Информатика негіздері

Дәлдік пен  ұқыптылық. Компьютерлік жүйелерді пайдаланудағы үшінші себеп - олардың дәлдігі мен ұқыптылығында жатыр. Егер біз компьютерге нақты мәліметтер беріп, оларды өңдеудің дұрыс жолдарын көрсетсек, ол әрқашанда қатесіз дұрыс нәтижелер береді. Кейде компьютер қате нәтиже берді деп айтады. Мұндайда компьютерді қателеспейтінін, қатенің себебі мәліметтердің оған дұрыс берілмегендігінен немесе осы мақсатқа арналған мәліметтердің алгоритмінің қате болғаны екенін ашып айту кажет.

Дербес ЭЕМ-нің  элементтік базасы

Дербес ЭЕМ-нің (ДЭЕМ) элементтік базасы болатын электрондық компоненттері информация өңдеудің белгілі бір қызметін немесе оны сақтау ісін атқарады. Мұндай компоненттер интегралдық схемалар деп аталады. Интегралдық схема металдан не пластмассадан жасалған қорапқа салынған жартылай өткізгішті кристалдардан түрады. Жіңішке жіп секілді арнайы сымдар осы кристалды қораптын шеткі тақшаларымен жалғастырады.

Жартылай өткізгішті кристалл көбінесе өте таза кремнийден жасалады, оны жасауда вакуумдық  бүрку, тырналау, қоспаларды иондық түрде енгізу, дәлме-дәл фотолитография тәрізді және де басқа жоғары сапалы технологиялар қолданылады.

Осындай күрделі технология нәтижесінде кристалда электр схемасына  біріктірілген "электрондық молекулалар" жасалады. Олар бір кристалл көлемінде (5x5 мм) жүз мыңнан аса бір-бірімен байланысқан "электрондық молекулаларды" құрастырып, өте күрделі информацияны түрлендіру жұмыстарын орындай алады. Мүмкін болашақта осындай схемалар элементтері рөлін тікелей ұғымдағы заттардың молекулалары атқаратын шығар.

 Интегралдық схемаларды жасау, тексеру, олардың сапаларын бақылау - барлығы да автоматтандырылған, оның үстіне оларды сериялық түрде шығару да меңгерілген. Интегралдық схемаларды шығаруды баспаханалардағы кітапты көбейтіп шығарумен салыстыруға болады. Олар өздерінің атқаратын функцияларына қарай ЭЕМ-нің әр түрлі тетіктерінің - шифраторлардың, сумматорлардың, күшейткіштердің түрлеріне байланысты бөлек-бөлек топтарға жіктеліп, серияіларға бөлініп шығарылады.

Бұл схемалардың интегралдық (біріктірілген) деп аталу себебі, олардың бір кристалы күрделі логикалық функциялардың белгілі біреуін орындай алады, сосын олардан транзисторлар мен диодтардан қүрастырылатын сияқты машина қондырғылары оңай жасалады.

ДЭЕМ бірыңғай аппараттық жүйеге біріктірілген техникалық эляектрондық құрылғылар жиынынан түрады. ДЭЕМ қүрамына кіретін барлық құрылғыларды олардың функционалдық белгілеріне қарай екіге бөлу қалыптасқан, олар: жүйелік блок және сыртқы құрылғылар.

Жүйелік блок мыналардан түрады:

• микропроцессор;
• оперативті есте сақтаушы құрылғы немесе жедел жады;
• тұрақты есте сақтаушы құрылғы;
• қоректену блогы мен мәлімет енгізу-шығару порттары.

Ал, сыртқы құрылғылар былайша бөлінеді:

• информация енгізу құрылғылары;
• информация шығару құрылғылары;
• информация жинақтауыштар.

ДЭЕМ-нің құрамында ең аз дегенде жүйелік блок, бір-бірден енгізу, шығару құрылғылары және ең аз дегенде бір информация жинақтауыш құрылғы кіреді. ДЭЕМ-де шешілетін мәселеге байланысты пайдаланушы адам оның минималды конфигурациясына қосымша шеткері құрылғыларды қосу арқылы кеңейтуіне болады.

Информация мен басқару  командаларын енгізетін негізгі  құрылғыларға пернетақта (клавиатура), “тышқан” тәрізді тетік және сканер (із кескіш) жатады. Осындай функцияларды бұлардан өзге жарық қаламұштары, жарық сезгіш планшеттер, джойстиктер (ұршық тәріздес тетік) және басқа да мәселелерді шешуге қолданылатын құралдар орындайды. Мысалы, осылардың кейбіреуін жобалау жүмыстарын автоматтандыруда қолдануға болады.

ІВМ дербес компьютерінің  негізгі блоктары

Әдетте ІВМ дербес компьютерлері мынадай бөліктерден (блоктардан) түрады:

• жүйелік блок (тік немесе жатық қорапта орналасқан);
• мәтіндік және графикалық информацияны кескіндеуге арналған монитор немесе дисплей;
• әр түрлі символдарды компьютерге енгізуге арналған пернетақта немесе пернелік;

Компьютердегі ең негізгі құрылғы – жүйелік блок, оның ішіне ДЭЕМ-нің басты құрылғылары орналасқан. Жүйелік блогы құрамында микропроцессор, жедел жады, тұрақты есте сақтаушы құрылғы, қоректену блогы мен енгізу-шығару порттары және мәлімет жинақтауыштары бар.

Бұлардан басқа компьютердің жүйелік блогына мынадай құрылғыларды қосуға болады:

• мәтіндік және графикалық информацияларды басып шығаруға арналған принтер;
• графикалық   курсормен   басқарылатын   құрылғы   -“тышқан” графикалық қолтетігі.
• джойстик – компьютерлік ойындарда қолданылатын қолмен басқарылатын тетік;
• графиксызғыш немесе плоттер – сызбаларды (графиктерді) қағазға шығаруға арналған құрылғы;
• сканер (ізкескіш) – графикалық немесе мәтінді ииформацияларды оқуға арналған оптикалық құрылғы;
• СD-RОМ – компакт-дискілерді оқуға арналған құрылғы. Ол қозғалатын бейнелерді, мәтіндерді және дыбыстарды жазу үшін кеңінен пайдаланылады;
• модем — телефон желісі арқылы басқа компьютерлермен информация алмасуға арналған құрылғы;
• стример – мәліметтерді магниттік таспада сақтауға арналған құрылғы;
• желілік адаптер компьютерді жергілікті желіде (торапта) қолдануға мүмкіндік береді.

Сонымен, ДЭЕМ-нің негізгі құрылғыларына процессор, жады (жедел және сыртқы), сыртқы құрылғыларды қосу және мәліметтерді жеткізу құрылғылары жатады. Компьютерге кіретін немесе оған қосылатын әр түрлі құрылғылардың сипаттамаларын тәжірибелік жұмыстарда қарастырамыз..

5-дәріс. Программалауға  кіріспе Алгоритмдеу есептердің негізі.

Алгоритмдеу және алгоритм қасиеттері. Алгоритм және программа. Блок- схемалар.

Электронды-есептеу техникасының қоғам дамуында қолдану саласының орасан көбеюіне байланысты, алгоритм үғымы тұрмыста кәдімгі ұғымдардың бірі болып келе жатқандығы белгілі. Алгоритм информатиканың негізгі ұғымдарының бірі. Тиімді алгоритм құрастыру – ЭЕМ-да есеп шығару процесінің қажетті кезеңі. «Алгоритм» сөзіне келетін болсақ, кейбір сөз тіркестерінде мәні жағынан нұсқау, жарлық, қағида, рецепт, ереже, тәртіп, заң, жоба, жол, норма сөздеріне синоним болып келеді. Алгоритм сөзі IX ғасырдағы өзбек ғалымы Әл-Хорезмидің атымен байланысты шыққан. Ол «Арифметикалық трактат» деген еңбегінде арифметикалық амалдарды орындау тәртібін ұсынған. Сөйтіп арифметикалық амалдардың орындалу ережесі, геометриялық фигуралардың салыну ережесі, сөздердің жазылуының грамматикалық ережесі т.с. сияқтылар алгоритм деп аталып кеткен.

Алгоритм бағалылығы сол алгоритмді орындаушының (атқарушының) мүмкіндігіне тікелей байланысты. Сондықтан  алгоритмді құрастырғанда алдын-ала  анықталған орындаушының мүмкіндігін  ескеру қажет, яғни орындаушы құрастырылған алгоритмді орындай алатын болуы керек.

Алгоритм қасиеттері

Қазіргі кезде алгоритмнің  дәл, нақты математикалық анықтамасы жоқ, көптеген оқулықтарда алгоритмнің  анықтамасы жылдар бойы жинақталған  түсініктермен беріледі. Сонымен, алгоритм – анықталған мақсатқа жету үшін (берілген есептің шешімін табу үшін), орындаушыға (адамға, ЭЕМ-ға) арналған, орындау тәртібі ұйымдастырылған, түсінікті, ықшамды, шектелген нұсқаулар (қадамдар, ұйғарымдар, бұйрықтар) тізбегі.

Алгоритмді орындау  мақсаты – қандай болса да нәтиже алу. Нәтижесіз мақсатқа жету, нәтижесіз есептің шешімін табу алгоритмін құрастыру мүмкін емес. Сондықтан әрбір алгоритм нәтижелілік қасиетке ие болуға тиісті. Сонымен қатар алынған нәтиже алдын ала анықталған шарттарды қанағаттандыруы керек, яғни ол нәтиже пайдаланушыға түсінікті болуы керек. Жалпы түрде айтқанда алдын-ала анықталған мақсатқа жету үшін, яғни мақсатқа жету алгоритмін орындау үшін мәліметтер тобы (шикізат, қор, қаржы, ресурстар, жер, астық тұқымдары т.с.с.) берілуі қажет. Бұл мәліметтер тобының ішіне алынатын нәтиженің сапасы, кейбір қасиеттері, сандық өлшемдері (көлемі, бағасы, салмағы т.с.с.) қай жерде қолданылуы кіруі мүмкін. Сонымен алгоритмді орындау алдында орындаушыға алғашқы мәліметтер тобы белгілі болуға тиісті, осындай мәліметтерді алгоритмңің аргументтері деп атаймыз. Алгоритмді орындаумен алынған нәтиже әрқашан алгоритм аргументтерінде (алғашқы мәліметтерде) анықталған шарттарды, ескеруге тиісті. Бұдан алгоритмдерде аргументтер өзгерсе, нәтижелер де өзгеру керек. Басқаша айтқанда, алгоритмдерде әртүрлі аргументтерді алуға болады, яғни алгоритмді бір типті есептер жиынтығын шығару үшін қолдануға болады. Алгоритмнің осындай қасиетін ж а л п ы л ы қ (көпшілік) деп атаймыз. Қорыта келгенде, жалпылық - әрбір алгоритмнің барлық өзгертуге болатын аргументтер жиыны үшін анықтаулы.

Алгоритмді орындау  үшін, алгоритмнің аргументтері мен  нәтижелері, құрылымы, нұсқаулар мазмұны  орындаушыға түсінікті болуы  керек. Мысалы цирктегі жануарларға  алдын-ала үйреткен белгілер арқылы алгоритмдерді орындатпаса, басқа белгілерді түсінбейді, құлыпталған жабық есікті өзіне тиісті кілтпен ашпаса есік ашылмайды, кітапханада кітаптың атын, авторын, шифрын жазып бермесеңіз кітапханашы түсінбей, кітабыңызды тауып бермейді, микрокалькулятордың ережесі бойынша жұмыс істемесеңіз, ол программаны түсінбейді, яғни есептемейді. Осы мысалдардан алгоритмнің түсініктілік қасиетіне ие болып отырғандығын көріп отырмыз.. Кез-келген алгоритм шектеулі қадамдар тізбегі түрінде қүрастырылады. Оның орындалуы жеке қадамдардың орындалуымен қамтамасыз етілдеі, яғни кезекте тұрған қадам алдында тұрған қадам орындалып біткеннен кейін орындалады, сөйтіп кезек-кезекпен барлық қадамдар орындалып шығады. Мұны алгоритмның дискреттілігі дейді. Алгоритм орындалғанда кейбір қадамдары бірнеше рет қайталануы мүмкін, бірақ қайталану саны шектеулі болу керек. Бүл қасиет алгоритмнің шектеулігі деп аталады. Кейде, есептердің шешімін табу алгоритмін құрастырғанда берілген аргументтері бойынша қандай жағдайларға әкеліп соқтыратынын ескермесек, алгоритмнің орындалу кезінде ескерілмеген жағдай бойынша орындаушы шексіз қадамдар жасауы мүмкін. Алгоритмдердің әрбір қадамы анық, бір мағыналы, нақты бір амалды, іс-қимылды анықтауы немесе орындауы қажет. Сонымең қатар орындаушы өзіне бекітілген қатал тәртіпке сүйене отырып, өзіне тиісті іс-қимылдарды орындауы қажет. Басқа сөзбен айтқанда, алгоритмдер көп нәрсеге түсінбейтін жас балаға немесе роботтарға арналған нұсқаулар тізбегі сияқты, анық нұсқаулардан тұрады, яғни қандай орындаушы болса да, жазылған алгоритмді орындауы тиіс. Алгоритмнің бүл қасиеті анықтылық деп аталады. Сонымен алгоритмнің анықтылық қасиеті сол алгоритмнің нұсқауларының мазмұны немесе қадамдары анық болуы. Кез-келген алгоритмді орындаушы санаулы (аз) уақыт аралығында, дәл орындауы қажет. Сонымен қатар, алгоритмдегі қадамдар ықшамды болуға тиісті; алғашқы мәліметтер немесе аргументтер тізімі ықшамды (үнемді) хабарлануға тиісті; әрбір қадамды таңдауға мүмкіндік бар болса, таңдалған қадам тез орындалуға тиісті. Яғни алгоритмнің орындалу уақыты мен алгоритмге бөлінген (қадамдарға, аргументтерге, нәтижелерге бөлінген) орын көлемін (зерде көлемі) тиімді пайдалану қажет. Алгоритмнің осындай қасиетін алгоритмнің т и і м д і л і к қасиеті деп атаймыз.

Алгоритм түрлері

Алгоритмдегі қадамдар (нұсқаулар) құрылымы жағынан сызықтық, тармақталатын және қайталанатын болып үш түрге бөлінеді.

Аргументтерді (берілген алғашқы мәліметтерді) ешбір шартқа тәуелсіз, жай қарапайым, анық бір  түрлендіруден немесе өңдеуден тұратын  қадамдар жиынтығын құрайтын алгоритмді сызықтық түрде берілген деп атаймыз. Сызықтық алгоритмдегі нүсқауларды орындаушы рет-ретімен барлығын орындап шығуға тиісті, яғни бірде-бір нүсқау орындалмай қалуы мүмкін емес, сондай-ақ әрбір нүсқау бір рет орындалуға тиісті. Басқаша айтқанда, сызықтық түрдегі алгоритмде қадамдар біртіндеп, кездесу ретімен орындалады.

Алгоритмдерді орындау  кезінде, аныкталған шарттың ақиқаттығына және жалғандығына байланысты кейбір қадамдар орындалмай қалса, орындаушының алдында қадамдарды таңдау мүмкіншілігі түрып кейбір қадамдарды орындамай нәтижеге жетсе, онда мүндай алгоритмдерді тармақталатын алгоритмдер деп атаймыз. Сонымен тармақталушы алгоритмде басқару шарттың орындалу-орындалмауына (ақиқат-жалғандығына) байланысты берілген екі бағыттың біреуіне беріледі.

Алгоритмдерде барлық нұсқауларды орындаумен қатар, кейбір нұсқаулар тізімі шарттың ақиқат жалғандығына байланысты бірнеше рет орындалуы мүмкін, яғни кейбір қадамдар қайталанып тұруы мүмкін. Осындай алгоритмдерді қайталанатын алгоритмдер деп атаймыз. Басқаша айтқанда, қайталанатын алгоритмде алгоритмнің белгілі бір бөлігі қандай да бір шарттың орындалуына байланысты бірнеше рет қайталанады.

Алгоритмнің  жазылу түрлері.

Алгоритмдегі нұсқаулардың берілу түріне қарай алгоритмді жазылу әдістеріне бөлуге болады. Орындаушының өзіне тән біліміне байланысты арнайы белгілер, дауыстар, сөздер, іс-қимылдар, схемалар арқылы алгоритмдерді үйымдастыру әдістерін алгоритмдердің жазылу әдістері деп атаймыз. Кейде алгоритмді бір орындаушыға бірнеше белгілермен орындатуға болады. Мысалы музыкадан хабары бар адамға музыканы орындау алгоритмін ноталар арқылы немесе дыбыстар арқылы, сөздер арқылы орындатуға болады. Сонымен алгоритмнің жазылу әдісі орындаушының біліміне және мүмкіңдігіне байланысты анықталады.

Адам орындаушы ретінде кездесетін алгоритмдер көбіне сөзбен жазылады. Сөзбен жазылған алгоритм дегеніміз арнаңы іс-әрекеттерді білдіретін сөйлемдердің белгілі кезекте орналасқан тәртібі. Жоғарьіда келтірілген мысалдарды сөзбен жазылған алгоритмдерге жатқызуға болады. Сөзбен жазылу әдісімен бірге, алгоритмдер машина тілінің арнайы белгілері, графикалық белгілер (блок-схемалар), формулалар, дыбыс белгілері арқылы жазылуы мүмкін. Мысалы, үшбүрыштың табаны а мен биіктігі һ бойынша ауданын есептеу алгоритмін формуламен  жазу әдісі бойынша былай жазылады: S=аһ/2; әнді орындау алгоритмін дыбыс белгілерімен жазу әдісі бойынша ноталарға арнайы белгілерді орналастыру арқылы жазамыз. Аталған алгоритмдердің жазылу әдістерінің ішінде сөзбен жазылу әдісі кең тараған әдістерінің бірі. Сөзбен жазылу әдісінің басқа әдістерден артықшылығы алгоритмде орындалатын ойларды мазмұны бір әртүрлі сөйлемдермен (нұсқаулармен) жазуға болатындығы, яғни нақты бір жазуға қатаң талап қойылмайтындығында. Бұл артықшылық көбіне адамның тіл байлығының арқасында болып отыр.