Компьютеры и программы. Как управлять компьютером.
Предмет: Информатика, 5 класс
Автор: Попов Владислав Сергеевич

Планируемые образовательные результаты:

предметные — представление об алгоритмах и программах, программном принципе управления компьютером.

метапредметные — умение планировать пути достижения целей; соотносить свои действия с планируемыми результатами; осуществлять контроль своей деятельности; определять способы действий в рамках предложенных условий; корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией; оценивать правильность выполнения поставленной задачи;

личностные — понимание роли информационных процессов, алгоритмов и программ в современном мире.

Основные понятия, рассматриваемые на уроке: алгоритмы и программы, программный принцип управления компьютером.

Ход урока

Введение. Алгоритмы и программы

Здравствуйте, дети. Сегодня мы поговорим об управлении компьютером. Любая программа работает по определённому алгоритму, под которым понимается порядок действий для достижения определённой цели, для выполнения поставленной задачи. Говорят, что алгоритм работает над исходными или входными данными, которые можно назвать условием задачи, и, совершая действия, получает выходные данные – своего рода ответ.

Программа – это алгоритм, записанный на языке, понятном компьютеру. На одном из следующих уроков под названием «Архитектура компьютера» вы увидите, что организация программ или, как принято говорить, программная архитектура, является частью архитектуры компьютера. На другом уроке, который посвящён программному обеспечению, вы узнаете о том, какими могут быть программы и каким образом их можно классифицировать.

Программный принцип управления компьютером

Современный компьютер без программ представляет из себя жалкое зрелище: он будет обыкновенной грудой железа. Как только вы включаете компьютер, начинают работать программы, обеспечивающие все те возможности, благодаря которым компьютеры занимают всё более важное место в жизни отдельных людей и всего человечества.

Те действия, из которых состоят алгоритмы, при написании и выполнении программ разделяются на отдельные команды, также называемые инструкциями. Команды или инструкции выполняет такое устройство как процессор по специальному алгоритму, называемому циклом фон Неймана. Набор команд, которые может выполнять процессор, называется машинным языком, машинным кодом или системой команд.

Примеры алгоритмов

Итак, мы поняли, что в основе любой программы лежит алгоритм. Этой обширной теме, алгоритмам, посвящена третья часть нашего курса информатики в 7 классе. Рассмотрим несколько алгоритмов на примере.

Пример № 1

Пример первый. Пусть у некоторого устройства есть только две команды, каждой из которых присвоены номера. Первая – возвести число в квадрат, то есть умножить число само на себя, и вторая – прибавить к числу 2.

Алгоритмом для нашего устройства является упорядоченный набор этих команд. Каждая команда совершает действие над числом, изменяя его. Будем записывать номера команд подряд и выполнять алгоритм слева направо. В качестве входных данных для алгоритма выступает некоторое число. В качестве выходных данных выступает преобразованное число.

Решим следующую задачу: дано входное число 3, дан алгоритм 11222, найти выходное число – результат работы алгоритма над входным числом. Первая команда – это команда под номером 1. Значит, нам нужно возвести входное число в квадрат, то есть умножить входное число само на себя: умножим три на три и получим 9. Вторая по счёту команда – это снова команда под номером 1. Нам снова нужно умножить число само на себя, но, поскольку исходное число изменилось, будем умножать число 9 на 9. Получим 81. Следующая команда – это команда под номером 2, в результате исполнения которой к полученному на предыдущем шаге числу прибавляется число 2. Получим число 83. Выполнив аналогичным образом две последних команды, в итоге получим число 87. Это число и будет результатом работы алгоритма над входным числом.

Команда

Как изменится входное число

1

3 × 3 = 9

1

9 × 9 = 81

2

81 + 2 = 83

2

83 + 2 = 85

2

85 + 2 = 87

Также встречаются обратные задачи, когда по заданному алгоритму и полученному числу нужно определить входные данные, или же когда по входным данным и выходным данным необходимо найти самый короткий алгоритм, т.е. алгоритм, содержащий наименьшее количество команд.

Давайте составим самый короткий алгоритм получения из числа 2 числа 18. Команды остаются теми же – это команда возведения в квадрат и команда прибавления двойки к числу. Вы прекрасно понимаете, что мы можем 8 раз прибавить к исходному числу по двойке, получив в результате число 18. Это алгоритм, в котором будет 8 команд «прибавить 2».

Команда

Как изменится входное число

2

2 + 2 = 4

2

4 + 2 = 6

2

6 + 2 = 8

2

8 + 2 = 10

2

10 + 2 = 12

2

12 + 2 = 14

2

14 + 2 = 16

2

16 + 2 = 18

Будет ли такой алгоритм содержать наименьшее количество команд? Конечно, нет. А вот алгоритм, состоящий из двух команд возведения в квадрат и команды «прибавить 2» именно в таком порядке, оказывается решением этой задачи. Работа этого алгоритма показана в таблице, которую вы видите на экране.

Команда

Как изменится входное число

1

2 ×2 = 4

1

4 × 4 = 16

2

16 + 2 = 18

Кроме того, вы видите, что в первом действии первая команда (возвести в квадрат) может быть заменена на вторую (прибавить 2). В итоге получим один и тот же результат. Только что мы убедились, что разные алгоритмы могут привести к одному и тому же результату.

Пример № 2

Пример второй. Пусть некоторое устройство получает в качестве входных данных два двузначных числа, после чего проделывает над этими числами следующие действия: во-первых, устройство получает сумму цифр первого числа и сумму цифр второго числа, во-вторых, устройство записывает полученные суммы в порядке убывания.

Пусть входными данными для устройства являются числа 42 и 13. Число 42 в известном романе «Автостопом по галактике» является ответом на «главный вопрос жизни, вселенной и всего такого». Число 13 также взято неслучайно: именно столько лет было Биллу Гейтсу, основателю компании Microsoft, когда тот написал одну из своих первых программ – игру в крестики-нолики. Возможно, кому-то из вас, сидящих по ту сторону экрана, сейчас тоже 13 лет. Задумайтесь над этим.

Итак, вернёмся к алгоритму. Входными данными являются числа 42 и 13. Суммой цифр числа 42 является число 6, а суммой цифр числа 13 является число 4. Только что мы выполнили первое действие. Для выполнения второго действия осталось записать полученные числа, 6 и 4, в порядке убывания. Получим ответ: 64.

Домашнее задание

Сегодня у вас будет творческое домашнее задание. Для его выполнения вам требуется придумать систему команд для устройства, подобно тому, как это было сделано в наших примерах, указать входные данные, и предложить одному из своих одноклассников найти выходные данные.

Кроме того, выучите определения, приведённые в этом уроке.