователям не только возможности поиска документов в Интернете, но и доступ к другим информационным ресурсам (новостям, информации о погоде, о валютном курсе, интерактивным географическим картам и так далее).
1.1 Основы поисковых служб
Сегодня пользователь World Wide Web оказывается в той же ситуации, что читатель крупной библиотеки. Чем больше фонды библиотеки, тем труднее найти именно ту книгу, которая сейчас нужна. Для упрощения поиска в библиотеке существуют каталоги: систематический, алфавитный, предметный и другие. Существуют и специализированные каталоги, например каталоги новых поступлений.
В сети поиск обеспечивают специальные поисковые службы. Умение пользоваться ими, собственно говоря, и составляет умение пользоваться Интернетом. Все поисковые системы WWW основаны на гиперссылках. Обращаясь к поисковой службе, мы формулируем запрос, в котором формально описываем то, что хотим найти. Проведя нужные операции, служба формирует Web-документ, состоящий из гиперссылок, ведущих к ресурсам WWW, соответствующим нашему запросу. Какой из этих гиперссылок мы воспользуемся — дело наше. Несмотря на то, что результат всегда един (клиент получает список рекомендованных гиперссылок), принцип действия у разных поисковых служб может быть различным. Ниже мы рассмотрим, как классифицируются поисковые службы по типам предоставляемых услуг, а также по способам формирования своих ресурсов. Последнее очень важно для эффективной работы не только пользователей, но и Web-мастеров. Пользователи должны учитывать способ формирования баз данных, чтобы знать, на что они могут рассчитывать при поиске информации, а Web-мастера должны это знать, чтобы добиться наилучшего представления своих ресурсов в основных поисковых службах мира.
1.2 Основные поисковые системы
Поисковая система — программно-аппаратный комплекс с веб-интерфейсом, предоставляющий возможность поиска информации в Интернете. В просторечии под поисковой системой подразумевают веб-сайт, на которой размещён интерфейс системы. Программной частью поисковой системы является поисковая машина — комплекс программ, обеспечивающий функциональность поисковой системы и являющийся коммерческой тайной компании-разработчика поисковой системы.
Поисковые системы уже давно стали неотъемлемой частью российского Интернета. Поисковые системы сейчас – это огромные и сложные механизмы, представляющие собой не только инструмент поиска информации, но и заманчивые сферы для бизнеса.
Большинство пользователей поисковых систем никогда не задумывались (либо задумывались, но не нашли ответа) о принципе работы поисковых систем, о схеме обработки запросов пользователей, о том, из чего эти системы состоят и как функционируют.
Основные поисковые системы:
AltaVista (http://www.altavista.com/)
По количеству индексированных Web-страниц Alta-Vista — одна из крупнейших (но не самая крупная, как это иногда считается) поисковых систем мира. Огромный объем охвата Web-пространства и мощный набор поисковых команд делают эту систему излюбленным средством поиска для большинства пользователей. Система была запущена в эксплуатацию в декабре 1995 г. и долгое время считалась молодой, но бурно развивающейся. Для начинающих система имеет упрощенную службу, которая называется Ask Alta Vista. В своей работе эта служба привлекает другую поисковую службу — Ask Jeeves (см. ниже). Несмотря на то, что сегодня Alta Vista уже не является самым удобным средством поиска и владеет не самым большим индексом, ее популярность по-прежнему выше, чем у служб, которые превзошли ее по многим показателям, что связано с устоявшимися привычками миллионов пользователей.
Ask Jeeves (http://www.askjeeves.com/)
Эта система представляет образец человеческого (неавтоматизированного) подхода к индексации и хранению информации о Web-документах. Ее цель не в том, чтобы выдать в ответ на запрос как можно больше возможных ссылок, в том, чтобы они были наиболее точны. В идеале система должна вас направить именно к той Web-странице, которая вам как раз и нужна. Система была введена в эксплуатацию в июне 1997 г. Результаты поиска в этой системе используются и при размещении запроса в Alta Vista.
Direct Hit (http://www.directhit.com/)
Систему Direct Hit можно назвать системой «рафинирования» результатов поиска, выдаваемых другими поисковыми системами. Она контролирует, какими результатами поисков клиенты пользуются наиболее часто и, тем самым, создает некий рейтинг популярности Web-страниц. Этот рейтинг она предоставляет другим поисковым системам, и они учитывают его при выдаче результатов. Технология Direct Hit напрямую используется поисковой системой HotBot. Она также учитывается системами Lycos, LookSmart и MSN Search.
Excite (http://www.exc1te.com/)
Excite — одна из самых популярных поисковых систем World Wide Web. Она имеет указатель среднего размера и кроме поиска Web-страниц предоставляет услуги по поиску других материалов, например сведений о компаниях или результатов спортивных соревнований. Система была создана в конце 1995 г., прошла этап бурного развития и в 1996 г. поглотила двух ближайших конкурентов: систему Magellan и WebCrawler, хотя те по-прежнему сохраняют свои торговые марки и предоставляют поисковые услуги как самостоятельные службы.
FAST Search (http://www.alltheweb.com/)
Эта система, принадлежащая норвежской компании, ранее называлась All TheWeb. Несмотря на то, что она была запущена совсем недавно (в мае 1999 г.), перед ней ставится задача обогнать конкурентов в полноте коллекций ссылой на Web-страницы. Кажется, ей это удается. Летом 1999 г. FAST Search первое перешагнула 200-миллионный рубеж проиндексированных Web-докумеатов. Кроме системы FAST Search та же компания контролирует подразделение системы Lycos, занимающееся поиском музыкальных файлов в формате МРЗ.
Go/Infoseek (http://www.go.com/)
Go/lhfoseek — это сочетание известной в прошлом поисковой системы Infoseek (была основана в 1995 г.) и современного портала Go (создан в 1999 г. и принадлежит небезызвестной Walt Disney Co). Кроме поисковых возможностей Infoseek портал предоставляет зарегистрированным пользователям возможность персональной настройки среды, бесплатную электронную почту и другие полезные cepвисы. Пользователи этой системы отмечают высокое качество ссылок, возвращаемых системой, что объясняется специальным «фирменным» алгоритмом! поиска. Кроме автоматизированного указателя система имеет также обширный каталог Web-узлов, составляемый вручную.
GoTo (http://www.goto.com/)
Поисковая служба GoTo не имеет отношения к порталу Go , и известна тем, что формирует результаты поиска на коммерческой основе. Компании, владеющие Web-узлами, за определенную плату могут договориться, чтобы ссылки на них появлялись на более высоких местах в списках итоговых результатов. Насколько известно, более никто, кроме Alta Vista, не занимается такими махинациями. Впрочем, служба GoTo не считает это махинацией, а полагает, что платежеспособность Web-издателя напрямую связана с качеством поставляемой им информации, и потому для пользователя такой подход полезен. При формировании списка служба берет оплаченные ссылки из собственной базы данных, а неоплаченные черпает от поисковой системы Inktomi (см. ниже).
Служба была запущена в 1997 г. В ее основу был положен Web-краулер World Wide Web Worm, приобретенный у разработчика — университета штата Колорадо. С его помощью собиралась первичная база указателя. В 1998 г. служба перешла на нынешнюю «коммерческую» модель обслуживания и начала использовать систему Inktomi в качестве генератора «некоммерческих» ссылок.
Google (http://www.google.com/)
Служба Google известна тем, что при генерации списка ссылок в первую очередь выдает ссылки на те Web-страницы, к которым из других документов ведет наибольшее количество ссылок. Это дает очень интересный эффект. На большинстве поисковых систем совершенно бесполезно искать информацию по таким тривиальным словам как Cars (Автомобили), Internet, WWW, Games (Игры). Поиск по этим словам вернет столько ссылок, что среди них невозможно найти самые полезные. Служба Google при проведении поиска по тривиальным словам дает отличные результаты, поскольку руководствуется мнением других пользователей, ранее осуществлявших подобный поиск.
HotBot (http://hotbot.lycos.com/)
По популярности среди сетевой общественности HotBot приближается к Alta Vista. Как и Alta Vista, эта служба имеет огромный поисковый указатель и много полезных функций. При генерации первой страницы ссылок HotBot использует результаты, поступающие от системы Direct Hit (см. выше). При генерации последующих страниц используется система Inktomi (см. ниже), услугами которой пользуются и другие поисковые службы. Кроме поиска по ключевым словам служба предоставляет также возможность поиска по тематическому каталогу. Данные для каталога черпаются из проекта Open Directory (см. ниже).
Служба HotBot была создана в мае 1996 г. компанией Wired Digitals, которую в 1998 г. перекупила поисковая служба Lycos. Несмотря на это, HotBot продолжает функционировать как самостоятельная поисковая служба, параллельно с Lycos.
Inktomi (http://www.inktorm.com/)
Ядро поисковой системы Inktomi было разработано вуниверситете Калифорнии в Беркли. Несколько позже создатели системы учредили одноименную компанию и сформировали указатель ссылок Inktomi, который был использован в качестве основы службой HotBot. Сегодня этот указатель используют и некоторые другие поисковые службы. Несмотря на то, что при ответе на запрос пользователя все подключенные службы обращаются к одной и той же базе данных, результаты выдаются разные. Это связано с тем, что хотя Inktomi и обеспечивает партнерам доступ к общей базе указателей, система всетаки различает партнеров и применяет системы рейтингования и фильтрации результатов в соответствии с их идеологией.
LookSmart (http://www.looksmart.com/)
Служба LookSmart — ближайший последователь концепции Yahoo! в том, что касается «человеческого фактора» при составлении каталогов Web-ресурсов. Она предоставляет доступ к своему каталогу службе Alta Vista и другим партнерам. В тех случаях, когда поиск по архивам LookSmart не дает результата, ей помогает своими указателями Alta Vista.Служба LookSmart была создана в 1996 г. при финансовой поддержке концерна Reader's Digest, но примерно через год ее учредители откупили ' службу, и сегодня она независима.
Lycos (http://www.lycos.com/)
Первоначально служба Lycos была запущена как поисковая система, основанная на программе-роботе, собирающей информацию из WWW. Запущенная в эксплуатацию еще в мае 1994 г., сегодня она считается одной из старейших поисковых служб. Однако совсем недавно, в 1999 г. служба перешла на другую модель, похожую на Yahoo! и основанную на каталогизации Web-узлов. Свои основные каталоги служба получает от проекта Open Directory, а дополнительные возможности поиска опираются на мониторинг WWW с помощью программ-роботов. В качестве альтернативной услуги Lycos ведет еще один каталог — каталог Web-узлов Lycos Community Guides.
Название компании образовано из латинского словосочетания, которое можно перевести примерно как волкопаук. В 1998 г. служба Lycos выкупила акции своего ближайшего конкурента HotBot, который продолжает автономную работу под общим управлением Lycos.
MSN Search (http://search.msn.com/)
Служба MSN Search, принадлежащая компании Microsoft была создана в 1998 г. и является порталом, на котором представлены и другие поисковые службы. В основу результатов поиска, выдаваемых службой, положен указатель, поставляемый системой Inktomi.
Netscape Search (http://search.netscape.com/)
Поисковая служба Netscape Search получает первичные результаты поиска от проекта Open Directory и собственной базы Smart Browsing. Вторичные результаты Search поставляются службой Google. На портале Netscape NetCenter кроме этой собственной службы присутствуют ссылки и на другие поисковые службы.
Yahoo (http://www.yahoo.com/)
Yahoo'—одна из старейших и наиболее популярных поисковых служб. Ее каталог был запущен в эксплуатацию еще в 1994 г. Секрет успеха Yahoo' в человеческом факкоре». На службу работают около 150 редакторов, неустанно улучшающих и пополняющих множество тематических разделов огромною каталога. В каталоге содержатся данные по одному миллиону Web-узлов. Если поиск по собственному каталогу не дает результата, привлекаются ресурсы поискового указателя Inktomi.
Приведем пример поиска(Попробуем
с помощью российского
В браузере открыть начальную страницу поискового сервера Яндекс. В поле поиска ввести ключевые слова, например "информатика учебники тесты CD-ROM".
В результате по запросу найдено 54 тыс. ответов, некоторые не совсем по теме, поэтому нужно точнее вводить запрос
интернет интерфейс информация поиск
1.2.1 Отечественные поисковые системы
С большим удовлетворением должна отметить, что российский сектор Интернета развивается очень бурно. Сегодня ситуация такова, что даже если западный сектор по каким-либо причинам «прикажет долго жить», российский сектор достаточно автономен, чтобы развиваться самостоятельно и достойно обслуживать отечественных клиентов.
Важную роль в становлении
и развитии отечественного сектора
Интернета сыграли
