- •Предисловие
- •Введение
- •1Архитектура эвм
- •1.1 Биты и их хранение
- •1.1.1Вентили и триггеры
- •1.1.2Другие способы хранения битов
- •1.1.3Шестнадцатеричная система счисления
- •1.2 Оперативная память
- •1.2.1Структура памяти
- •1.2.2Измерение емкости памяти
- •1.3 Устройства хранения данных
- •1.3.1Магнитные диски
- •1.3.2Компакт-диски
- •1.3.3Магнитные ленты
- •1.3.4Хранение и поиск файлов
- •1.4 Представление информации в виде двоичного кода
- •1.4.1Представление текста
- •1.4.2Американский национальный институт стандартов
- •1.4.3Iso - международная организация по стандартизации
- •1.4.4Представление числовых значений
- •1.4.5Представление изображений
- •1.4.6Представление звука
- •1.5 Двоичная система счисления
- •1.5.1Альтернатива двоичной системе счисления
- •1.5.2Дроби в двоичной системе счисления
- •1.5.3Аналоговые и цифровые устройства
- •1.6 Хранение целых чисел
- •1.6.1Представление в двоичном дополнительном коде
- •1.6.2Сложение в двоичном дополнительном коде
- •1.6.3Проблема переполнения
- •1.6.4Представление с избытком
- •1.7 Хранение дробей
- •1.7.1Представление с плавающей точкой
- •1.7.2Ошибка усечения
- •1.8 Сжатие данных
- •1.8.1Общие методы сжатия данных
- •1.8.2Сжатие звука
- •1.8.3Сжатие изображений
- •1.9 Ошибки передачи данных
- •1.9.1Контрольный разряд четности
- •1.9.2Коды с исправлением ошибок
- •2Манипулирование данными
- •2.1 Архитектура эвм
- •2.1.1Сложение двух чисел, хранящихся в оперативной памяти
- •2.1.2Кто и что изобрел?
- •2.2 Машинный язык
- •2.2.1Система команд
- •2.2.2Кэш-память
- •2.2.3Арифметико-логические команды
- •2.2.4Команды управления
- •2.2.5Деление двух значений, хранящихся в памяти
- •2.3 Выполнение программы
- •2.3.1Пример выполнения программы
- •2.3.2Команды переменной длины
- •2.3.3Программы и данные
- •2.4 Арифметические и логические операции
- •2.4.1Логические операции
- •2.4.2Сравнение вычислительной мощности эвм
- •2.4.3Операции сдвига
- •2.4.4Арифметические операции
- •2.5 Связь с другими устройствами
- •2.5.1Связь через контроллер
- •2.5.2Строение шины
- •2.5.3Скорость передачи данных
- •2.6 Другие архитектуры
- •2.6.1Конвейерная обработка
- •3Операционные системы и организация сетей
- •3.13.1. Эволюция операционных систем
- •3.1.1Однопроцессорные системы
- •3.1.2Многопроцессорные системы
- •3.2 Архитектура операционной системы
- •3.2.1Программное обеспечение
- •3.2.2Полезное единообразие или вредная монополия?
- •3.2.3Компоненты операционной системы
- •3.2.4Операционная система linux
- •3.2.5Начало работы операционной системы
- •3.3 Координирование действий машины
- •3.3.1Понятие процесса
- •3.3.2Управление процессами
- •3.3.3Модель «клиент-сервер»
- •3.4 Обработка конкуренции между процессами
- •3.4.1Семафор
- •3.4.2Взаимная блокировка
- •3.5 Сети
- •3.5.1Основы организации сетей
- •3.5.2Интернет
- •3.5.3Топология сети Интернет
- •3.5.4Система адресов Интернета
- •3.5.5Электронная почта
- •3.5.6Всемирная паутина
- •3.6 Сетевые протоколы
- •3.6.1Управление правом отправки сообщений
- •3.6.2Сеть ethernet
- •3.6.3Javascript, апплеты, cgi и сервлеты
- •3.6.4Многоуровневый принцип программного обеспечения Интернета
- •3.6.5Комплект протоколов tcp/ip
- •3.6.6Протоколы рорз и imap
- •3.7 Безопасность
- •3.7.1Протокол защищенных сокетов
- •3.7.2Группа компьютерной «скорой помощи»
- •4Алгоритмы
- •4.1 Понятие алгоритма
- •4.1.1Предварительные замечания
- •4.1.2Формальное определение алгоритма
- •4.1.3Определение алгоритма
- •4.1.4Абстрактная природа алгоритма
- •4.2 Представление алгоритма
- •4.2.1Примитивы
- •4.2.2Псевдокод
- •4.3 Создание алгоритма
- •4.3.1Искусство решения задач
- •4.3.2Итеративные структуры в музыке
- •4.3.3Первый шаг в решении задачи
- •4.4 Итеративные структуры
- •4.4.1Алгоритм последовательного поиска
- •4.4.2Управление циклом
- •4.4.3Алгоритм сортировки методом вставок
- •4.5Рекурсивные структуры
- •4.5.1Поиск и сортировка
- •4.5.2Алгоритм двоичного поиска
- •4.5.3Управление рекурсивными структурами
- •4.6 Эффективность и правильность
- •4.6.1Эффективность алгоритма
- •4.6.2Проверка правильности программного обеспечения
- •4.6.3По ту сторону проверки правильности программ
- •5Языки программирования
- •5.1 Исторический обзор
- •5.1.1Ранние поколения
- •5.1.2Интерплатформенное программное обеспечение
- •5.1.3Независимость от машины
- •5.1.4Парадигмы программирования
- •5.2 Основные понятия традиционного программирования
- •5.2.1Культуры языков программирования
- •5.2.2Переменные и типы данных
- •5.2.3Структуры данных
- •5.2.4Константы и литералы
- •5.2.5Операторы присваивания
- •5.2.6Управляющие операторы
- •5.2.7Комментарии
- •5.3 Процедурные единицы
- •5.3.1Процедуры
- •5.3.2Событийно-управляемые программные системы
- •5.3.3Параметры
- •5.3.4Функции
- •5.3.5Операторы ввода-вывода
- •5.4 Реализация языка программирования
- •5.4.1Процесс трансляции программы
- •5.4.2Реализация java
- •5.4.3Компоновка и загрузка
- •5.4.4Пакеты разработки программного обеспечения
- •5.5 Объектно-ориентированное программирование
- •5.5.1Классы и объекты
- •5.5.3Конструкторы
- •5.5.4Дополнительные возможности
- •5.6 Параллельные операции
- •5.7 Декларативное программирование
- •5.7.1Логическая дедукция
- •5.7.2Язык программирования Prolog
- •6Разработка программного обеспечения
- •6.1 Разработка программного обеспечения
- •6.1.1Ассоциация по вычислительной технике
- •6.1.2Институт инженеров по электротехнике и электронике
- •6.2 Жизненный цикл программы
- •6.2.1Цикл как единое целое
- •6.2.2Разработка программного обеспечения на практике
- •6.2.3Этапы разработки программного обеспечения
- •6.2.4Анализ
- •6.2.5Проектирование
- •6.2.6Реализация
- •6.2.7Тестирование
- •6.2.8Современные тенденции
- •6.3 Модульность
- •6.3.1Модульная реализация программы
- •6.3.2Связь модулей системы
- •6.3.3Связность модуля
- •6.4 Методики проектирования
- •6.4.1Нисходящее и восходящее проектирование
- •6.4.2Модели проектирования
- •6.4.3Разработка открытых программных продуктов
- •6.5 Инструменты проектирования
- •6.6 Тестирование
- •6.7 Документация
- •6.8 Право собственности на программное обеспечение и ответственность
- •Часть 3 организация данных
- •7Структуры данных
- •7.1 Основы структур данных
- •7.1.1Опять абстракция
- •7.1.2Статические и динамические структуры
- •7.1.3Указатели
- •7.2 Массивы
- •7.3 Списки
- •7.3.1Непрерывные списки
- •7.3.2Реализация непрерывных списков
- •7.3.3Связные списки
- •7.3.4Поддержка абстрактного списка
- •7.4 Стеки
- •7.4.1Откат
- •7.4.2Реализация стека
- •7.5 Очереди
- •7.5.1Проблема указателей
- •7.6 Деревья
- •7.6.1Реализация дерева
- •7.6.2Сбор мусора
- •7.6.3Пакет бинарного дерева
- •7.7 Пользовательские типы данных
- •7.7.1Пользовательские типы
- •7.7.2Классы
- •7.7.3Описательное и процедурное знание
- •7.7.4Стандартная библиотека шаблонов
- •7.8 Указатели в машинном языке
- •8Файловые структуры
- •8.1 Роль операционной системы
- •8.1.1Таблицы размещения файлов
- •8.2 Последовательные файлы
- •8.2.1Обработка последовательных файлов
- •8.2.2Консорциум производителей программного обеспечения для www
- •8.2.3Текстовые файлы
- •8.2.4Текстовые и двоичные файлы
- •8.2.5Вопросы программирования
- •8.2.6Семантическая сеть
- •8.3 Индексация
- •8.3.1Основные положения индексации
- •8.3.2Вопросы программирования
- •8.3.3Расположение файлов на дисках
- •8.4 Хэширование
- •8.4.1Хэш-система
- •8.4.2Проблемы распределения
- •8.4.3Аутентификация посредством хэширования
- •8.4.4Вопросы программирования
- •9Структуры баз данных
- •9.1 Общие вопросы
- •9.2 Многоуровневый подход к реализации базы данных
- •9.2.1Система управления базой данных
- •9.2.2Распределенные базы данных
- •9.2.3Модели баз данных
- •9.3 Реляционная модель баз данных
- •9.3.1Вопросы реляционного проектирования
- •9.3.2Системы баз данных для персональных компьютеров
- •9.3.3Хронологические базы данных
- •9.3.4Реляционные операции
- •9.3.5Вопросы реализации
- •9.3.6Язык sql
- •9.4 Объектно-ориентированные базы данных
- •9.5 Поддержка целостности базы данных
- •9.5.1Пространственные базы данных
- •9.5.2Протоколы фиксации/отката изменений
- •9.5.3Блокировка
- •9.6 Воздействие технологий баз данных на общество
- •10Искусственный интеллект
- •10.1 Интеллект и машины
- •10.1.1Конечный результат или имитация
- •10.1.2Истоки искусственного интеллекта
- •10.1.3Тест Тьюринга
- •10.1.4Машина для решения головоломки из восьми фишек
- •10.2 Распознавание образов
- •10.3 Мышление
- •10.3.1Продукционные системы
- •10.3.2Интеллект, основанный на поведении
- •10.3.3Деревья поиска
- •10.3.4Эвристика
- •10.4 Искусственные нейронные сети
- •10.4.1Основные свойства
- •10.4.2Приложение теории
- •10.4.3Ассоциативная память
- •10.5 Генетические алгоритмы
- •10.6 Прочие области исследования
- •10.6.1Обработка лингвистической информации
- •10.6.2Рекурсия в естественных языках
- •10.6.3Роботы
- •10.6.4Системы баз данных
- •10.6.5Экспертные системы
- •10.7 Обдумывая последствия
- •10.7.1Сильный искусственный интеллект против слабого
- •11Теория вычислений
- •11.1 Функции и их вычисление
- •11.1.1Теория рекурсивных функций
- •11.2 Машины Тьюринга
- •11.2.1Основы машины Тьюринга
- •11.2.2Истоки машины Тьюринга
- •11.2.3Тезис Черча-Тьюринга
- •11.3 Универсальные языки программирования
- •11.3.1Скелетный язык
- •11.3.2Существуют ли инопланетяне?
- •11.3.3Универсальность скелетного языка
- •11.4 Невычислимая функция
- •11.4.1Проблема останова
- •11.4.2Неразрешимость проблемы останова
- •11.5 Сложность задач
- •11.5.1Измерение сложности задачи
- •11.5.2Пространственная сложность
- •11.5.3Полиномиальные и не полиномиальные задачи
- •11.5.5Детерминированность против недетерминированности
- •11.6Шифрование с открытым ключом
- •11.6.1Шифрование при помощи задачи о ранце
- •11.6.2Популярные системы шифрования
- •11.6.3Модульная арифметика
- •11.6.4Обратно к шифрованию
5.2.4Константы и литералы
Иногда в программе используются фиксированные, заранее заданные значения. Например, программа, управляющая воздушным движением определенного аэропорта, может содержать различные ссылки на положение этого аэропорта относительно уровня моря. В процессе написания программы это значение, скажем, 645 футов, можно каждый раз записывать числом. Такая явная запись значения называется литералом (literal). В результате использования литералов получаются такие выражения, как
EffectiveAlt <- Altimeter - 645
где EffectiveAlt и Altimeter — переменные, а 645 — литерал.
Однако использование литералов не очень удобно, поскольку иногда трудно понять значение выражения, в которое они включены. Как, например, можно узнать из предыдущего выражения, что означает число 645? Кроме того, использование литералов может усложнить изменение программы, если оно потребуется. Если с этой программой работать в другом аэропорту, то все ссылки на положение аэропорта относительно уровня моря нужно изменить. Если используется литерал 645, то нужно просмотреть всю программу и изменить каждое выражение, в котором он встречается. Трудности могут возникнуть в том случае, когда литерал 645 используется также для обозначения какого-либо другого свойства. Как тогда узнать, какое из них нужно поменять?
Для того чтобы избежать этих трудностей, в языках программирования существует возможность присваивать постоянным значениям описательные имена. Такие имена называются константами (constant). Например, описательный оператор языка Ada
AirportAlt constant Integer := 645:
присваивает имени Ai rportAl t фиксированное значение 645 целочисленного типа. То же самое выражение можно записать на Java:
final int AirportAlt = 645;
а на C++ и С# оно будет иметь следующий вид:
const AirportAlt = 645.
После такого выражения имя AirportAlt можно использовать вместо литерала 645. Используя эту константу в нашем псевдокоде, выражение
EffectiveAlt <- Alireter - 645
можно переписать как
EffectiveAlt <- Alimeter - AirportAlt.
Нетрудно заметить, что последнее выражение лучше отражает смысл утверждения. Кроме того, если программу, содержащую такие константы, использовать в другом аэропорту, который находится на высоте 267 футов над уровнем моря, то все, что нужно сделать, это изменить параметры одного оператора описания.
5.2.5Операторы присваивания
Как только определены переменные и константы, которые будут использоваться в программе, программист может приступать непосредственно к процессу описания алгоритма, который осуществляется с помощью исполняемых операторов. Основными исполняемыми операторами являются операторы присваивания (assignment statement), в результате выполнения которых переменной присваивается некоторое значение (или, более точно, значение сохраняется в ячейке памяти, связанной с этой переменной). Синтаксические структуры с такими операторами обычно состоят из переменной, за которой следуют символ операции присваивания, и выражение, обозначающее значение, которое нужно присвоить. Эта структура означает, что выражение нужно вычислить, а результат сохранить как значение данной переменной. Например, утверждение
Z = X + Y:
в языках С, C++, С# и Java означает, что сумму X и Y нужно присвоить переменной Z. В языках Ada и Pascal это утверждение будет иметь вид:
Z := X + Y;
Обратите внимание на то, что эти выражения отличаются только оператором присваивания: в языках С, C++ и Java это просто знак равенства, а в языках Ada и Pascal — двоеточие и знак равенства. Возможно, самое наглядное обозначение для оператора присваивания используется в языке APL (A Programming Language), который был создан Кеннетом Иверсеном (Kenneth E. Iverson) в 1962 году. Для записи операции присваивания в этом языке применяется стрелка. Таким образом, приведенное выше выражение в APL (как и в нашем псевдокоде) можно записать так: Z <- X + Y.
Основное качество операторов присваивания состоит в том, что в правую часть высказывания можно поместить любое выражение. Например, алгебраическое выражение с арифметическими операциями сложения, вычитания, умножения и деления, которые обычно обозначаются символами +, -, * и / соответственно. Однако эти выражения по-разному интерпретируются в языках программирования. Например, результатом выражения 2*4 + 6/2 будет 14, если вычислять его справа налево, или 7, если вычислять его слева направо. Эта неоднозначность обычно разрешается с помощью введения приоритетов (старшинства) операторов (operator precedence). Согласно традиционным правилам алгебры операции умножения и деления имеют приоритет над операциями сложения и вычитания.
То есть умножение и деление выполняются в первую очередь. Поэтому результатом вычисления приведенного выше выражения будет 11. В большинстве языков для того, чтобы задать другую последовательность выполнения операторов, используются скобки. Например, значение выражения
2 х (4 + 6)/2
равно 10.
Выражения оператора присваивания могут содержать не только алгебраические операции. Например, если переменные Fi rst и Last представляют собой цепочки символов, то после выполнения следующей команды, записанной на языке FORTRAN: Both = First // Last
переменной Both будет присвоен результат конкатенации этих двух цепочек. То есть если переменные First и Last равны abra и cadabra соответственно, то переменная Both будет равна цепочке abracadabra.
Многие языки программирования позволяют использовать один символ для обозначения нескольких операций. В таких случаях значение символа определяется типом операндов. Например, символ «+» обычно обозначает операцию сложения, когда его операндами являются числа. Но в языке Java этот символ также обозначает конкатенацию, когда его операндами являются цепочки символов. Такое использование символов операций называется перегрузкой операций (overloading).
