Алгоритм - раздел Философия, Введение. Информационные технологии в современной экономике Алгоритмом Называется Свод Правил И Действий, Которые В Совокупности Позволяю...
Алгоритмом называется свод правил и действий, которые в совокупности позволяют решить поставленную задачу. Алгоритм характеризуется разной степенью формализации. Строго формальный алгоритм задает однозначные правила для вычислительных действий в каждой ситуации, которая может возникнуть на промежуточных стадиях вычислений.
В нашей жизни мы постоянно сталкиваемся с неформальными алгоритмами, даже не задумываясь об этом. Алгоритмами, например, являются правила поведения в обществе, должностные инструкции, инструкции к бытовой технике и т.д. Примером вычислительного алгоритма являются правила сложения, вычитания, умножения и деления десятичных чисел. Более сложные алгоритмы задают процесс вычисления корней квадратного уравнения или процесс решения системы линейных уравнений.
Слово «алгоритм» принято связывать с именем средневекового арабского ученого Аль-Хорезми (т.е. «из Хорезма»), который одним из первых рассматривал алгоритмы при решении алгебраических задач (как раз алгоритм сложения). Однако по-настоящему теория алгоритмов начала развиваться только в начале ХХ века. Прежде всего были сформулированы основные свойства алгоритмов.
Вход и выход.Чтобы решать задачу без участия человека, необходимо понятно для машины сформулировать условие задачи (вход) и суметь расшифровать результат вычисления (выход). Действие машины заключается в преобразовании входа в выход.
Дискретность. Процесс преобразования состоит из отдельных шагов, каждый шаг представляет собой элементарную операцию. Все возможные типы элементарных операций заданы заранее.
Привязка к языку. Каждый конкретный алгоритм формулируется в рамках некоторого языка и оформляется с использованием средств, определенных в этом языке. Эти средства нужны для того, чтобы описать вход и выход задачи и указывать операции алгоритма решения задачи. Например, таким языком может быть язык программирования.
Конечность. Алгоритм должен давать решение задачи за конечное число шагов.
Детерминированность. В каждый момент времени действия алгоритма выбор очередной операции зависит от результатов предыдущих вычислений и определяется ходом предыдущих вычислений однозначно.
Массовость. Практически полезный алгоритм не должен быть предназначен для решения одной единственной задачи, а должен быть применим к целому классу сходных задач. Конкретизация задачи задается входными параметрами. Например, параметрами алгоритма решения квадратного уравнения являются коэффициенты этого уравнения.
Повторяемость.Алгоритм должен давать один и тот же результат при одних и тех же входных значениях.
В теории формальных алгоритмов каждая операция определена строго формально, то есть полностью заданы состояния исполнителя до и после операции. Если отвлечься от деталей, алгоритм выглядит так: сделать одну операцию, затем другую, затем третью и т.д. Иногда приходится делать выбор: при выполнении некоторого условия сделать одно действие, а иначе другое. Альтернатив может быть больше, чем две.
Один из фундаментальных подходов к определению алгоритма, который имел наибольшее значение для практики, рассматривал алгоритм в единстве с исполнителем алгоритма (вычислительной машиной) и системой инструкций (операций), который исполнитель алгоритма умеет выполнять. То, над чем производятся действия исполнителя, в теории обычно является символами некоторого алфавита. На практике это двоичные разряды 0 и 1. В 30-х годах ХХ века было предложено несколько абстрактных моделей вычислительных машин (машина Поста, машина Тьюринга). Создатели компьютера реализовали идеи, заложенные в этих абстрактных моделях. Для этих машин была доказана универсальность – доказано, что с их помощью можно решить любую вычислительную задачу.
Компьютер как абстрактная вычислительная машина представляет собой комбинацию памяти – устройства для хранения данных, и процессора – устройства для проведения вычислений. Однако то же самое можно сказать об обыкновенном калькуляторе. Компьютер отличается от калькулятора наличием программы, которая может организовать процесс вычислений таким образом, что они будут реализовывать заданный алгоритм. Текущее состояние компьютера определяется совокупностью данных, хранящихся в памяти компьютера, и текущим положением программы, выполняемой компьютером. Различается входная, промежуточная и выходная информация. Входная информация помещается в память перед началом программы, выходная информация остается в памяти после конца программы. Программа представляет собой упорядоченную совокупность команд. Выполнение команды программы приводит к изменению содержимого памяти.
Параллельно с теорией делались попытки создать практически работающие вычислительные устройства. В 1642г. Паскаль изобрел устройство, выполняющее сложение чисел, а в 1673г. Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий выполнять четыре арифметических действия. В первой половине XIX в. английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальную машину, которая должна была выполнять любые вычисления без участия человека. Программы для нее вводилась с помощью перфокарт, которые уже тогда употреблялись в ткацких станках. Реально такая машина (но не механическая, а электронная) была построена в США в 1943г.
Все темы данного раздела:
Принципы Фон-Неймана.
Первый компьютер MARK-1 был построен в США в 1943г. Однако оказалось, что не всякий алгоритм можно реализовать на этом компьютере. Группа ученых, приглашенная для помощи, после тщательного анализа
Двоичная система счисления
Мы привыкли для записи чисел использовать десятичную систему счисления. На самом деле эта система счисления не единственная. В общем случае позиционной системой счисления называется способ представ
История компьютерной индустрии
Первый компьютер Mark I был построен в 1943г. в Гарвардском Университете. Машина была длиною 15 метров, весила 5 тонн и состояла из 750 тысяч частей. В 1945г. была создана машина ENIAC весом 30 тон
История Интернета
Еще одна революция в информационных технологиях связана с возможностью соединения компьютеров в сети. Первый модем был разработан фирмой АТ в 1960г. А в 1969г. впервые были связаны два компьютера в
Представление данных в памяти компьютера.
Прежде, чем рассматривать конкретные особенности устройства компьютера, мы хотим предупредить, что в основном все сказанное будет относиться к персональным компьютерам, серверам, рабочим станциям –
Центральный процессор.
Центральный процессор - основное устройство компьютера, которое управляет всеми другими устройствами компьютера. Функционально процессор состоит из двух компонент: операционной части и интерфейсной
Оперативная память
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для хранения той информации, которая может потребоваться процессору для выполнения программы. Иногда ее называют памятью прямого доступа (анг
Системная шина
Системная шина представляет собой совокупность линий передачи сигналов, объединённых по их назначению. Основной функцией системной шины является обмен информацией между процессором и остальными эле
Монитор и управление изображением.
Монитор (дисплей) компьютера предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. С программной точки зрения экран монитора представляет собой прямоугольную таблицу из светящихся то
Устройства ввода информации.
Устройства ввода информации в компьютер очень разнообразны. К ним относятся клавиатура, мышь, трекбол, джойстик, сканер, диджитайзер, устройство распознавания речи и т.д. Кроме того, существуют спе
Внешние запоминающие устройства.
Данные, хранящиеся в оперативной памяти компьютера, не сохраняются при выключении электропитания. Уже в самых первых компьютерах возникла необходимость постоянного хранения данных. Для этого исполь
Устройства вывода информации.
Устройства вывода информации предназначены для представления результатов работы компьютера в «человеческом» виде. Кроме видеомонитора, о котором шла речь выше, это принтер, предназначенный для бума
Некоторые другие устройства.
Наряду с устройствами, которые выполняют понятные и видимые функции, существует ряд вспомогательных микросхем, которые играют незаметную, но существенную роль в работе компьютера. Перечислим наибол
Функции операционной системы
Операционной системой (ОС) называется комплекс программных средств, обеспечивающих функционирование отдельных устройств компьютера и их взаимодействие, а также взаимодействие устройств компьютера и
Загрузка операционной системы.
В постоянной памяти компьютера (ПЗУ) содержится программа начальной загрузки компьютера. Эта программа независима от операционной системы. Она автоматически запускается при включении питания компью
Программы и подпрограммы
Ни одна программа сейчас не состоит из цельного куска, как это было в самых первых компьютерах. На самом деле, все современные программы составляют сложную структуру, элементами которой являются бо
Управление выполнением программ и управление памятью
Функции управления выполнением программ и управления памятью в операционной системе тесно переплетены. Современные операционные системы ориентированы на мультизадачный режим выполнения программ. В
Управление файловой системой
Для организации доступа программ к данным, размещенным на внешних носителях, ОС организует данные в структуру, называемую файловой системой. Файловая система представляет собой иерархическую структ
Управление вводом-выводом
Утилиты ввода-вывода содержат стандартные программы, предназначенные для чтения и записи информации для различных внешних устройств. К ним относятся и программы BIOS, хранящиеся в ПЗУ, и драйверы р
Интерфейс операционной системы
Интерфейсом операционной системы называется комплекс средств, предназначенных для передачи операционной системе управляющих команд. Интерфейс включает две подсистемы: интерактивный интерфейс пользо
Мультизадачный и многопользовательский режим
Мультизадачный режим работы операционной системы предполагает параллельное выполнение на одном компьютере нескольких задач (на самом деле псевдопараллельное, так как процессор в компьютере обычно о
Операционная система Windows.
Система MS Windows является наиболее распространенной ОС для персональных компьютеров. Она позволяет переходить от программы к программе путем выбора окна на экране монитора, запускать подпрограммы
Языки программирования
Работой компьютера в любой момент времени руководит программа. Программировать работу компьютера - значит создать эту программу. Для этого надо точно описать то, что программа должна делать. Выходо
Среда программирования
Изложим схему профессионального программирования на языке высокого уровня. Оно состоит из нескольких этапов. Сначала нужно хорошо сформулировать задачу и придумать алгоритм решения задачи. Затем ну
Назначение и преимущества сетей.
На основе локальных (реже расширенных) компьютерных сетей строятся информационные системы, предназначенные для управления предприятием. Преимущество использования сетей заключается в следующем.
Топология локальной сети
Топологией локальной сети называется способ соединения ее узлов. Базовыми топологиями считаются топология в форме звезды, кольцевая топология и шинная топология. В реальной структуре сети эти конфи
Модель OSI взаимодействия открытых систем.
Проблема стандартизации, характерная для современного развития общества в целом, в сфере распространения информации особенно важна. Представьте себе, что вы заходите на какой-то сайт и хотите налад
Методы доступа в ЛВС.
Методом доступа в локальной сети называется алгоритм, согласно которому узлы сети получают разрешение на передачу данных, а также регламентируют поведение при различных конфликтных ситуациях, возни
Управление локальной сетью
Основное назначение сетевой части операционной системы – обеспечение служебных функций обеспечения передачи данных канального и сетевого уровня в локальных сетях. Сетевые операционные системы объед
Основные принципы Интернет.
Интернет – всемирная компьютерная сеть, составленная из разнообразных локальных и глобальных (типа NSFNET) компьютерных сетей, объединенных стандартными соглашениями о способах обмена информацией и
Типы сервисов Интернет
Принято делить сервисы Интернета на сервисы интерактивные, прямые и отложенного чтения. В сервисах отложенного чтения запрос и получение информации разделены по времени. Сюда относится, например, э
Адресация в Интернет
Во всемирной сети Интернет каждый компьютер (на самом деле, каждый сетевой адаптер компьютера) получает уникальный идентификатор, однозначно его определяющий. Этот идентификатор, называемый IP-адре
Поиск информации в Интернете
Пожалуй, самой полезной чертой Интернета является наличие в нем поисковых серверов. Это выделенные узлы, которые автоматически просматривают все доступные ресурсы Интернета и индексируют их содержа
Интранет - информационное обслуживание на основе Интернет
В последнее время все чаще стали говорить об Интранете. При этом обычно понимают использование информационных технологий Интернета для создания информационных систем внутри организации. Ядром такой
Проблемы Интернета
У Интернета есть, конечно же, свои трудности. Одна из них – анонимность пользователей. Это приводит к возникновению проблем с доступом к информации, например, для детей.
Другой ряд проблем
Теория баз данных.
Базой данных называют конкретный экземпляр организованной системы данных в совокупности со специфическими методами ее хранения и обработки. В современном представлении задачей базы данных является
Модели данных.
В основе конкретной базы данных лежит определенная модель данных. Разные модели данных задают ограничения разного вида на объекты и связи предметной области. Существующие модели данных можно отнест
Реляционная модель данных
Реляционная модель данных представляет собой логическую модель данных, описывающую:
¨ структуры данных в виде наборов таблиц;
¨ теоретико-множественные операции над таблиц
Составляющие реляционной модели.
Модель реляционных баз данных использует следующие основные понятия:
¨ тип данных;
¨ показатель;
¨ таблица;
¨ поле;
¨ запись;
Манипулирование данными
Для изменения содержимого таблиц разрешены следующие операции:
¨ создать новую таблицу;
¨ добавить в существующую таблицу новую запись или несколько записей;
¨
Оптимизация схемы данных
Одну и ту же предметную область в рамках решения одной и той же задачи можно отобразить с помощью нескольких баз данных с разными схемами данных. Они будут обладать разной эффективностью. Улучшение
Языковые средства СУБД
Функциональные возможности поддерживаемой средствами СУБД модели данных становятся доступными пользователю благодаря ее языковым средствам. Языковые средства СУБД используются для выполнения двух о
Технология клиент-сервер
Наиболее распространенным вариантом архитектуры СУБД еще с начала 90-х годов стала архитектура «клиент-сервер». При этом предусматривается выделение одного из функциональных компон
Администрирование базы данных
Администрирование системой базы данных предусматривает выполнение функций, направленных на обеспечение надежного и эффективного функционирования системы, адекватности содержания базы данных информа
Перспективы развития технологий баз данных
Укажем наиболее успешно развивающиеся новые направления технологий баз данных.
Широко практикуется создание систем баз данных с телекоммуникационным доступом в среде Web. Число таких систе
Новости и инфо для студентов