Информация –– мера разрешения неопределенности.
Бит (Binary digIT, bit – кусочек) выбран как мера неопределенности с двумя возможными состояниями: истина | ложь, да | нет, 1 | 0. Любые данные в компьютере представлены в виде последовательности битов. Цифровая информация хранится благодаря различию между разными величинами какой-либо физической характеристики (ток, напряжение) => чем больше величин, которые нужно различать, тем меньше различий между смежными величинами => тем менее надежна память. В двоичной системе следует различать всего два состояния => это самый надежный метод кодирования информации.
Байт — совокупность битов, обрабатываемая компьютером одномоментно. В современных вычислительных системах байт состоит из восьми битов и, соответственно, может принимать одно из 256 (2^8 = 256) различных значений (состояний, кодов).
Сверхоперативная, оперативная и внешняя. Некоторые регистры сверхоперативной памяти, в которые могут помещаться аргументы арифметических операций, находятся в ЦП. Также они используются для хранения текущих или следующих команд. Оперативная память служит для запоминания более постоянной информации. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой идентификатор (адрес) в массиве ячеек памяти. Самая маленькая ячейка имеет размер 8 бит (байт). Внешняя память служит для долговременного хранения информации, используется для хранения самих программ.
Тип данных характеризует одновременно:
- множество допустимых значений, которые могут принимать данные, принадлежащие к этому типу;
- набор операций, которые можно осуществлять над данными, принадлежащими к этому типу.
Распространённые типы данных:
- Логический
- Целочисленный
- Числа с плавающей запятой
- Строковый
- Указатели
Тип данных указывает, как будут использоваться определенные наборы битов. Функция задает операции, выполняемые над данными. Структура служит для группировки порций информации. Указатели – для непрямой ссылки на информацию. Абстрактный тип данных – тип данных с доступом через интерфейс, реализация которого скрыта. Доступ к переменным – через операции, определенные в интерфейсе.
Пространственное понятие: схема организации информации в компьютере. Множество элементов данных и множество связей между ними. От выбора структуры данных зависит производительность программы. Тип структуры данных определяет:
- Как хранятся данные в структуре (выделение памяти, представление данных)
- Множество допустимых значений, который принимает объект в структуре данных
- Множество операций, которые могут применяться к объекту
Операции над структурами данных – CRUD:
- CREATE
- READ
- UPDATE
- DELETE
Структура данных в ООП реализуется в виде классов, данные хранятся в переменных класса, системе предписаний соответствует набор методов класса.
- ПРОСТЫЕ БАЗОВЫЕ (числовые, символьные, логические, перечисление, интервал, указатели)
- СТАТИЧЕСКИЕ (вектор, массив, множество, запись, таблица)
- ПОЛУСТАТИЧЕСКИЕ (стек, очередь, дек, строка)
- ДИНАМИЧЕСКИЕ (связный список, граф, дерево)
«Рецепт расчета» – метод, разработанный для решения задачи, пригодный для реализации в компьютерной программе. Сам алгоритм является абстракцией, но его представление – конкретно и может меняться в зависимости от архитектуры компьютера, языка программирования и т. д. Представление алгоритма конструируется из блоков – примитивов. Набор примитивов и правил, как комбинировать эти примитивы для воплощения более сложных идей организуют язык программирования. Примитив состоит из синтаксической и семантической части. Описание алгоритма на низком уровне – неудобно, поэтому используются абстракции для примитивов более высокого уровня, которые состоят из примитивов низкого. Итерационная структура – выполнение набора инструкций в циклическом режиме. Рекурсивная – каждая стадия повторения цикла реализуется как подзадача предыдущей стадии. Чтобы оценить производительность нужно подсчитать количество операций. Различают временную сложность и пространственную (используемая память).
О – (сложность в наихудшем случае), асимптотическая верхняя оценка количества операций => времени работы (худший вариант). При оценке берется количество операций, возрастающих быстрее всего.
Ω – сложность в лучшем случае
Θ – сложность в среднем, когда оценка Ω = О
Наилучшая оценка алгоритма – О(1), константная, когда алгоритм без циклов и рекурсии.
Процесс создания компьютерных программ. В узком смысле (так называемое кодирование) под программированием понимается написание инструкций (программ) на конкретном языке программирования (часто по уже имеющемуся алгоритму — плану, методу решения поставленной задачи). В настоящее время активно используются интегрированные среды разработки (IDE), включающие в свой состав также редактор для ввода и редактирования текстов программ, отладчики для поиска и устранения ошибок, трансляторы с различных языков программирования, компоновщики для сборки программы из нескольких модулей и другие служебные модули. С помощью текстового редактора программист производит набор и редактирования текста создаваемой программы, который называют исходным кодом. Язык программирования определяет синтаксис и изначальную семантику исходного кода. Компилятор преобразует текст программы в машинный код, непосредственно исполняемый электронными компонентами компьютера. Интерпретатор создаёт виртуальную машину для выполнения программы, которая полностью или частично берёт на себя функции исполнения программ. Код –> препроцессор (#define, etc. – развертывание, замена) –> компилятор –> машинный код
Язык программирования — формальная знаковая система, предназначенная для записи компьютерных программ. Служит для точного описания абстрактных структур данных и алгоритмов. Компилятор транслирует текст программы на языке программирования в машинный код, связывая каждый идентификатор (имя) с адресом памяти.
Классы языков программирования:
- Функциональные
Lisp, Erlang, Haskell, Scala
На основе достаточно строгих абстрактных понятий и методов символьной обработки данных. Тексты программ на функциональных языках программирования описывают «как решить задачу», но не предписывают последовательность действий для решения.
- Процедурные (императивные)
C, Basic, Pascal
Последовательно выполняемые операторы можно собрать в подпрограммы, то есть более крупные целостные единицы кода, с помощью механизмов самого языка. Процедурное программирование является отражением архитектуры традиционных ЭВМ. Процедурный язык программирования предоставляет возможность программисту определять каждый шаг в процессе решения задачи. Особенность таких языков программирования состоит в том, что задачи разбиваются на шаги и решаются шаг за шагом. Используя процедурный язык, программист определяет языковые конструкции для выполнения последовательности алгоритмических шагов.
- Динамические
Perl, Tcl, Python, PHP, Ruby, Smalltalk, JavaScript
Позволяют определять типы данных и осуществлять синтаксический анализ и компиляцию «на лету», на этапе выполнения программы. Динамические языки удобны для быстрой разработки приложений. Динамическая типизация (при котором переменная связывается с типом в момент присваивания значения, а не в момент объявления переменной. Таким образом, в различных участках программы одна и та же переменная может принимать значения разных типов) является основным, но не единственным критерием динамического языка программирования.
- Объектно-ориентированные
C#, C++, Java. Objective-C, Perl, Python, Scala, Ruby, Smaltalk, PHP
Язык, построенный на принципах объектно-ориентированного программирования. В основе концепции объектно-ориентированного программирования лежит понятие объекта — некой сущности, которая объединяет в себе поля (данные) и методы (выполняемые объектом действия).
Интерфейс программирования приложений (иногда интерфейс прикладного программирования) (application programming interface) — набор готовых классов, процедур, функций, структур и констант, предоставляемых приложением (библиотекой, сервисом) для использования во внешних программных продуктах. Используется программистами для написания всевозможных приложений. API операционных систем: Cocoa, Windows API. API не решение для системы (как фреймворк), а доступ к функциям другой системы.
Интегрированная среда разработки (integrated development environment) — система программных средств, используемая программистами для разработки программного обеспечения. Обычно, среда разработки включает в себя:
- текстовый редактор
- компилятор и/или интерпретатор
- средства автоматизации сборки
- отладчик
Язык программирования, разработанный для быстроты и удобства использования программистом. Основная черта высокоуровневых языков — это абстракция, то есть введение смысловых конструкций, кратко описывающих такие структуры данных и операции над ними, описания которых на машинном коде (или другом низкоуровневом языке программирования) очень длины и сложны для понимания.
Трансляция программы, составленной на исходном языке высокого уровня, в эквивалентную программу на низкоуровневом языке, близком машинному коду (абсолютный код, объектный модуль, иногда на язык ассемблера). Входной информацией для компилятора (исходный код) является описание алгоритма или программа на проблемно-ориентированном языке, а на выходе компилятора — эквивалентное описание алгоритма на машинно-ориентированном языке (объектный код). Компилировать — проводить трансляцию машинной программы с проблемно-ориентированного языка на машинно-ориентированный язык.
Структуры данных и алгоритмы – это материалы, из которых строятся программы и сам компьютер. В основе работы компьютера – умение работать с двоичными данными, битами, под командами центрального процессора в виде специальных инструкций – алгоритмов. Задачи редко выражаются в виде битов: они выражаются в виде чисел, символов, строк и более сложных структур – последовательностей, списков, деревьев и т. д. Задача, которую решает программа – преобразование входных данных в выходные.
Сущность в виртуальном пространстве, которой можно посылать сообщения и которая может на них реагировать, используя свои данные, появляющаяся при создании экземпляра класса или копирования прототипа, обладающая определённым состоянием и поведением, имеющая заданные значения свойств (атрибутов) и операций над ними (методов). Как правило, при рассмотрении объектов выделяется то, что объекты принадлежат одному или нескольким классам, которые определяют поведение или роль (являются моделями) объекта. Объект, наряду с понятием класс, является важным понятием объектно-ориентированного подхода. Объекты обладают свойствами наследования, инкапсуляции и полиморфизма.
Объект-образец, по образу и подобию которого создаются другие объекты. Объекты-копии могут сохранять связь с родительским объектом, автоматически наследуя изменения в прототипе.
Модель еще не существующей сущности (объекта). Описывает устройство объекта, является как бы чертежом объекта.
Это функция или процедура, принадлежащая какому-то классу или объекту. Методы предоставляют интерфейс, при помощи которого осуществляется доступ к данным объекта некоторого класса, тем самым, обеспечивая инкапсуляцию данных. Метод класса может использоваться для создания новых объектов и называется фабричным методом.
Объявляется в начале программы вне любого метода, значение которой можно использовать из любого места модуля или другого файла.
Существует только во время выполнения метода и доступ к ним может выполняться только внутри метода, в котором она определена.
Сохраняет свое значение при нескольких вызовах метода, в отличие от локальной переменной. Инициализируется только один раз в начале выполнения программы.
Данные, которые может содержать объект класса. Каждый раз создавая новый объект, создается и новый, причем уникальный, набор переменных экземпляра объекта. Поэтому, если у вас имеется два экземпляра объекта класса Fraction, к примеру, fractionA и fractionB, то каждый из них будет иметь свой собственный набор переменных. То есть, fractionA и fractionB будут иметь свои собственные numerator и denominator.
Смысловая конструкция, кратко описывающая структуру данных и операции над ними для упрощения понимания. Отделение объекта от его реализации (данные обрабатываются функцией высокого уровня с помощью функции низкого уровня). Существует из-за неудобства описания операций на низком уровне.
Сокрытие методов и переменных от других объектов и частей программы.
Процесс при котором один объект приобретает свойства и методы другого объекта.
Возможность объектов с одинаковой спецификацией иметь различную реализацию.