Базовые понятия пpогpаммиpования. Действие, пpоцесс, алгоритм, программа

Создание программ в Алгоритм

Особенности конструктора:

• Удобный интерфейс.
• Множество готовых функций и визуальных объектов.
• Возможность создания браузеров, текстовых редакторов и медиа-плееров за пару минут.
• Создание программ, работающих с файлами, папками и реестром.
• Набор полезных объектов с расширенными возможностями. К примеру перезагрузка ПК, или рабочий стол.
• Вывод готовой программы в формате exe, за пару кликов.
• Экспорт программы в язык Visual Basic.NET, для доработки на высоком уровне программирования.

Конечно, для серьезной разработки программ, Алгоритму 2, существенно не достает возможностей, но для простых задач этот конструктор подойдет идеально. Если вам нужно быстро создать программу с определенным набором функций и уникальным интерфейсом, то данная среда разработки отлично вам в этом поможет.

В жизни нам часто приходится встречаться с различными ситуациями, в которых мы совершаем одни и те же определенные действия. Для того, чтобы вовремя проснуться, нам нужно не забыть включить будильник. Для того, чтобы утолить свой голод, нам необходимо выполнить одни и те же действия по приготовлению вкусной пищи. Для того, чтобы выполнить знакомую нам работу, мы тоже часто делаем одно и то же.

Такое поведение можно называть по-разному, смотря в каком контексте оно рассматривается. Если рассмотреть с позиции эффективности деятельности, то эти действия можно назвать привычками или навыками. Если рассматривать с точки зрения отображения процесса, то описание последовательности действий, строгое исполнение которых приводит к решению поставленных задач за определенное количество шагов, называют алгоритмом действий.

Как создаются алгоритмы действий?

Мы постоянно сталкиваемся с этим в обычной жизни. Какие действия мы совершаем, чтобы пополнить счет своего мобильного телефона? Каждый из нас — разные. Так как способов пополнения счета несколько, следовательно мы все по-разному это делаем. Результат, правда всегда один получается — появление средств на телефоне.

Или еще пример: чтобы скопировать картинку или текст, нажимаем правой кнопкой мыши на картинку, затем выбираем «Копировать», помещаем в нужное место, нажимаем правой кнопкой » Вставить», и результат достигнут.

Все это — определенная последовательность действий, в результате которых различными средствами решается поставленная задача. Но пока это только наши знания, которые перерастают в навыки и умения, а если этот процесс описать, то мы сможем наглядно увидеть алгоритм наших действий, и передать его другим людям. На словах не все и не всегда понятно бывает.

Опишите последовательность действий — это запоминается

Создать алгоритм действий можно, описав или изобразив его последовательность. Знают ли все, что надо сделать, чтобы посадить дерево? Возможно, основные шаги понятны всем, но вот когда деревце поливать, перед посадкой или после, помнит не каждый. Созданный алгоритм позволит все действия выполнить в правильной последовательности.

Чтобы описать последовательность действий посложнее, придется постараться и подробно их все записать. Пример можно взять с всевозможных правил и инструкций — там очень четко прописываются по шагам действия, которые нам надо сделать. Но бывают ситуации, в которых за определенным действие следует не один шаг, а несколько, в зависимости от предыдущего результата. В таком случае, предположительные действия тоже записывают, чтобы человек мог легко сориентироваться в разных ситуациях, и знал, что нужно предпринять.

Алгоритм действий в графике — это блок-схема

Если изобразить алгоритмы действий в графическом варианте, с помощью геометрических фигур с линиями-связями, показывающими порядок выполнения действия, то мы получим блок-схему. Блок-схема намного превосходит правила, инструкции, и записанные по порядку алгоритмы действий, по своей наглядности и читаемости.

Представьте, что вам нужно чему-то научить другого человека. Вы отлично знаете все действия в определенной последовательности. Ваша задача — показать, как это нужно делать и передать свои знания так, чтобы другой человек их запомнил и знал так же, как и вы. Устная передача знаний допускает импровизации и некоторый произвол. Самым лучшим способом будет блок-схема, в которой объясняется последовательность и возможные варианты действий. В качестве примера — веселое руководство по изучению блог-схем:

Лучшим условием для получения результата будет повторяемость действий. Это однозначно влияет на скорость достижения результата в будущем. Чем чаще вам придется повторять одни и те же действия, тем быстрее вы научитесь выполнять последовательность действий, а значит в каждый последующий раз, вам потребуется меньше времени на выполнение.

Блок-схемы применяются в продажах

В продажах такое обучение с помощью разработки алгоритмов и изображения их в виде блок-схем имеет большое распространение. Чаще всего их используют в телефонных сценариях разговоров в call-центрах и для «холодных» звонков. Корпоративная культура набирает обороты, поэтому многие компании уже не позволяют сотрудникам нести «отсебятину», даже талантливую, а предлагают действовать им по заранее разработанному сценарию, представляя «лицо фирмы» на различных этапах. Эффект появляется буквально после нескольких дней действий «по бумажке». Со временем, многое из описанных алгоритмов запоминается сотрудником, и в дальнейшем он свободно может общаться, не опасаясь того, в какую сторону может уйти разговор.

Алгоритмы действий и блог-схемы разрабатываются не только в продажах. Большое распространение они имеют в обучении и практике врачей, программистов, «компьютерщиков», у многих технических специальностей.

Стоит попробовать научиться действовать по подобным блок-схемам. Ведь впервые встречаясь с непонятным поначалу обилием действий и задач, думаешь о том, как тебе не хватает разработанной блок-схемы. После долгих мучений не выдерживаешь, и начинаешь разрабатывать и создавать самостоятельно. Эффективные люди не любят простоев в делах. А блок-схемы значительно упрощают жизнь и позволяют разобраться в решении сложных задач.

Сервисы для разработки блок-схем

В интернете есть сервисы, которые могут помочь вам создавать такие блок-схемы. Один из них — Сacoo . С его помощью вам легко удастся превращать ваши алгоритмы в различные диаграммы, блок-схемы и графики. Вы увидите, что это очень приятное и радостное занятие — преобразовывать то, что вам известно, в науку для других людей.

— хорошее настроение вам обеспечено. На первоначальном этапе можно воспользоваться возможностями бесплатной учетной записи, а в будущем за доступ нужно будет платить. Естественно, что бесплатный доступ имеет ограничения по сравнению с платными. Но для изучения и первых шагов, функционала вполне достаточно.

Разработав алгоритмы действий и преобразовав их в блок-схемы с помощью Cacoo, вы сможете надолго создать хорошее настроение не только себе, но и другим людям, постигающим азы.

Создавайте игровые блок-схемы для своих детей

Подводя итог вышесказанному отмечу, что теперь вы сможете использовать алгоритмы действий и блок-схемы в различных жизненных ситуациях. Даже ваши дети с огромным удовольствием станут выполнять не самые интересные обязанности, следуя понятным подсказкам. Если будут идеи, где и как можно применять алгоритм действий , поделитесь в комментариях, уважаемые читатели. Очень хотелось бы узнать про ваши алгоритмы.

Моя блок-схема

Вот какая блок-схема у меня получилась в первый раз. Для того, чтобы увеличить изображение, нажмите на него. После перехода на Cacoo, под записью «просмотр фигуры», нажимайте на картинку. Она откроется в большом окне. Удачи!

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Алгоритм Деккера и Петерсона

Взаимоисключение - возможность одному процессу приостановить остальные.

Критическая секция - участок кода, в котором должен находиться только один процесс.

1. процесс может войти в свой критический участок тогда и только тогда, когда другие процессы не находятся в своих критических участках

2. если некоторый процесс находится в своем критическом участке и некоторый другой процесс захочет войти в свой критический участок, то это должно быть запрещено, то есть процесс должен быть заблокирован (переведен в ожидание)

3. многие процессы захотят войти в свой критический участок, но это может сделать только один

4. процессы должны проходить свои критические участки как можно быстрее, не должны зацикливаться на своих критических участках. Если такое произошло, то ОС должна отменить режим взаимоисключения, чтобы другие процессы могли продолжить вычисление

5. процессы вне своих критических участков не должны мешать другим процессам входу в свои критические участки

Собственно алгоритм:

shared int ready = {0,0}; // готовность ко входу

shared int turn; // чья очередь

while (условие) {

ready[i] = 1; // сообщаем о желании войти в КС

turn = 1 - i; // даем возможность входа другому процессу

while (ready && (turn == 1-i)); // если очередь оказалась не нашей, ждем пока он не выйдет из КС

// критическая секция

ready[i] = 0; // сообщаем о выходе из КС

Требования к программной реализации:

* Не используется аппаратная поддержка

* Нет предположений о скорости процессоров и их количестве

* В критической секции только один процесс

* Условие ограниченного ожидания - если один процесс решил войти в свою критическую секцию, это не должно продолжаться неограниченно долго.

Для большего числа процессов используется алгоритм булочной, заключающийся в выдаче номерков.

2. М еханизм синхронизации. Семафоры

В 1965 разработан Дейкстрой (Dijkstra). Семафор - представляет из себяя целочисленную переменную, принимающую неотрицательные значения, доступ любого процесса к которой, за исключением момента её инициализации осуществляется только через две атомарные операции:

* P(S) - операция пролога критической секции

Пока S=0 процесс блокируется

Когда S>0, S=S-1

* V(S) - операция эпилога критической секции

Операция V атомарна автоматически, атомарность P надо обеспечивать - программистом, аппаратным обеспечением или ОС.

Для задачи «потребитель-производитель» критической операцией будет любая работа с буфером.

semaphore mutex = 1; // бтв, я нихуц не понял почему переменные названы

semaphore empty = N; // именно так, ибо смысл у них обратный их

semaphore full = 0; // названиям. Так что я бы full empty.

void Prod() { // производитель

while ( 1) {

Произвести() ; // производим нечто

P( empty) ; // проверяем наличие места в буфере. Если полон ( empty==0 ) , залипаем, иначе уменьшаем количество места в нем на единицу

P( mutex) ; //

ПоложитьВБуфер() ;

V( mutex) ; // освобождаем mutex

V( full) ; // увеличиваем количество элементов в буфере. Это разлепляет ожидающих потребителей

void Cons() { // потребитель

while ( 1) {

P( full) ; // проверяем есть ли в буфере что-нибудь. Если пуст ( full==0 ) , залипаем, иначе уменьшаем количество элементов на единицу.

P( mutex) ; // залипаем если сейчас между P(mutex) и V(mutex) находится другой процесс

ИзвлечьИзБуфера() ;

V( mutex) ; // освобождаем mutex . Остальные процессы могут ходить сюда отныне

V( empty) ; // увеличиваем количество свободного места на единицу. Это разлепляет производителей

ИспользоватьПолученныеДанные() ; // радостно съедаем полученую из буфера нямку

3. М еханизм синхронизации. Мониторы

Появились в 1974. Хор.

Являются более высокоуровневым механизмом чем семафоры. Были созданы для устранения недостатков семафоров.

Строятся на основе языков ООП.

Монитор - особый тип данных, класс, содержащий ряд данных, работа с которыми может осуществляться только функциями и методами самого монитора.

описание данных

void m1 (…) {…}

void mN(…) {…}

{инициализация /* выполняется один раз при создании монитора */}

Только один процесс может в один момент времени работать с монитором (находиться в состоянии исполнения или готовности к исполнению).

Это реализуется компилятором, путем добавления пролога и эпилога для входа и выхода из монитора. Однако, этого недостаточно для задач синхронизации, поэтому в мониторе есть две дополнительных операции - signal и wait. Обе операции выполняются над условной переменной, которая описывается в мониторе.

Если процесс выполняет wait(), он блокируется и переходит в состояние ожидания.

Если процесс выполняет signal(), он разблокирует процесс, который был ранее заблокирован операцией wait(). Разблокируется только один процесс. Если процессов в ожидании не было, ничего не происходит и информация о возникновении сигнала теряется.

condition full, empty;

if (count==N) full.wait();

ПоложитьВБуфер(el);

if (count==1) empty.signal(); // если раньше очередь была пуста, сигналим

if (count==0) empty.wait();

ИзвлечьИзБуфера();

if (count==(N-1)) full.signal();

// инициализация:

Prod() { // производитель

ПРОИЗВОДИТ!

Cons() { // потреблятель

ПОТРЕБЛЯТ!}}

4. Механизм синхронизации процессов. Сообщения, эквивален тность механизмов синхронизации

При параллельной работе нескольких процессов или потоков могут возникать конфликты при использовании разделяемых ресурсов. Такие ресурсы называются критическими.

Критическая секция (КС) - часть кода программы, которая может привести к конфликтам.

Для избежания данного явления применяют различные механизмы взаимоисключений, т.е. один процесс при работе в КС блокирует другой.

Структура КС: пролог, КС, эпилог.

Требования к алгоритмам взаимоисключений:

1. Решение программным путем.

2. Отсутствие предположений о количестве процессоров и их быстродействии.

3. Условие взаимоисключения, т.е. в КС находится только один процесс.

4. Условие прогресса - если процесс находится вне КС, он не должен препятствовать другим процессам входить в свои КС.

5. Условие ограниченного ожидания - если процесс захотел войти в КС это не должно откладываться бесконечно долго.

Механизмы синхронизации - высокоуровневые варианты реализации синхронизации с использованием средств ОС. Достоинством является возможность учета времени ожидания входа в КС. Реализуются компиляторами программно или с использованием аппаратных средств (семафоры, мониторы, сообщения).

Сообщения.

Наиболее простой механизм синхронизации. Реализуется с использованием 2х примитивов:

send (Q, mess) - отправить сообщение mess, процессу / объекту Q.

receive (Q, mess) - получить сообщение mess, от процесса / объекта Q.

Данные примитивы реализуются ОС. Взаимоисключение реализуется за счет того что сообщение может быть отправлено или принято только после того, как оно полностью сформировано, т.е. сообщение принимается только целиком. Для использования данного механизма нужно иметь буфер и контролировать его на переполнение и опустошение.

- : медленно.

+: возможно использование для общения удаленных процессов.

Эквивалентность механизмов синхронизации.

Можно показать, что в рамках одной вычислительной системы, когда процессы имеют возможность использовать разделяемую память, все механизмы синхронизации эквивалентны. Т.е. любые два из механизмов могут быть реализованы на базе третьего.

Реализация мониторов с помощью семафоров.

Для этого нам нужно реализовывать взаимоисключения при входе в монитор и условные переменные. Возьмем семафор mutex с начальным значением 1 для реализации взаимоисключения при входе в монитор и по одному семафору ci для каждой условной переменной. Кроме того, для каждой условной переменной заведем счетчик fi для индикации наличия ожидающих процессов. Когда процесс входит в монитор, компилятор будет генерировать вызов функции monitor_enter, которая выполняет операцию P над семафором mutex для данного монитора. При нормальном выходе из монитора (то есть при выходе без вызова операции signal для условной переменной) компилятор будет генерировать вызов функции monitor_exit, которая выполняет операцию V над этим семафором.

Для выполнения операции wait над условной переменной компилятор будет генерировать вызов функции wait, которая выполняет операцию V для семафора mutex, разрешая другим процессам входить в монитор, и выполняет операцию P над соответствующим семафором ci, блокируя вызвавший процесс. Для выполнения операции signal над условной переменной компилятор будет генерировать вызов функции signal_exit, которая выполняет операцию V над ассоциированным семафором ci (если есть процессы, ожидающие соответствующего события), и выход из монитора, минуя функцию monitor_exit.

01 Semaphore mutex = 1;

02 void monitor_enter()

06 void monitor_exit()

10 Semaphore ci = 0;

19 void signal_exit(i)

Заметим, что при выполнении функции signal_exit, если кто-либо ожидал этого события, процесс покидает монитор без увеличения значения семафора mutex, не разрешая тем самым всем процессам, кроме разбуженного, войти в монитор. Это увеличение совершит разбуженный процесс, когда покинет монитор обычным способом или когда выполнит новую операцию wait над какой-либо условной переменной.

Реализация сообщений через семафоры.

Для простоты опишем реализацию только одной очереди сообщений. Выделим в разделяемой памяти достаточно большую область под хранение сообщений, там же будем записывать, сколько пустых и заполненных ячеек находится в буфере, хранить ссылки на списки процессов, ожидающих чтения и памяти. Взаимоисключение при работе с разделяемой памятью будем обеспечивать семафором mutex. Также заведем по одному семафору ci на взаимодействующий процесс, для того чтобы обеспечивать блокирование процесса при попытке чтения из пустого буфера или при попытке записи в переполненный буфер. Рассмотрим работу механизма:

Процесс, желающий получить сообщение.

Процесс-получатель с номером i прежде всего выполняет операцию P(mutex), получая в монопольное владение разделяемую память. После чего он проверяет, есть ли в буфере сообщения. Если нет, то он заносит себя в список процессов, ожидающих сообщения, выполняет V(mutex) и P(ci). Если сообщение в буфере есть, то он читает его, изменяет счетчики буфера и проверяет, есть ли процессы в списке процессов, ожидающих записи. Если таких процессов нет, то выполняется V(mutex), и процесс-получатель выходит из КС. Если такой процесс есть (с номером j), то он удаляется из этого списка, выполняется V для его семафора cj, и выходим из КС. Проснувшийся процесс начинает выполняться в КС, так как mutex имеет значение 0 и никто более не может попасть в КС. При выходе из КС разбуженный процесс производит вызов V(mutex).

Работа процесса-отправителя (номером i). Процесс, посылающий сообщение, ждет, пока не сможет иметь монополию на использование разделяемой памяти, выполнив операцию P(mutex). Далее он проверяет, есть ли место в буфере, и если да, то помещает туда сообщение, изменяет счетчики и смотрит, есть ли процессы, ожидающие сообщения. Если нет, выполняет V(mutex) и выходит из КС, если есть, то «будит» один из них (с номером j), вызывая V(cj), с одновременным удалением этого процесса из списка процессов, ожидающих сообщений, и выходит из КС без вызова V(mutex), предоставляя тем самым возможность разбуженному процессу прочитать сообщение. Если места в буфере нет, то процесс-отправитель заносит себя в очередь процессов, ожидающих возможности записи, и вызывает V(mutex) и P(ci).

Реализация семафоров с помощью мониторов

Самый простой способ такой реализации выглядит следующим образом. Заведем внутри монитора переменную-счетчик, связанный с эмулируемым семафором списком блокируемых процессов и по одной условной переменной на каждый процесс. При выполнении операции P над семафором вызывающий процесс проверяет значение счетчика. Если оно больше нуля, уменьшает его на 1 и выходит из монитора. Если оно равно 0, процесс добавляет себя в очередь процессов, ожидающих события, и выполняет операцию wait над своей условной переменной. При выполнении операции V над семафором процесс увеличивает значение счетчика, проверяет, есть ли процессы, ожидающие этого события, и если есть, удаляет один из них из списка и выполняет операцию signal для условной переменной, соответствующей процессу.

Реализация семафоров с помощью очередей сообщений.

Для этого введем новый синхронизирующий процесс (СП). Этот процесс имеет счетчик и очередь для процессов, ожидающих включения семафора. Для того чтобы выполнить операции P и V, процессы посылают СП сообщения, в которых указывают свои потребности, после чего ожидают подтверждения от него.

После получения сообщения СП проверяет значение счетчика, чтобы выяснить, можно ли совершить требуемую операцию. Операция V всегда может быть выполнена, в то время как операция P может потребовать блокирования процесса. Если операция может быть совершена, то она выполняется, и СП посылает подтверждающее сообщение. Если процесс должен быть блокирован, то его идентификатор заносится в очередь блокированных процессов, и подтверждение не посылается. Позднее, когда какой-либо из других процессов выполнит операцию V, один из блокированных процессов удаляется из очереди ожидания и получает соответствующее подтверждение.

Т.о. все эти конструкции являются эквивалентными, т.е., используя любую из них, можно реализовать две оставшиеся.

5 . Ра спределение памяти раз делами, перемещаемыми разделами

Распределение памяти фиксированными разделами.

Наиболее простой способ управления оперативной памятью (ОП). При этом вся память разделяется на некоторое количество разделов фиксированной величины, рзделение осуществляется либо оператором, либо при старте системы (запуске ОС). Очередной запущенный процесс поступивший на выполнение, помещается в общую очередь, либо в очередь к некоторому разделу.

Подсистема управления памятью выполняет задачи: выбор подходящего раздела, загрузка программы и настройка адресов.

Варианты определения раздела для загрузки:

1. первый попавшийся.

2. Наиболее подходящий.

3. Наименее подходящий.

+: простота реализации, запуск нескольких процессов, отсутствует внешняя фрагментация (вся память распределена по разделам)

- : большая внутренняя фрагментация (часть раздела остается неиспользованой), размер программы не может превышать размер раздела.

Распределение памяти разделами переменной длины.

При таком варианте ОП заранее не делится на разделы. Для каждого запущенного процесса выделяется раздел необходимого ему размера. По завершении процесса память освобождается и на ее место может быть загружен новый процесс.

Т.о. память представляет собой случайную последовательность свободных и занятых разделов произвольной длины.

Задачи управления памятью: ведение таблиц свободных и занятых областей с указанием начальных адресов и размеров; выбор свободных областей достаточных для загрузки программы; загрузка программы и настройка ее адресов; корректировка таблиц.

+: количество одновременно загруженных программ жестко не ограничено; отсутствует внутренняя фрагментация.

- : большая внешняя фрагментация.

Распределение памяти перемещаемыми разделами.

Для устранения недостатка предыдущего способа применяют дефрагментацию (сжатие). При этом происходит перемещение всех разделов к старшим или младшим адресам образуя непрерывную последовательность занятых и свободных областей.

Сжатие может производиться при каждом завершении процесса, либо когда для вновь поступившей задачи нет раздела достаточного размера.

Так как в данном случае программы становятся перемещаемыми в ходе выполнения, то связывание логических и физических адресов должно быть динамическим (во время выполнения).

+: отсутствие внутренней фрагментации; малая внефняя фрагментация.

- : большие накладные расходы, во время сжатия работа всех программ приостанавливается

6 . Ст раничное распределение памяти

Память разделяется на страницы фиксированного размера (кратные степени 2, для х86 - 4Кб).

Логическое адресное пространство состоит из логических страниц, а физическое из физических.

Адрес представляет собой пару (p, d), где p - номер логической страницы, а d - смещение в ней.

Схема преодразования логического адреса (ЛА) в физический (ФА):

синхронизация код программный алгоритм

Для каждого процесса имеется своя таблица страниц, таким образом решается вопрос защиты памяти (процесс не может обратиться за пределы своей таблицы). Атрибуты позволяют организовать дополнительную защиту отдельных страниц (права rwx) и часть страниц сделать разделяемыми (библиотеки).

Реализуется программно или аппаратно (процессор имеет регистр с адресом таблицы страниц текущего процесса)

+:размещение произвольного количества процессов; процессы в физической памяти расположены произвольно, но для программиста память линейна; отсутствует внешняя фрагментация; минимальная внутренняя фрагментация (только в последней странице программы); защита памяти.

- : большие накладные расходы без аппаратной поддержки.

Для уменьшения накладных расходов таблицу страниц можно хранить в кэше процессора.

7. Сегментное распределение памяти

При сегментной организации памяти, память разбивается на сегменты. Сегменты могут иметь переменный размер, могут задаваться программистом или по умолчанию компилятором. Адрес сегмента двухкомпонентный. Максимальный размер сегмента определяется разрядностью адресной шины (т.е. при 32-разрядной шине использовать можно сегмент размерностью 2 32 бит).

Адресное пространство процесса представляет собой набор сегментов, располагающихся непрерывно в памяти.

Преобразование адресов производится следующим образом (не для DOS):

Рисунок 1. Преобразование адресов при сегментной адресации

На данный момент аппаратная поддержка сегментов реализована только в Intel.

Достоинства сегментной организации памяти:

Защита памяти (имеется атрибут сегмента в таблице);

Недостатки:

Сегменты должны храниться непрерывно.

8. Сегментно-страничное распределение памяти

Заключается в том, что сегмент состоит из страниц (см. вопрос 6,7 СПО).

Адрес состоит из трех полей:

Достоинства:

Возможно совместное использование памяти процессами;

Гибкая настройка прав доступа, т.к. у каждой таблицы имеются атрибуты.

Недостатки:

Для доступа к данным необходимо три обращения.

9. Виртуальная память на основе сегментно-с траничного распределения памяти

Виртуальная память.

Виртуальная память используется в качестве расширения доступной памяти. Ее особенность состоит в том, что она использует несколько уровней памяти (например, винчестер и ОП).

Появилась в 1959 г.

Суть состоит в следующем. Активный процесс располагается в ОП. Сам процесс разбивается на несколько частей (страниц, сегментов и т.п.). Автоматически происходит преобразование логического адреса в физический. Если страница отсутствует в ОП, то она должна быть в нее загружена. Присутствие страницы в той или иной памяти определяется битом присутствия.

Можно выделить следующие достоинства виртуальной памяти:

1) Программа не ограничена объемом ОП.

2) Есть возможность частичного размещения программ, что позволяет увеличить количество выполняемых программ.

3) Объем ввода / вывода информации значительно меньше, чем в классическом swapping"е (суть swapping"а - страницы копируются на винчестер при отсутствии места в ОП).

4) Объем адресуемой памяти становится равным максимальному объему для данной разрядности (к примеру, 32 разряда = 4 Гб).

Виртуальная память может быть распределена как:

а) страничная;

б) сегментная;

в) странично-сегментная.

Технология виртуализации памяти может быть полностью реализована программно.

Виртуальная память на основе сегментно-страничного разделения.

Основана на таблице страниц, куда добавляются биты:

1) Бит модификации (была ли изменена страница).

2) Бит присутствия (где страница лежит - в ОП или на винчестере).

3) Бит обращения (происходило ли обращение к странице).

Исключительные ситуации при работе с виртуальной памятью (к примеру, отсутствует страница в памяти) обрабатываются операционной системой и их относят к особому типу прерываний.

Программное обеспечение для управления памятью связано с реализацией следующих стратегий:

1) Стратегия выборки - в какой момент следует переписать страницу из вторичной памяти в первичную. Существует два основных варианта выборки - по запросу и с упреждением. Алгоритм выборки по запросу вступает в действие в тот момент, когда процесс обращается к отсутствующей странице, содержимое которой находится на диске. Его реализация заключается в загрузке страницы с диска в свободную физическую страницу и коррекции соответствующей записи таблицы страниц.

Алгоритм выборки с упреждением осуществляет опережающее чтение, то есть кроме страницы, вызвавшей исключительную ситуацию, в память также загружается несколько страниц, окружающих ее (обычно соседние страницы располагаются во внешней памяти последовательно и могут быть считаны за одно обращение к диску). Такой алгоритм призван уменьшить накладные расходы, связанные с большим количеством исключительных ситуаций, возникающих при работе со значительными объемами данных.

2) Стратегия размещения - в какой участок первичной памяти поместить поступающую страницу.

3) Стратегия замещения - какую страницу нужно вытолкнуть во внешнюю память, чтобы освободить место в оперативной памяти. Для данной стратегии используются алгоритмы FIFO и др.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Основные понятия о процессах. Взаимное исключение критических интервалов. Общий подход к построению механизмов синхронизации с использованием концепции критических участков. Основные преимущества алгоритма Декера. Графическое решение задачи о стрелках.

курсовая работа , добавлен 16.12.2014


Управление процессами - часть операционной системы, влияющая на функционирование вычислительной машины. Контекст дескриптор процесса и алгоритм его планирования. Средства синхронизации и взаимодействия процессов. Критическая секция, тупики и нити.

лекция , добавлен 05.02.2009


Осуществление работы разрабатываемой программы на основе алгоритма, использующего Z-буфер. Аналитическое описание программной реализации. Алгоритмы основных функций программы. Содержание руководства пользователя. Файлы программы, пункты главного меню.

курсовая работа , добавлен 15.04.2015


Структура, классификация и требования к реализации компилятора. Проектирование и реализация анализирующей части компилятора языка С++. Способы реализации лексического анализа. Алгоритм работы синтаксического анализатора. Принципы программной реализации.

курсовая работа , добавлен 26.01.2013


Разработка программной реализации решения задачи о минимальном покрывающем дереве графа (построение минимального остова), используя алгоритмы Прима и Крускала. Подсчет времени работы алгоритмов. Их программная реализация на практике с помощью Delphi 7.

курсовая работа , добавлен 29.08.2010


Концептуальная, логическая и физическая модели данных, ее внутренняя структура и содержание, предъявляемые функциональные требования и сфера практического использования. Описание реализации программного кода, дерево моделей и функций, тестирование.

курсовая работа , добавлен 02.06.2015


Понятие и назначение штрихового кода, его разновидности и сферы применения. Параметры символики и структура символа в кодах. Алгоритм преобразования числовых данных в знаки Interleaved 2 of 5. Распознавание штрих-кода и вычисление контрольной цифры.

контрольная работа , добавлен 23.08.2009


Общее описание разрабатываемого программного обеспечения, требования к его функциональности и сферы практического применения. Выбор инструментальных средств разработки. Проектирование структур баз данных и алгоритмов, пользовательского интерфейса.

дипломная работа , добавлен 19.01.2017


Понятие процесса и потока, характеристика их свойств и особенности создания. Требования к алгоритмам синхронизации, суть взаимного исключения на примере монитора и семафора. Методика изучения элективного курса "Процессы в операционной системе Windows".

дипломная работа , добавлен 03.06.2012


Назначение и цели создания системы. Требования к программе или программному изделию, к информационной и программной совместимости, к составу и параметрам технических средств. Алгоритм Rijndael. Назначение и условия применения программного продукта.

Алгоритм- система точных и понятных предписаний, опр-ая последовательность элементарных операций над исходными данными, выполнение кот-ых обеспечивает решение задач данного типа.

Свойства алгоритма:

-дискретность -последовательность решения (процесс) задач должен быть разбит на последовательность отдельных шагов.

-понятность -алгоритм обязательно должен быть понятен исполнителю. В связи с этим алгоритм нужно разрабатывать с ориентацией на опр-ого исполнителя, т.е. в алгоритм можно включать команды из систем команд данного исполнителя.

-детерминированность - будучи понятным, алгоритм не должен содержать команды, смысл кот-ых может восприниматься неоднозначно. Нарушение составителями алгоритмов этих требований приводит к тому, что одна и та же программа после выполнения разными исполнителями дает не одинаковые результаты.

-результативность –состоит в том, что при точном исполнении всех команд алгоритма, процесс решения задач должен прекратиться за конечное число шагов и при этом должен быть получен опред-ый при постановке задач результат.

-массовость - пригодность алгоритма для решения задач некоторого класса.

Способы записи алгоритма:

-словесный – способ на естественном языке.

-графический -описания алгоритма с помощью схем.

Процесс выполнения операций или групп операций

ввод исходных данных, вывод результата

Решение-выбор направления выполнения

Модификация-выполнение операций, меняющих команды или группы команд, изменяющих программ.

Соединители линий на одной странице.

Межстраничные соединители.

-язык программирования –удобен для ввода в комп-р.

-псевдокод -это язык, к-ый использует структуру и синтексис достаточно формализованного языка и одновременно допускает конструкции естеств. Языка.

Виды алгоритмов и основные принципы составления алгоритмов.

-Линейный – алгоритм, в кот-ом команды выполняются последовательно друг за другом в порядке их естественного следования независимо от каких-либо условий. S1, s2 , S3…Sn

-ветвящийся (разветвящийся) - это процесс, в кот-ом его реализация происходит по одному из нескольких заранее предусмотренных направлений, в зависимости от исходных данных или промежуточных результатов.

· Полная условная конструкция (полное ветвление)

· Неполное условная конструкция

· Выбор из нескольких

-циклический – алгоритм, в кот-ом последовательность может выполняться более 1 раза.

· Цикл с параметром

· Цикл с предусловием. Может не выполниться ни разу. В теле цикла обязательно нах-ся оператор, к-ый изменяет значение переменной, входящей в блок Q.

· Цикл с постусловием. Выполняется хоть один раз.

Основные принципы алгоритмизации:

1. Выявить исходные данные, результаты и назначить им имена.

2. Метод решения задач.

3. Разбить метод решения задач на этапы.

4. При граф-ом представлении алгоритма каждый этап в виде соответствующего блока –схемы алгоритма и указать линиями связи порядок их выполнения.

5. В полученной схеме при любом варианте вычислений.

Предусмотреть выдачу результатов или сообщений об их отсутствии.

Обеспечить возможности после выполнение любой операции так или иначе перейти к блоку конец.

40.Основные алгоритмические структуры

Мы уже рассмотрели основные понятия программирования и переходим немного ближе к делу (но только ближе, программировать будем позже).

Рассмотрим основные структуры алгоритмов, а их шесть:

· Следование. Это последовательность блоков (или групп блоков) алгоритма. В программе следование представлено в виде последовательного выполнения операций

·
Разветвление. Данная алгоритмическая структура применяется в том случае, когда в зависимости от условия необходимо выполнить одно или другое действие

·
Обход. Эта структура является частным случаем разветвения, когда в одной из ветвей нет никаких действий.

·
Множественный выбор. Эта структура является обобщением раветвления, когда необходимо выполнить одно из нескольких действий в зависимости от значения переменной A.

Понятие алгоритма является одним из основных в современной науке и практике. Еще на самых ранних ступенях развития математики (Древний Египет, Вавилон, Греция) в ней стали рассматриваться различные вычислительные процессы чисто механического характера. С их помощью искомые величины ряда задач вычислялись последовательно из исходных величин по определенным правилам и инструкциям. Со временем все такие процессы в математике получили название алгоритмов (алгорифмов).

Алгоритм есть совокупность четко определенных правил, процедур или команд, обеспечивающих решение поставленной задачи за конечное число шагов.

Термин алгоритм происходит от имени средневекового узбекского математика Аль-Хорезми, который еще в IX в. (825 г.) дал правила выполнения четырех арифметических действий в десятичной системе счисления. Процесс выполнения арифметических действий был назван алгоризмом.

С 1747 г. вместо слова алгоризм стали употреблять алгорисмус, смысл которого состоял в комбинировании четырех операций арифметического исчисления - сложения, вычитания, умножения, деления.

К 1950 г. алгорисмус стал алгорифмом. Смысл алгорифма чаще всего связывался с алгорифмами Евклида - процессами нахождения наибольшего общего делителя двух многочленов, наибольшей общей меры двух отрезков и т. п.

Способы записи алгоритмов

Алгоритм должен быть понятен (доступен) пользователю и/или машине. Доступность пользователю означает, что он обязан отображаться посредством конкретных формализованных изобразительных средств, понятных пользователю. В качестве таких изобразительных средств используются следующие способы их записи:

• словесный;
• формульный;
• табличный;
• операторный;
• графический;
• язык программирования.

При словесном способе записи содержание последовательных этапов алгоритма описывается в произвольной форме на естественном языке.

Формульный способ основан на строго формализованном аналитическом задании необходимых для исполнения действий.

Табличный способ подразумевает отображение алгоритма в виде таблиц, использующих аппарат реляционного исчисления и алгебру логики для задания подлежащих исполнению взаимных связей между данными, содержащимися в таблице.

Операторный способ базируется на использовании для отображения алгоритма условного набора специальных операторов: арифметических, логических, печати, ввода данных и т. д.; операторы снабжаются индексами и между ними указываются необходимые переходы, а сами индексированные операторы описываются чаще всего в табличной форме.

Графическое отображение алгоритмов в виде блок-схем - весьма наглядный и распространенный способ. Графические символы, отображающие выполняемые процедуры, стандартизованы. Наряду с основными символами используются и вспомогательные, поясняющие процедуры и связи между ними.

Алгоритмы могут быть записаны и в виде команд какого-либо языка программирования. Если это макрокоманды, то алгоритм читаем и пользователем-программистом, и вычислительной машиной, имеющей транслятор с соответствующего языка.

Приведем пример словесного представления алгоритма на примере нахождения произведения п натуральных чисел (с= п = = 1 х 2 х 3 х 4 х... х п).

Этот процесс может быть записан в виде следующей системы последовательных указаний (пунктов):

• 1. Полагаем с равным единице и переходим к следующему пункту.
• 2. Полагаем / равным единице и переходим к следующему пункту.
• 3. Полагаем с равным с=сх/ и переходим к следующему указанию.
• 4. Проверяем, равно ли /" числу п. Если / = п, то вычисления прекращаем. Если / п, то увеличиваем / на единицу и переходим к пункту 3.

Классификация и свойства алгоритмов

Алгоритмы, в соответствии с которыми решение поставленных задач сводится к арифметическим действиям, называются численными алгоритмами.

Алгоритмы, в соответствии с которыми решение поставленных задач сводится к логическим действиям, называются логическими алгоритмами. Примерами логических алгоритмов могут служить алгоритмы поиска минимального числа, поиска пути на графе, поиска пути в лабиринте и др.

Алгоритмом является последовательность четких однозначных указаний, которые, будучи применены к определенным имеющимся данным, обеспечивают получение требуемого результата. Данными называют все величины, участвующие в решении задачи. Данные, известные перед выполнением алгоритма, являются начальными, исходными данными. Результат решения задачи - это конечные, выходные данные.

Каждое указание алгоритма предписывает исполнителю выполнить одно конкретное законченное действие. Исполнитель не может перейти к выполнению следующей операции, не закончив полностью выполнения предыдущей. Предписания алгоритма надо выполнять последовательно одно за другим, в соответствии с указанным порядком их записи. Выполнение всех предписаний гарантирует правильное решение задачи.

Поочередное выполнение команд алгоритма за конечное число шагов приводит к решению задачи, к достижению цели. Разделение выполнения решения задачи на отдельные операции (выполняемые исполнителем по определенным командам) - важное свойство алгоритмов, называемое дискретностью.

Для того чтобы алгоритм мог быть выполнен, нельзя включать в него команды, которые исполнитель не в состоянии исполнить. У каждого исполнителя имеется свой перечень команд, которые он может выполнить. Совокупность команд, которые могут быть выполнены исполнителем, называется системой команд исполнителя.

Каждая команда алгоритма должна определять однозначное действие исполнителя. Такое свойство алгоритмов называется определенностью (или точностью) алгоритма.

Алгоритм, составленный для конкретного исполнителя, должен включать только те команды, которые входят в его систему команд. Это свойство алгоритма называется понятностью. Алгоритм не должен быть рассчитан на принятие каких-либо самостоятельных решений исполнителем, не предусмотренных составлением алгоритма.

Еще одно важное требование, предъявляемое к алгоритмам, - результативность (или конечность) алгоритма. Оно означает, что исполнение алгоритма должно закончиться за конечное число шагов.

Поскольку разработка алгоритмов - процесс творческий, требующий умственных усилий и затрат времени, предпочтительно разрабатывать алгоритмы, обеспечивающие решения всего класса задач данного типа. Например, если составляется алгоритм решения кубического уравнения ах 3 + Ьх 2 + сх + с1 = 0, то он должен быть вариативен, т. е. обеспечивать возможность решения для любых допустимых исходных значений коэффициентов а, Ь, с, с1. Про такой алгоритм говорят, что он удовлетворяет требованию массовости. Свойство массовости не является необходимым свойством алгоритма. Оно, скорее, определяет качество алгоритма; в то же время свойства точности, понятности и конечности являются необходимыми (иначе это не алгоритм).

Запись алгоритмов в виде блок-схем

Алгоритмы можно записывать по-разному. Форма записи, состав и количество операций алгоритма зависят от того, кто будет исполнителем этого алгоритма. Если задача решается с помощью ЭВМ, алгоритм решения задачи должен быть записан в понятной для машины форме, т. е. в виде программы.

Схема алгоритма - графическое представление алгоритма, дополняемое элементами словесной записи. Каждый пункт алгоритма отображается на схеме некоторой геометрической фигурой или блоком. При этом правило выполнения схем алгоритмов регламентирует ГОСТ 19.002-80 «Единая система программной документации» (табл. 1.28).

Блоки на схемах соединяются линиями потоков информации. Основное направление потока информации идет сверху вниз и слева направо (стрелки могут не указываться), снизу вверх и справа налево - стрелка обязательна. Количество входящих линий для блока не ограничено. Выходящая линия - одна, за исключением логического блока.

Таблица 1.28. Основные элементы блок-схем

Наименование

по ГОСТ 19.003-80 (ЕСПД):а = 10,15,20 мм; b = ^, 5а

Блок вычислений

Вычислительные действия или последовательность действий

Логический

Выбор направления выполнения алгоритма в зависимости от некоторого условия

Блок ввода-

• 1. Общие обозначения ввода (вывода) данных (вне зависимости от физического носителя).
• 2. Вывод данных, носителем которых является документ

Начало или конец алгоритма, вход в программу или выход из нее

г = а/4

Процесс пользователя (подпрограмма)

Вычисление по стандартной программе или подпрограмме

модификации

Функция выполняет действия, изменяющие пункты (например, заголовок цикла) алгоритма

Соединитель

Указание связи прерванными линиями между потоками информации в пределах одного листа

Межстраничное соединение

Указание связи между информацией на разных листах

Базовые структуры алгоритмов

Это определенный набор блоков и стандартных способов их соединения для выполнения типичных последовательных действий. К основным структурам относятся следующие - линейные, разветвляющиеся, циклические (рис. 1.26).

Рис. 1.26. Примеры структур алгоритмов: а - линейный алгоритм; б - алгоритм с ветвлением; в - алгоритм с циклом

Линейными называются алгоритмы, в которых действия осуществляются последовательно друг за другом. Стандартная блок-схема линейного алгоритма приводится на рис. 1.26, а (вычисление суммы двух чисел - А и В).

Разветвляющимся называется алгоритм, который, в отличие от линейных алгоритмов, содержит условие, в зависимости от истинности или ложности которого выполняется та или иная последовательность команд. Таким образом, команда ветвления состоит из условия и двух последовательностей команд.

Примером может являться разветвляющийся алгоритм, изображенный в виде блок-схемы (рис. 1.26, б). Аргументами этого алгоритма являются две переменные А, В , а результатом - переменная X. Если условие А > В истинно, то выполняется операция X := А х В, в противном случае выполняется X := А + В. В результате печатается то значение переменной X, которое она получает при выполнении одной из серий команд.

Циклическим называется алгоритм, в котором некоторая последовательность операций (тело цикла) выполняется многократно. Однако «многократно» не означает «до бесконечности». Организация циклов, никогда не приводящая к остановке в выполнении алгоритма, является нарушением требования его результативности - получения результата за конечное число шагов.

В цикл в качестве базовых входят - блок проверки условия и тело цикла. Перед операцией цикла осуществляется начальное присвоение значений тем переменным, которые используются в теле цикла. Если тело цикла расположено после проверки условий Р (цикл с предусловием), то может случиться так, что при определенных условиях тело цикла не выполнится ни разу. Такой вариант организации цикла, управляемый предусловием, называется цикл «ПОКА»/«WHILE» (здесь условие - это условие на продолжение цикла).

Возможен другой случай, когда тело цикла выполняется, по крайней мере, один раз и будет повторяться до тех пор, пока не станет истинным условие. Такая организация цикла, когда его тело расположено перед проверкой условия, носит название цикла с постусловием, или цикла «ДО»/«FOR». Истинность условия в этом случае - условие окончания цикла. Отметим, что возможна ситуация с постусловием и при организации цикла «ПОКА». Итак, цикл «ДО» завершается, когда условие становится истинным, а цикл «ПОКА» - когда становился ложным. Современные языки программирования имеют достаточный набор операторов, реализующих как цикл «ПОКА», так и цикл «ДО».

Рассмотрим пример алгоритма вычисления факториала, изображенный на рис. 1.26 (с циклом «ПОКА»). Переменная N получает значение числа, факториал которого вычисляется. Переменной N, которая в результате выполнения алгоритма должна получить значение факториала, присваивается первоначальное значение 1. Переменной К также присваивается значение 1. Цикл будет выполняться, пока справедливо условие N> К. Тело цикла состоит из двух операций N = N1 х К и К= К + 1.

Циклические алгоритмы, в которых тело цикла выполняется заданное число раз, реализуются с помощью цикла со счетчиком. Цикл со счетчиком реализуется с помощью команды повторения.

Процесс решения сложной задачи довольно часто сводится к решению нескольких более простых подзадач. Соответственно при разработке сложного алгоритма он может разбиваться на отдельные алгоритмы, которые называются вспомогательными. Каждый такой вспомогательный алгоритм описывает решение какой-либо подзадачи.

Процесс построения алгоритма методом последовательной детализации состоит в следующем. Сначала алгоритм формулируется в «крупных» блоках (командах), которые могут быть непонятны исполнителю (не входят в его систему команд) и записываются как вызовы вспомогательных алгоритмов. Затем происходит детализация, и все вспомогательные алгоритмы подробно расписываются с использованием команд, понятных исполнителю.

Контрольные вопросы

• 1. Дайте классификацию информации.
• 2. Каковы преимущества цифровой информации по отношению к аналоговой?
• 3. Перечислите методы кодирования символов.
• 4. Перечислите методы кодирования численной информации.
• 5. Переведите число 32 451 10 в шестнадцатеричную и восьмеричную системы счисления.
• 6. Переведите число 32 451 16 в десятичную и восьмеричную системы счисления.
• 7. В чем заключаются особенности двоичной арифметики?
• 8. Подсчитайте произведение 1ГА 16 и 2ВС1 6 по модулю 8.
• 9. Подсчитайте сумму 457 8 и 375 8 по модулю 3.
• 10. Перечислите логические элементы ЭВМ.
• 11. Что такое логические узлы ЭВМ?
• 12. Составьте таблицы истинности для левого (-1(А д В)) и правого (-И V -,б) выражений 1-го закона де Моргана. Проверьте их на соответствие.
• 13. Составьте таблицы истинности для левого (-1(А V В)) и правого (-.А V -,б) выражений 2-го закона де Моргана. Проверьте их на соответствие.
• 14. Последний столбец таблицы истинности для двухместных операций, очевидно, может содержать 16 = 2 4 различных сочетаний «1» и «О». Следовательно, всего может быть определено 16 логических операций над двумя переменными, из которых нами рассмотрены только пять. Составьте таблицу истинности для одной из 9 оставшихся вне рассмотрения функций и попытайтесь построить логическое выражение для этой функции.
• 15. Перечислите базовые структуры алгоритмов и программ.