Какое устройство считывает команды из памяти и организует их выполнение

Обновлено: 21.11.2024

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Если у вас есть какие-либо вопросы, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам.

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, нужно ли пересматривать статью.

программное обеспечение, инструкции, которые сообщают компьютеру, что делать. Программное обеспечение включает в себя весь набор программ, процедур и подпрограмм, связанных с работой компьютерной системы. Этот термин был придуман, чтобы отличить эти инструкции от оборудования, то есть физических компонентов компьютерной системы. Набор инструкций, предписывающих аппаратному обеспечению компьютера выполнять задачу, называется программой или программным обеспечением.

Двумя основными типами программного обеспечения являются системное программное обеспечение и прикладное программное обеспечение. Системное программное обеспечение управляет внутренним функционированием компьютера, в основном через операционную систему, а также контролирует такие периферийные устройства, как мониторы, принтеры и устройства хранения данных. Прикладное программное обеспечение, напротив, предписывает компьютеру выполнять команды, заданные пользователем, и можно сказать, что оно включает в себя любую программу, которая обрабатывает данные для пользователя. Таким образом, прикладное программное обеспечение включает в себя текстовые процессоры, электронные таблицы, управление базами данных, программы инвентаризации и расчета заработной платы и многие другие «приложения». Третья категория программного обеспечения — это сетевое программное обеспечение, которое координирует обмен данными между компьютерами, связанными в сети.

Компьютеры размещают веб-сайты, состоящие из HTML, и отправляют текстовые сообщения так же просто, как. РЖУ НЕ МОГУ. Взломайте этот тест, и пусть какая-нибудь технология подсчитает ваш результат и раскроет вам его содержание.

Программное обеспечение обычно хранится на внешнем устройстве долговременной памяти, таком как жесткий диск или магнитная дискета. Когда программа используется, компьютер считывает ее с запоминающего устройства и временно помещает инструкции в оперативную память (ОЗУ). Процесс сохранения и последующего выполнения инструкций называется «запуском» или «исполнением» программы. Напротив, программы и процедуры, которые постоянно хранятся в памяти компьютера с использованием технологии только для чтения (ПЗУ), называются прошивкой или «аппаратным программным обеспечением».

Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и обновлена ​​Адамом Августином.

Компьютер представляет собой сложную систему, состоящую из множества различных компонентов. Но в сердце — или, если хотите, в мозгу — компьютера находится единственный компонент, который выполняет фактические вычисления. Это центральный процессор или центральный процессор. В современном настольном компьютере ЦП представляет собой один «чип» размером порядка одного квадратного дюйма. Работа процессора заключается в выполнении программ.

Программа – это просто список недвусмысленных инструкций, которым компьютер должен следовать автоматически. Компьютер создан для выполнения инструкций, написанных на очень простом языке, называемом машинным языком. Каждый тип компьютера имеет свой собственный машинный язык, и компьютер может напрямую выполнять программу только в том случае, если программа написана на этом языке. (Он может выполнять программы, написанные на других языках, если они сначала переведены на машинный язык.)

Когда ЦП выполняет программу, эта программа сохраняется в основной памяти компьютера (также называемой ОЗУ или оперативной памятью). В дополнение к программе в памяти также могут храниться данные, которые используются или обрабатываются программой. Основная память состоит из последовательности ячеек. Эти местоположения пронумерованы, а порядковый номер местоположения называется его адресом. Адрес обеспечивает способ выбора одной конкретной части информации из миллионов, хранящихся в памяти. Когда ЦП необходимо получить доступ к программной инструкции или данным в определенном месте, он отправляет адрес этой информации в качестве сигнала в память; память отвечает, отправляя обратно значение, содержащееся в указанном месте. ЦП также может хранить информацию в памяти, указав информацию, которая должна быть сохранена, и адрес места, где она должна быть сохранена.

На уровне машинного языка работа ЦП довольно проста (хотя и очень сложна в деталях). ЦП выполняет программу, которая хранится в основной памяти в виде последовательности инструкций машинного языка. Он делает это, многократно считывая или извлекая инструкцию из памяти, а затем выполняя или выполняя эту инструкцию.Этот процесс — выборка инструкции, ее выполнение, выборка другой инструкции, ее выполнение и так далее до бесконечности — называется циклом выборки-и-выполнения. За одним исключением, которое будет рассмотрено в следующем разделе, это все, что когда-либо делал ЦП. (На самом деле все это несколько сложнее в современных компьютерах. Типичный процессорный чип в наши дни содержит несколько «ядер» ЦП, что позволяет ему выполнять несколько инструкций одновременно. А доступ к основной памяти ускоряется за счет «кэшей» памяти, которые могут доступ к ним осуществляется быстрее, чем к основной памяти, и они предназначены для хранения данных и инструкций, которые, вероятно, скоро потребуются ЦП. Однако эти сложности не меняют основной операции.)

ЦП содержит арифметико-логическое устройство или АЛУ, которое является частью процессора и выполняет такие операции, как сложение и вычитание. Он также содержит небольшое количество регистров, которые представляют собой небольшие блоки памяти, способные хранить одно число. Типичный ЦП может иметь 16 или 32 регистра «общего назначения», в которых хранятся значения данных, которые сразу доступны для обработки, и многие инструкции машинного языка ссылаются на эти регистры. Например, может быть инструкция, которая берет два числа из двух указанных регистров, складывает эти числа (используя АЛУ) и сохраняет результат обратно в регистр. И могут быть инструкции для копирования значения данных из основной памяти в регистр или из регистра в основную память.

ЦП также включает регистры специального назначения. Наиболее важным из них является счетчик программ, или ПК. ЦП использует ПК, чтобы отслеживать, где он находится в программе, которую он выполняет. ПК просто сохраняет адрес памяти следующей инструкции, которую должен выполнить ЦП. В начале каждого цикла выборки и выполнения ЦП проверяет ПК, чтобы узнать, какую инструкцию он должен получить. В ходе цикла выборки и выполнения число в ПК обновляется, чтобы указать инструкцию, которая должна быть выполнена в следующем цикле. Обычно, но не всегда, это просто инструкция, которая последовательно следует за текущей инструкцией в программе. Некоторые инструкции машинного языка изменяют значение, хранящееся в ПК. Это позволяет компьютеру «прыгать» с одной точки программы на другую, что необходимо для реализации функций программы, известных как циклы и переходы, которые обсуждаются в разделе 1.4.

Компьютер выполняет программы на машинном языке механически, то есть не понимая их и не думая о них, просто из-за того, как он физически устроен. Это не простая концепция. Компьютер представляет собой машину, состоящую из миллионов крошечных переключателей, называемых транзисторами, которые обладают тем свойством, что их можно соединять вместе таким образом, что выходной сигнал одного переключателя может включать или выключать другой переключатель. Когда компьютер выполняет вычисления, эти переключатели включают или выключают друг друга по шаблону, определяемому как способом их соединения, так и программой, которую выполняет компьютер.

Инструкции машинного языка выражаются в виде двоичных чисел. Двоичное число состоит всего из двух возможных цифр, нуля и единицы. Каждый ноль или единица называется битом. Итак, инструкция машинного языка — это просто последовательность нулей и единиц. Каждая конкретная последовательность кодирует определенную инструкцию. Данные, которыми манипулирует компьютер, также кодируются в виде двоичных чисел. В современных компьютерах каждая ячейка памяти содержит байт, представляющий собой последовательность из восьми битов. Инструкция машинного языка или часть данных обычно состоит из нескольких байтов, хранящихся в последовательных ячейках памяти. Например, когда ЦП читает инструкцию из памяти, он может фактически прочитать четыре или восемь байтов из четырех или восьми ячеек памяти; адрес памяти инструкции — это адрес первого из этих байтов.

Компьютер может работать напрямую с двоичными числами, поскольку переключатели могут легко представлять такие числа: включите переключатель, чтобы представить единицу; выключите его, чтобы представить ноль. Инструкции на машинном языке хранятся в памяти в виде комбинаций включенных и выключенных переключателей. Когда инструкция машинного языка загружается в ЦП, все, что происходит, это то, что определенные переключатели включаются или выключаются в шаблоне, кодирующем эту инструкцию. ЦП устроен так, чтобы реагировать на этот шаблон, выполняя закодированную им инструкцию; он делает это просто из-за того, что все остальные переключатели в ЦП соединены вместе.

Итак, вы должны понимать, как работают компьютеры: основная память содержит программы и данные на машинном языке. Они кодируются как двоичные числа. ЦП извлекает инструкции машинного языка из памяти одну за другой и выполняет их. Каждая инструкция заставляет ЦП выполнять какую-то очень небольшую задачу, например сложение двух чисел или перемещение данных в память или из памяти.Процессор делает все это механически, не задумываясь и не понимая, что он делает, и поэтому исполняемая им программа должна быть совершенной, завершенной во всех деталях и однозначной, потому что процессор не может ничего сделать, кроме как выполнить ее точно так, как она написана. Вот схематическое изображение этого первого этапа понимания компьютера:

� �� � - Физические части компьютера -

Центральный процессор; мозг компьютера; управляет другими элементами компьютера

Периферийное устройство, которое считывает и/или записывает информацию на диск

Устройство (обычно внутри корпуса компьютера), которое считывает и записывает информацию, включая операционную систему, программные файлы и файлы данных

Периферийное устройство, используемое для ввода данных нажатием клавиш

Периферийное устройство, используемое для подключения одного компьютера к другому по телефонной линии

Устройство, используемое для визуального отображения информации

Периферийное устройство, используемое для указания элементов на мониторе

Сетевая карта; плата, вставленная в компьютер и обеспечивающая физическое подключение к сети

Периферийное устройство, преобразующее выходные данные компьютера в печатное изображение

Программное обеспечение

���� - Инструкции, выполняемые компьютером -

Полные автономные программы, выполняющие определенную функцию (например, электронные таблицы, базы данных)

Основная единица информации компьютера

Процесс загрузки или инициализации операционной системы на компьютере; обычно происходит сразу после включения компьютера

Программа, используемая для просмотра страниц всемирной паутины, например Netscape Navigator или Internet Explorer

Часть программы, которая обычно вызывает сбои в работе компьютера; часто устраняется с помощью исправлений или обновлений программы

Небольшая единица хранения данных; 8 бит; обычно содержит один символ

Происходит, когда пользователь нажимает кнопку мыши, которая, в свою очередь, генерирует команду для компьютера

Большой структурированный набор данных; файл, содержащий множество записей, содержащих множество полей

Небольшой гибкий диск, используемый для хранения компьютерных данных

Происходит, когда пользователь дважды быстро нажимает кнопку мыши; это генерирует команду для компьютера

Перенос данных с другого компьютера на ваш компьютер

Происходит, когда пользователь наводит указатель мыши на значок или папку, нажимает кнопку и, не отпуская кнопку, перемещает значок или папку в другое место на компьютере, где кнопка была отпущена

Программа, управляющая аппаратным или периферийным устройством

Часто задаваемый вопрос; документы, которые отвечают на вопросы, общие для определенного веб-сайта или программы

Именуемая единица хранения данных; элемент хранения данных; одна последовательность байтов

Графическое представление, используемое для организации набора компьютерных файлов. как в концепции картотеки (жесткий диск компьютера) с файлами (папками)

Программное обеспечение предоставляется пользователю бесплатно

1 073 741 824 байта или 1 024 мегабайта; обычно сокращенно ГБ

Графический пользовательский интерфейс; использует изображения и слова для представления идей, выбора, функций и т. д.

Небольшое изображение, используемое для представления файла или программы в графическом интерфейсе

Сеть компьютерных сетей, охватывающая всемирную паутину, FTP, telnet и многие другие протоколы

Интернет-протокол; уникальный адрес или номер компьютера в Интернете

1024 байта; обычно сокращенно КБ

1 048 576 байт или 1 024 килобайта; достаточно места для хранения, примерно равное 600-страничной книге в мягкой обложке; обычно сокращенно Mb

Любое устройство, на котором хранятся компьютерные данные

Список операций, доступных пользователю программы

Набор подключенных компьютеров

Любое из нескольких аппаратных устройств, подключенных к процессору

Оперативная память; тип хранилища, которое изменяется; при выключении компьютера оперативная память стирается

Постоянная память; тип хранилища, который не меняется даже при выключении компьютера

Позволяет пользователю контролировать, какая часть документа видна в окне; доступно либо горизонтально, либо вертикально, либо и то, и другое

Программное обеспечение предоставляется по минимальной цене пользователям, которые имеют честь отправить в оплату программисту

Программа, организованная в строки и столбцы и работающая с числами

Графическое представление деятельности программы; ряд значков, используемых для выполнения задач в программе

Единый указатель ресурсов; адрес сайта во всемирной паутине; стандартный способ поиска объектов в Интернете

Преднамеренно вредоносная компьютерная программа, предназначенная для создания раздражающих сбоев или уничтожения данных

Экран в программе, который позволяет пользователю просматривать несколько программ одновременно

"Программное обеспечение" — это общая категория кода, работающего на оборудовании.Если аппаратное обеспечение — это пианино, то программное обеспечение — это музыка. Обычный случай — это «программа», такая как Firefox — программное обеспечение, которое вы запускаете на своем компьютере для решения конкретной проблемы. Компьютер может запускать несколько программ одновременно и несет ответственность за разделение их памяти.

ЦП понимает низкоуровневый язык "машинного кода" (также известный как "собственный код"). Язык машинного кода встроен в конструкцию аппаратного обеспечения ЦП; это не то, что можно изменить по желанию. Каждое семейство совместимых ЦП (например, очень популярное семейство Intel x86) имеет свой собственный уникальный машинный код, несовместимый с машинным кодом других семейств ЦП.

Что такое программа/приложение?

  • Что такое программа или приложение?
    - напр. Фаерфокс
  • Firefox состоит из миллионов инструкций машинного кода.
    - Запускается сверху вниз (прямо как Javascript!)
    - Появляется окно Firefox (первые 1000 инструкций)
    - Появляются его меню (следующие 1000)
    - Курсор мигает в ожидании ввода
  • Инструкции, при запуске которых выполняются действия "Firefox".
  • Firefox.exe — это файл в файловой системе размером 80 МБ
    («.exe» — это соглашение Windows для названия файла программы)
  • Файл Firefox.exe в основном состоит из инструкций машинного кода.
  • Каждая инструкция имеет размер, скажем, 4 байта
  • Firefox.exe размером 80 МБ содержит около 20 миллионов машинных инструкций.

Машинный код определяет набор отдельных инструкций. Каждая инструкция машинного кода чрезвычайно примитивна, например, сложение двух чисел или проверка того, равно ли число нулю. При сохранении каждая инструкция занимает всего несколько байтов. Когда мы говорили ранее, что ЦП может выполнять 2 миллиарда операций в секунду, мы имели в виду, что ЦП может выполнять 2 миллиарда строк машинного кода в секунду.

Программа, такая как Firefox, состоит из последовательности миллионов очень простых инструкций машинного кода. Немного сложно поверить, что что-то столь богатое и сложное, как Firefox, может быть построено из инструкций, которые просто складывают или сравнивают два числа, но именно так это и работает. Песчаная скульптура может быть богатой и сложной, если смотреть на нее с расстояния, даже если отдельные песчинки чрезвычайно просты.

Как работает программа?

  • ЦП запускает «цикл выборки/выполнения»
    -выбирает одну инструкцию в последовательности,
    -выполняет (запускает) эту инструкцию, например выполнить сложение
    -выбрать следующую инструкцию и т. д.
  • Запустить программу = запустить ЦП на его 1-й инструкции
    он прогоняет весь машинный код, запуская программу
    программа будет иметь такие инструкции, как «вернуться к шагу 3», чтобы сохранить ее работает
  • Сверхпростые инструкции машинного кода выполняются со скоростью 2 миллиарда операций в секунду.

ЦП выполняет инструкции, используя цикл «выборка-выполнение»: ЦП получает первую инструкцию в последовательности, выполняет ее (добавляя два числа или что-то еще), затем выбирает следующую инструкцию и выполняет ее и так далее. Некоторые инструкции влияют на порядок, в котором ЦП выполняет последовательность инструкций. Например, инструкция может указать ЦП вернуться к более ранней точке в последовательности инструкций (циклы реализованы таким образом) или пропустить следующую инструкцию, если определенное условие истинно (условия if реализованы таким образом). .

Как начинается программа?

  • Файл Firefox.exe содержит свои инструкции (в файловой системе)
  • Чтобы запустить Firefox.exe:
    -Каждая программа получает свою собственную область ОЗУ,
    -Область ОЗУ содержит код программы и данные, с которыми она манипулирует
    - Байты инструкций копируются из хранения в ОЗУ
    -ЦП получает указание начать работу с первой инструкции
    -Теперь программа работает!

В файловой системе такой файл, как Firefox.exe, просто содержит байты инструкций машинного кода, из которых состоит программа («.exe» — это соглашение Windows, обозначающее файл как программу). Каждая инструкция машинного кода занимает примерно 4 байта, а вся программа представляет собой просто огромную последовательность инструкций.

Когда пользователь дважды щелкает файл программы, чтобы запустить его, по сути, блок байтов инструкций для программы копируется в ОЗУ, а затем ЦП получает указание начать работу с первой инструкции в этой области ОЗУ.

Что запускает Firefox? «Операционная система»

  • Как запустить Firefox?
  • "Операционная система"
    -e.g. Windows, Linux, Android, iOS
  • Операционная система = управление
  • Набор управляющих программ, которые управляют компьютером.
  • Операционная система запускается при первом включении компьютера
  • Управление запуском/остановкой программ
  • Управление оперативной памятью
  • Управление постоянным хранилищем
  • Компьютеры могут запускать несколько программ одновременно
  • Операционная система отслеживает информацию для каждой программы и распределяет ресурсы (например, ОЗУ) между программами.

"Операционная система" компьютера подобна первой управляющей программе, которая начинает работать при первом включении компьютера ("загружается"). Операционная система играет невидимую административную и бухгалтерскую роль за кулисами. Когда ноутбук или телефон запускается, операционная система обычно приводит все в порядок, а затем запускает программу «Проводник файлов», которая отображает доступные программы, меню и т. д., которые показывают пользователю, что доступно, позволяя пользователю перемещаться по программам и запускать их.< /p>

Операционная система поддерживает порядок в фоновом режиме, так что несколько программ могут работать одновременно, что называется "многозадачностью". Операционная система выделяет каждой программе собственную область памяти, поэтому каждая программа получает доступ только к своим собственным ресурсам... пытаясь ограничить возможности ошибочной или вредоносной программы. Хранение программ отдельно иногда называют «песочницей»... посредничество в доступе каждой программы, чтобы она работала независимо, не мешая другим программам или системе в целом. Точно так же каждая программа имеет некоторый доступ к экрану через окно, но эта область вывода отделена от вывода других программ.

Вспомните, что файл .exe или что-то еще — это, по сути, просто файл с инструкциями машинного кода. Когда вы дважды щелкаете программу, операционная система «запускает» программу, выполняя вспомогательные действия по выделению области памяти в ОЗУ для программы, загружая первый раздел машинного кода программы в эту память и, наконец, направляя CPU для запуска этого кода.

Читайте также: