Преобразование информации

Компьютер в истории человечества является первым средством автоматизированного преобразования информации. Этап решения задачи на ЭВМ, состоящий из разработки программы в соответствии с алгоритмом решения задачи, ее отладке и дальнейшем развитии программы в ходе ее применения называется программированием.

Программирование происходит всегда в некоторой конкретной программной обстановке, задающей тип ЭВМ, язык программирования и те или иные средства разработки программ (библиотека стандартных программ и модулей, экспертная система, база данных, редактор, транслятор, отладчик и т.д.). Задаются, как правило, ограничения на время исполнения программы и объем используемой памяти. Важной характеристикой является также представление о жизненном цикле разрабатываемой программы: одноразового или многократного применения; будет ли программа товарным продуктом, отчуждаемым от разработчиков; автономная программа или входящая в систему; диалоговая или работающая в автоматическом режиме и т.п. Общим является требование обеспечения достоверности и надежности программы.

Различают три типа программирования:

• синтезирующее, предполагающее полное построение программы по заданной спецификации задачи или по общему алгоритму ее решения;

• сборочное, опирающееся на библиотеки модулей или подпрограмм и состоящее в выборе подходящих модулей и их быстрой (часто автоматизированной) сборке в результирующую программу, решающую задачу из того класса, на который рассчитана библиотека модулей;

• конкретизирующее, предполагающее существование универсальной программы, решающей любую задачу данного класса и состоящее в адаптации универсальной программы к особенностям частной решаемой задачи; в результате получается либо более простая программа, либо использующая меньшее количество ресурсов.

Способ записи программ, допускающий их непосредственное выполнение на ЭВМ, называют машинным языком или языком программирования.

Принципы создания компьютерных языков:

— процедурное программирование;

— функциональное программирование;

— логическое программирование;

— объектно-ориентированное программирование.

Процедурное программирование

Процедурный подход к обработке информации возник на заре программирования. Именно с этим стилем программирования связано все развитие вычислительной техники. Несмотря на прогресс технологии, большинство современных компьютеров построены по тем же принципам, что и машины 40–х годов. В их основе лежит так называемая архитектура фон Неймана, названная в честь американского ученого Дж. фон Неймана, впервые изложившего принципиальные положения архитектуры ЭВМ во второй половине 40-х годов.

Основные принципы архитектуры фон Неймана состоят в следующем:

• ЭВМ состоит из процессора, памяти и внешних устройств;

• единственным источником активности (не считая стартового и аварийного вмешательства человека) в ЭВМ является процессор, который, в свою очередь, управляется программой, находящейся в памяти машины;

• память машины может быть представлена как последовательность дискретных ячеек, каждая из которых имеет свой адрес; каждая ячейка хранит команду программы или некоторую единицу обрабатываемой информации, причем и то и другое выглядят одинаково (машинное слово);

• в любой момент времени процессор выполняет одну команду программы, адрес которой находится в специальном регистре процессора — счетчике команд;

• обработка информации происходит только в регистрах процессора; информацию в процессор можно ввести из любой ячейки памяти или внешнего устройства, или наоборот, направить в любую ячейку или на внешнее устройство;

• в каждой команде программы зашифрованы следующие предписания: из каких ячеек памяти взять обрабатываемую информацию; какие совершить операции с взятой информацией; в какие ячейки памяти направить полученную информацию; как изменить содержимое счетчика команд, чтобы знать, откуда взять для выполнения следующую команду;

• машина выполняет программу команда за командой в соответствии с изменением содержимого счетчика команд и расположением команд в памяти, пока не получит команду остановиться.

Имеется некоторая последовательность управляющих символов (команд), закодированная в двоичной либо другой форме, а также данных, закодированных в той же форме. Команды и данные различаются лишь способом интерпретации. Команды, располагаясь в оперативной памяти в некоторой последовательности и по определенным адресам, образуют программу. В этом случае можно выделить единый алгоритм функционирования любого вычислительного устройства фон-неймановской архитектуры. Упрощенно он выглядит так:

 Извлечь команду из оперативной памяти;

 Извлечь из памяти данные (операнды), требуемые для реализации команды;

 Выполнить команду;

 При необходимости сохранить результаты в памяти;

 Вернуться к шагу 1.

Развитие процедурных языков определялось особенностями вычислительной машины Дж. фон Неймана; способы представления знаний и задач, а также методов их решения были ориентированы на экономию ресурсов. При этом интеллектуальный комфорт пользователя был проигнорирован. Программа разрабатывается в терминах тех действий, которые она должна выполнять. Основная единица программы — процедура — последовательность операторов, выполняющая определенный вспомогательный алгоритм. Процедуры могут вызывать другие процедуры, вместе они работают по определенному алгоритму, ведущему к решению задачи. Кроме понятия оператор в основе процедурного языка лежит понятие операнд — данные, которые обрабатываются при помощи операторов. Типы операндов: простой, массив, структуры. Типы операторов: присваивания, условных операций, итерации.

Программа, написанная на процедурном языке, явно указывает способ получения результата, но не сам результат.

Существует большое число процедурных языков программирования. Это —Algol, Fortran, Pascal, С, Basic и др.