1.4. Методы обработки данных. Элементарные методы (команды)
Мы выяснили, как представляются любые данные в виде двоичной последовательности. Может быть, эта последовательность и есть информация, и мы, таким образом, определили основной предмет изучения информатики? Оказывается – нет. Информация содержит кроме данных еще один очень важный компонент – методы обработки данных.
Рассмотрим, например книгу, написанную на каком-либо языке. Для человека – носителя языка в книге может содержаться много полезной информации. Для человека, плохо владеющего языком, информации там содержится гораздо меньше. Если язык книги человеку неизвестен вообще – он не получит никакой информации (здесь используется понятие «информация» в интуитивном смысле, строгое определение будет дано позже).
Этот пример показывает, что для получения информации недостаточно просто получить данные – необходимо их правильно обработать, т.е. применить адекватные методы обработки данных. Для того, чтобы прочитать книгу, нужно знать язык, на котором она написана, т.е. другими словами, владеть методом понимания языка. Но это не единственный метод, необходимый для того, чтобы извлечь из книги информацию. Необходимо также владеть методом зрительного восприятия, и желательно – методом правильного осознания прочитанного. Если более детально проанализировать процесс извлечения информации из книги, то найдется еще достаточно много методов, которые для этого необходимы, например, способ (метод) освещения, метод переворачивания страниц и т.д.
Из одного и того же объекта можно получить разную информацию, если использовать разные методы доступа к данным. Например, если дать ту же книгу собаке, то она, скорей всего, обнюхает ее (применит метод обнюхивания) и получит информацию о том, что книга несъедобна, о том принадлежит ли она хозяину или кому-то другому и т.д., т.е. получит много информации, но совсем не той, которую закладывал в книгу автор.
Аналогичных примеров можно привести много, и доказывают они одно – без метода доступа к данным нет информации.
Методы, которые используют люди для обработки данных – многочисленны и весьма разнообразны, эти методы исследуют не только точные, но и гуманитарные науки, а также литература и искусство. Вряд ли в настоящее время возможно построение единой системы классификации этих методов.
Однако задача информатики не стоит так широко. Для нас достаточно понять, как строятся методы обработки данных в компьютерных системах. Эта задача значительно проще. Оказывается, все компьютерные методы обработки данных строятся по общим законом.
В любой компьютерной системе существует фиксированный набор элементарных методов, которые называются командами. Выполнение всех команд происходит в специальном устройстве компьютера, которое называется процессором, поэтому элементарные команды называются командами процессора.
В принципе, разные процессоры (и, соответственно, разные компьютерные системы) могут иметь разные наборы команд. Однако в настоящее время широко используемых наборов процессорных команд не так много и разработчики компьютеров всегда стараются добиться совместимости различных систем команд между собой.
Команды процессора реализуются аппаратно, т.е. заданы при изготовлении процессора.
Каждая команда процессора имеет свой код, т.е. число, которое необходимо загрузить в специальную ячейку (регистр) процессора, для того, чтобы команда выполнилась. Большинство команд выполняются над данными и без данных теряют смысл. Например, чтобы сложить 2 числа A и B, нужно загрузить в один из регистров код команды сложения, но в другие регистры при этом должны быть загружены сами числа A и B, иначе команда сложения не будет иметь смысла.
Любой метод компьютерной обработки данных состоит из элементарных методов, т.е. из команд процессора. Однако, как было сказано, многие команды без данных теряют смысл, поэтому при построении сложного метода обработки данных часть данных встраивается в метод.
Такой сложный метод обработки данных, построенный из команд процессора и частично – из встроенных данных, называется компьютерной программой.
Если компьютерная программа записана и хранится на каком-либо носителе данных (на жестком диске, сменном носителе и т.п.), то он ничем не отличается от простого набора данных, т.к. записанные коды команд – данные. Но любая программа обладает одной особенностью – ее можно активизировать (запустить). Для этого программу нужно сначала загрузить в оперативную память компьютера, а затем загрузить в регистр процессора адрес первой команды программы. После этого все команды программы начнут выполняться последовательно. Строгая последовательность выполнения команд программы может нарушаться специальными командами перехода. Это позволяет организовывать ветвление по условию, циклическое многократное выполнение некоторых блоков в программе и в результате – реализовывать алгоритмы любой степени сложности.
Отметим, что, строго говоря, программой следует считать метод, построенный только из элементарных команд, и использующий данные в качестве обрабатываемого материала. Однако современное развитие информационных технологий приводит к тому, что все труднее разделить данные и методы их обработки. Они срастаются в единое целое, формируя единые структуры – информационные объекты (о них мы поговорим в следующей теме).