На рис. 4 изображена структурная схема ЭВМ, где схематично показаны основные устройства ЭВМ, участвующие в процессе ввода, обработки, хранении и выводе информации, а также показаны связи между этими устройствами.
ЭВМ способна обрабатывать исходные данные только в том случае, если в память машины кроме данных, введена программа, с помощью которой эти данные необходимо обрабатывать.
Современные ЭВМ допускают различные способы ввода исходной информации в память машины. Наиболее широко используется ввод непосредственно с клавиатуры.
Процессор ЭВМ считывает данные из памяти, выполняет над ними необходимые операции, указанные в программе, и результаты вычислений вновь записывает в память ЭВМ.
Результаты обработки данных (выполнения программы) можно увидеть, если вывести их на экран монитора или распечатать на принтере.
Все операции над данными выполняет процессор ЭВМ!
Следует отметить то обстоятельство, что машина не может понять смысл решаемой задачи, так как ЭВМ — это только электронный робот, который точно выполняет указания, записанные в программе. Поэтому лишь точно и однозначно сформулированные предписания могут быть переданы для выполнения вычислительной машине.
Для решения задачи в память ЭВМ необходимо поместить всю информацию необходимую для её решения.
Память машины состоит из ячеек (рис. 5). Данные, преобразованные в машинные слова, заносятся в ячейки по одному слову в каждую ячейку. Записанную в память информацию можно неоднократно считывать и использовать в вычислениях. Однако если в ячейку памяти вводится новое слово, то прежняя информация, хранившаяся в этой ячейке, исчезает.
Рассмотрим как машина решет простую задачу нахождения среднего арифметического двух чисел.
Алгоритм решения задачи.
Прочитать из ячеек памяти a и b исходные данные, сложить их и полученный результат записать в ячейку s.
Прочитать число, находящееся в ячейке s, разделить его на 2 и полученный результат записать в ячейку v.
Два задаваемых числа — это исходные данные, которые перед решением задачи должны быть помещены в память. Ячейки, хранящие эти данные, названы именами
a и
b, а место памяти, предназначенное для хранения выходного данного, —
v (рис. 6). Ячейка с именем
s, куда заносится сумма исходных данных, называется ячейкой
промежуточного результата.
Если в ячейке памяти
a к началу выполнения программы находилось число 25, а в ячейке
b — число 3, то после выполнения двух указанных операций в ячейку
v будет записан результат — число 14. Нетрудно заметить, что при других исходных данных по той же программе будет получен другой результат. Следовательно, одна и та же программа пригодна для решения множества задач, отличающихся друг от друга только значениями исходных данных.
Различают переменные величины простые (или одиночные) и индексированные. Когда данных немного, то для каждого из них можно отвести свою переменную. Но при использовании большого количества данных целесообразно применять не отдельные переменные, а массивы — упорядоченные совокупности величин одного типа, обозначенные одним именем. Упорядоченность заключается в пронумерованности каждого из однородных объектов этой совокупности.
Любой массив обладает четырьмя характеристиками — именем, типом, размерностью и размером.
Имя массива образуется так же, как и имя переменной, и должно однозначно указывать на рассматриваемую совокупность объектов, конкретизируя их особенности.
Тип показывает, какой из параметров входящих в массив элементов является основным. При решении задач на языках программирования используются только два типа — числовой и символьный, ибо только числовые и символьные величины возможно обрабатывать на компьютере.
Размерность указывает на расположение элементов массива: если они записываются в строку или столбец, то массив одномерный, в строку и столбец – двумерный, в строку, столбец и в высоту — трехмерный. Двумерные массивы часто называют матрицами. Если количество строк и столбцов двумерного массива совпадает и равно N, то массив называется квадратной матрицей порядка N. Элемент квадратной матрицы, номера столбца и строки которого совпадают, называется диагональным.
Размер массива говорит о количестве входящих в массив элементов. Он может быть числовой константой, переменной с заданным значением, арифметическим выражением.
Любой элемент массива обладает двумя характеристиками —
именем, совпадающим с именем массива, в котором он находится, и
порядковым номером (индексом), определяющим местоположение (позицию) элемента в массиве. Элемент одномерного массива имеет один индекс, который, показывает положение элемента в самом массиве, двумерного — два: первый индекс — номер строки, второй — номер столбца, на пересечении которых расположен элемент.
Над массивами можно производить операции, условно подразделяемые на три основные категории: арифметические, логические и перестановочные. К
арифметическим операциям относятся сложение и умножение массивов, умножение и деление массива на число.
Логические операции построены на сравнении элементов массива с заданным значением и выполнении соответствующих операций — замена одних элементов другими, подсчет, преобразование и т. д.
Перестановочные операции — обмен строк или столбцов массива, обмен элементов массива, сортировка массива по определенному признаку. К классу задач на перестановку относятся и некоторые задачи на логические операции: те задачи, где проверяется некое условие, в зависимости от выполнимости которого меняются местами элементы массива.
При работе с массивами на компьютере под них, так же как и под простые переменные, выделяется память. Но, в отличие от простых переменных, для массивов память должна быть выделена сразу под все элементы, так как они располагаются в соседних ячейках памяти. В связи с этим компьютеру необходимо заранее указать, какие массивы будут использованы и каков размер каждого из них. Такое сообщение называется описанием массива.
Число в скобках указывает на количество зарезервированных мест для элементов массива.
Обработка массива, а также ввод-вывод его элементов осуществляются поэлементно.