Основы программирования с Java

Изучение программного обеспечения включает в себя рассмотрение поведения алгоритмов, компьютерных программ, чтобы определить, работают ли они правильно и эффективно.

В центре внимания данной книги – программное обеспечение компьютерных систем.

В конце концов, основное использование компьютеров, это решение реальных задач.

В этой книги вы узнаете некоторые фундаментальные концепции программирования для решения задач с использованием компьютерных программ.

Здесь мы будем использовать много примеров, которые работают с фотографиями и изображениями, чтобы проиллюстрировать некоторые важные концепции программирования.

И вы сможете применить эти понятия для решения реальных задач.

Аппаратные средства

Давайте начнем рассмотрение основных компонентов компьютерных систем. И начнем мы с аппаратных средств.

В общем и целом, есть два основных компонента в компьютере, а именно аппаратные и программные компоненты.

В 1946 году, первый, общего назначения, электронный компьютер в мире был построен Пенном.

Он назывался ENIAC. ENIAC означает электронный цифровой интегратор и компьютер.

Как вы можете видеть на этом слайде, ENIAC был большой машиной, которая весила более 30 тонн, содержала приблизительно 18000 вакуумных трубок, и размещалась в большой комнате 180 квадратных метров.

Если сравнивать с сегодняшним компьютером, вы увидите, что компьютерный чип, который используется в вашем мобильном телефоне, во много-много раз более мощный, чем ENIAC.

Существует важное наблюдение, сделанное Гордоном Муром, сооснователем Intel, он предсказал в 1965 году, что мощность компьютерного чипа удваивается примерно каждые 18 месяцев.

Это наблюдение еще работает и сегодня.

Это имеет некоторые очень важные последствия, потому что задача, которая требует одну минуту времени обработки, используя сегодняшнюю машину, потребовала бы более 40 лет времени обработки с помощью компьютера, разработанного 40 лет назад, то есть, машина все равно бы не выполнила задачу после 40 лет.

В общем и целом, компьютер представляет собой электронное устройство, которое работает под управлением команд (или программ), хранящихся в запоминающем устройстве.

Диаграмма здесь иллюстрирует поток данных с помощью различных аппаратных компонентов.

Сначала принимаются данные с устройств ввода, далее данные обрабатываются арифметически и логически с помощью получения инструкций и данных из основной памяти, иногда необходимо получить больше данных и файлов из устройств хранения.

Затем программа будет выдавать результаты на устройства вывода, иногда она может передавать результаты обратно к устройствам хранения данных для использования в будущем.

Эту модель вычислений часто называют хранимой программой компьютера.

Основным компонентом компьютера является центральный процессор, который считается мозгом компьютера.

Процессоры можно найти во многих современных устройствах, включая ПК, ноутбуки и мобильные устройства, такие как смартфоны и планшеты.

Центральный процессор получает инструкции из памяти и выполняет вычисление данных.

И ЦП, как правило, состоит из двух частей, а именно, это арифметико-логическое устройство и блок управления.

Арифметико-логическое устройство ALU отвечает за вычисления, в том числе основных арифметических операций, таких как сложение, вычитание, умножение и деление, и логической оценки данных, в том числе логических сравнений, таких как "равно", "больше чем" или "меньше чем".

Блок управления контролирует и координирует общие операции внутри компьютера.

Основные функции блока управления включают в себя:

Управление доступом к главной памяти хранения.

Управление последовательностью, в которой команды выполняются.

Регулирование времени всех операций, осуществляемых в CPU.

Отправка и прием сигналов управления в и из периферийных устройств, таких как клавиатура и принтер.

Управление потоком данных между АЛУ и основной памятью.

Существует три вида памяти для работы компьютера.

Это память, которая находится внутри процессора, и которая известна как «регистр».

Регистры, это быстрая память для хранения данных, которые процессор в настоящее время обрабатывает.

Все данные должны быть сохранены в регистре, прежде чем они могут быть обработаны.

Например, в сложении двух чисел, оба числа должны быть в регистрах, а результат также будет помещен в регистр.

Это основная память, которая также известна как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), которая содержит инструкции программы и данные для программы.

В современных компьютерах, процессоры снабжены также кэш-памятью, которая хранит часто используемые данные для того, чтобы сократить время доступа к оперативной памяти.

Устройства ввода несут ответственность за получение информации от пользователей.

Самым распространенным устройством ввода является клавиатура, которая стала стандартным устройством для большинства компьютеров.

Кроме того, существуют и другие устройства ввода, которые помогают улучшить пользовательский интерфейс, например, мышь.

Некоторые устройства ввода разработаны с конкретной целью.