С чем работают компьютеры? Есть очень простой ответ: компьютеры работают с данными. И это — правильно. Разумеется, компьютеры обрабатывают данные не сами по себе, а с помощью программ. Потому что без программ компьютеры работать вообще не могут. Это значит, что данные обрабатывают программы.
Что значит «обрабатывают»? Это значит, программы получают данные, преобразовывают их и отправляют.
Что такое данные
Что же такое данные? Кто-то скажет, что это числа, кто-то скажет, что это — всё что угодно, а кто-то — что это нолики и единички, и всё это — абсолютно правильные ответы.
Потому что данные — это действительно «все что угодно»: современные программы умеют обрабатывать все мыслимые виды информации, придуманной человеком. Данные — это, действительно, числа, потому что в программах все мыслимые типы данных представляются в виде чисел. Данные — это «нолики и единички», потому что в конечном итоге — глубоко внутри компьютера, в процессоре, данные представлены в виде двоичных чисел, которые записываются в виде ноликов и единичек. А так как компьютер — устройство электронное, то на самом деле эти нолики и единички — просто удобное представление электрических сигналов, например:
- электрический ток течет — 1, ток не течет — 0
- есть электрический заряд — 1, заряда нет — 0
- замкнут контакт — 1, разомкнут — 0
- лампочка горит — 1, не горит — 0
- и т.д.
Любые электрические явления, имеющие 2 состояния можно представить (интерпретировать) в виде нулей и единиц. И это очень удобно, потому что это приводит нас к числам, которые можно обрабатывать используя математику и логику.
С помощью нулей и единиц легко записываются числа в двоичной системе счисления. Но двоичная система счисления не привычна и не удобна для восприятия и работы. Поэтому для работы используют другие, более удобные системы счисления: десятичную, шестнадцатеричную и изредка — восьмеричную. Стоит отметить, что система счисления — это всего лишь способ записи чисел. Просто одно и то же число можно записать в различных системах счисления. При этом записи числа будут выглядеть по-разному, а само число останется одним и тем же.
Советуем вам прочитать вот эту статью о различных системах счисления.
Кодирование
Программы, поскольку они выполняются на компьютерах, работают с данными, которые представлены в виде чисел. А с помощью чисел можно записать (закодировать) всё что угодно: текст, рисунок, звук, трёхмерную модель фигурки, которую можно будет потом «распечатать» на 3D принтере и т.д.
Как это можно делать?
Например, текст просто кодируется посимвольно в виде последовательности чисел. Буквы алфавита и другие символы нумеруются по порядку их следования в алфавите. А затем каждому символу в исходном тексте (букве, цифре или знаку) ставится в соответствие некий числовой код, по которому компьютер узнает, какой символ ему надо вывести на экран или напечатать на бумаге. При этом в памяти хранят только номера символов. Этот простой способ кодирования был самым первым. Кстати, сами таблицы, в которых записываются символы и соответствующие им коды в программировании называются «кодировками» текста.
Вообще пронумеровать можно все что угодно. Это очень удобно. И это — один из основных и самых простейших способов кодирования.
Однако, при кодировании цветов люди воспользовались знаниями из физики. Ведь каждый цвет можно разложить на 3 или 4 базовых цвета: красный-синий-зеленый (или по-английски RGB) или голубой-малиновый-желтый-черный (или CMYK). Меняя степени яркости (интенсивности, плотности) каждого из базовых цветов, мы будем получать в результате самые различные цвета — все те, которые мы видим. И тогда для записи какого-то цвета достаточно записать 3 или 4 числа, обозначающие степени яркости каждого из базовых цветов. Такие способы кодирования цветов называются цветовыми схемами.
При кодировании волновых или иных изменяющихся во времени процессов, например, звуковых колебаний, график сигнала разбивают по времени и по амплитуде показанным ниже способом так, чтобы значения времени и амплитуды для каждой точки представляли из себя целочисленные значения.
При кодировании чертежей для каждого отрезка просто записывают координаты его концов, а для окружностей — записывают радиус и координаты центра.
И так далее. Таким образом с помощью чисел в программировании кодируется всё что угодно.
Вообще математика, геометрия, физика и другие науки очень часто используются в программировании при решении реальных задач. Поэтому знания других наук — необходимы для программистов.
Запись текстов и чисел
Однако, для записи текстовой информации в текстах программ в основном используются всё-таки буквы и символы — это удобнее и проще, чем писать их числовые коды. Поэтому данные в программах в основном разделяют на два основных типа: текстовые и числовые.
Символы и цепочки символов (строки) обычно записываются в языках программирования заключенными в двойные или одинарные кавычки, например:
«А» — буква «А»
‘Привет, мир!’ (строка текста)
«55» (просто две цифры «5«, но не число 55!)
Это сложилось традиционно и остаётся практически неизменным до сих пор, потому что это просто, удобно и понятно.
Но надо заметить, что в первых языках программирования не было никаких текстов или символов, кроме тех, которые обозначают числа. Поэтому числа в программировании всегда записываются самым простым способом: просто цифрами, со знаком или без:
55
-3
+12 (как правило, это просто положительное число 12, а знак «+» может быть опущен, в отличие от знака «-«)
123965
006755 (в большинстве языков программирования это просто число 6755, потому что впереди стоящие нули ничего не значат, но в некоторых языках это может быть указанием на запись числа в системе счисления отличной от десятичной)
А когда нужно записать десятичную дробь, то для отделения дробной части используется точка или запятая, например:
1023,6
-674.08865
0.0000012
+10,29875
Так как программирование — прямой наследник математики, то запись целых и дробных чисел здесь наиболее простая… кроме обыкновенных (не десятичных) дробей, для которых практически во всех языках программирования отсутствуют способы записи. Единственный способ записать какую-то обыкновенную дробь — использовать знак деления, записанный между числителем и знаменателем:
2/3
-(3/5)
17.5/3487
Что такое операция деления мы разберем в одном из следующих занятий.
В программировании очень важно не путать запись чисел и символов, обозначающих цифры — во избежание ошибок. Цифра — это просто некий символ, а число — это количество арифметических единиц. Если вы не будете различать символ и число, то компьютер «не поймет» вас и ваша программа будет работать неправильно.
Компьютер вообще не умеет ничего «понимать», он умеет только чётко и безошибочно выполнять данные ему команды.
Числа, символы, строки символов — всё это данные для программ.
Данные в программировании — это всё что угодно, закодированное с помощью чисел.
Что такое константа
Каждая программа может получить данные разными способами:
- от пользователей
- из файлов
- от других программ
- а может получить их и из самой себя
Обычно кроме самого программного кода (списка выполняемых команд) все программы содержат в себе множество различных данных, которые никогда не изменяются: при каждом запуске программы они остаются постоянными, потому что хранятся непосредственно в самой программе.
Так как они не изменяются, то такие данные называют константами (от латинского слова constans — постоянный, неизменный).
Например, 1023,6 — это числовая константа дробного типа, а ‘Привет, мир!’ — текстовая строка или текстовая константа. А также, все примеры записи чисел и строк, которые мы рассмотрели выше тоже являются способами записи констант соответствующих типов для различных языков программирования.
То есть, для того чтобы записать какую-то константу в тексте программы, нужно просто записать её значение и оформить эту запись соответствующим образом: например, кавычками для текстовой константы.
Любая константа может быть считана в том месте программы, где она записана. Каждая константа — совершенно статический объект: в процессе работы программы нельзя изменить ни её тип, ни её значение, даже считать её можно только один раз, что очень неудобно, если не использовать дополнительно какие-то другие программные объекты, у которых можно изменять значение или тип.
Однако константы очень важны в программировании так как они являются первичным источником неизменяемых данных.
Итак:
- Компьютеры и программы обрабатывают данные.
- Данные — это любая информация.
- Все данные кодируются в виде чисел.
- В программировании могут использоваться различные системы счисления.
- В программировании различают два основных простейших типа данных — текстовые и числовые.
- Данные могут находиться непосредственно в самой программе и поступать в программу снаружи.
- Неизменяемые данные называют константами.
Теперь мы перейдем к изучению того, как программы получают и отправляют данные — к интерфейсам программ.
Поделиться: