Lecture Programming in C++ - Chapter 1: Computing fundamentals

Chapter 1 – Computing 
Fundamentals


History of Electronic Computers
First computer

– ABC (Atanasoff Berry Computer) at Iowa State U.
– 1930’s
– Solved large numbers of simultaneous equations

First “all­purpose” computer

– ENIAC (Electronic Numeric Integrator And 
Calculator)
– Main idea developed from ABC notes

Both had set wiring –data was input to memory
Lesson 1.1


John von Neumann
Mathematician
Proposed alternative to “hard wiring”
Introduced concept of stored program 
instructions
– Both data and instructions were stored
– Led to development of multipurpose 
computers
Lesson 1.1

Computer Categories
Supercomputers
Mainframe computers
Workstations
Personal computers (microcomputers)
Laptops
More powerful than ENIAC

Palmtops
Speed and size!
Lesson 1.1


Architecture
Four main parts
–
–
–
–

CPU (central processing unit)
Main memory
Controllers
Peripheral devices

Hardware
– Electronic and mechanical devices integrated or 
connected to computer
Lesson 1.2

Schematic 
Motherboard

CPU
Arithmetic
Logic Unit

Register
Register
Register

Control
Unit

Peripheral Devices

Lesson 1.2

Main
Memory

Controllers


Main Memory
Stores information to be process or 
instructions to be executed
Information stored in bits (binary digits)

–
–
–
–

Two states: on or off
Byte is 8 bits (character of information like ‘b’)
Grouped into packets called cells or words
Bit pattern is code

Lesson 1.2


Memory Sizes
Represented by 2 raised to a power
Trillion                1,099,511,627,776
Billion                    1,073,741,824
Million                       1,048,576
Thousand                       1,024

240 = terabyte
230 = gigabyte
220 = megabyte

210 = kilobyte
23 = 8 bits (byte)

Lesson 1.2

Memory Access
RAM

– Random access memory
– Allows access to cells in no particular order
– Volatile

ROM

– Read only memory
– Cannot be modified by user
– Information is permanent (non­volatile)

Serial access

– Sequence of cell followed to extract information

Lesson 1.2


Central Processing Unit (CPU)
Control Unit
– Controls activities of CPU
– Directs flow of instructions
– Communicates with ALU

Registers
– Rapid access memory cells

Arithmetic­Logic Unit (ALU)

– Arithmetic operations
– Logic operations (compares, etc)
Lesson 1.2


Peripheral Devices
Two categories
– Mass storage
Disk drives
Tape drives
CD drives, etc.

– Input­output (I/O)
Monitors
Keyboards
Printers
Speakers, etc.
Lesson 1.2


Mass Storage Devices
Store information
Devices that rotate, write to or read from 
called drives
On/Off (binary)
– Magnetic spots on disks or tape
– Pits or “lands” on CDs (optical disks)

Lesson 1.2

Major Differences between Main 
and Mass Storage
Slower access in mass storage than main
Mass storage portable
Mass storage usually have greater capacity 
and can hold large amounts of information
Main memory is volatile and disappears 
when power is off, but mass storage 
permanent (unless deliberately erased)
Lesson 1.2


Input­Output Devices
Input
– Convert information coming in to computer 
compatible form
– Examples: keyboards, scanners, microphones

Output
– Convert computer codes into user 
understandable format
– Examples: monitors, printers, speakers
Lesson 1.2


Controllers
Coordinate actions of peripheral devices 
with actions of computer
Constant flow between peripheral 

equipment and controller
– Need to know what peripheral equipment is 
doing

Lesson 1.2


Networks
Groups of individual computers and 
peripheral devices linked together to share 
information and resources
Two categories
– Wide area network (WAN)
– Local area network (LAN)

Topology is “shape” of connection
Lesson 1.3


Network Topologies
Bus
Ring

Irregular 

Lesson 1.3

Tree

Data Representation
Each bit is either on or off,  1 or 0
ASCII code – 8 bits make a byte
Integers represented by base 2, binary system
– Each place position is power of 2 (23+22+21+20)

Two other number systems used
– Octal (powers of 8)
– Hexadecimal (powers of 16)
Lesson 1.4


Memory Addresses
Every memory cell needs to be addressed
Binary code represent address of cell
One cell can contain address of another 
memory cell

Lesson 1.4


Programming Languages
Assembly language
– One level above machine language

High­level language
– Designed to simplify writing programs
– Four types
Procedural (imperative)
Functional

Declarative
Object oriented 
Lesson 1.5


Software
Set of instructions read into computer’s 
memory and later executed on demand
Two types
– System
Operating systems
Utility programs
Language translators
– Application
Lesson 1.6


Operating System Software
Software written into memory upon startup
Interface between user, computer and 
peripherals
Two categories
– Multiple­user computers
– Single­user computers
Lesson 1.6


Utility Programs
Perform basic operations necessary for 
performance of computer system

– File operations
creating, copying, saving
deleting, merging, sorting

Encapsulated with operating systems

Lesson 1.6


Language Translators
Convert programmer­made instructions 
(source code) into machine­language 
instructions (object code)
Three types
– Assemblers:  Convert assembly language programs 
to object code
– Interpreters:  Converts an instruction to object code 
then executes it
– Compilers:  Converts entire program to object code
Lesson 1.6


Integrated Development 
Environment (IDE)
Full package
– Compiler
– Text editor
– Debugging tools

Allows creation, repeated execution and 

modification of a program
– Helps find violations of language rules
Lesson 1.6