Основные типы и способы организации данных (переменные и массивы)

Переменные. В алгоритмических и объектно-ориентированных языках программирования (в частности, в языке Visual Basic) переменные играют важнейшую роль. Они предназначены для хранения и обработки данных в программах.

Переменные задаются именами, определяющими области памяти, в которых хранятся их значения. Значениями переменных могут быть данные различных типов (целые или вещественные числа, последовательности символов, логические значения и т. д.).

Тип переменных задается типом данных, которые могут быть значениями переменных. Значениями переменных числовых типов (Byte, Integer, Long, Single, Double) являются числа. Логические переменные (Boolean) могут принимать значения True или False. Значениями строковых переменных (String) являются последовательности символов и т. д.

Над различными типами данных, а следовательно, переменными допустимы различные операции. Так, над числовыми переменными возможны арифметические операции, над логическими переменными — логические операции, над строковыми — операции преобразования символьных строк и т. д.

Различные типы данных требуют для своего хранения в оперативной памяти компьютера разное количество ячеек (байт). Так, для хранения целого числа в интервале от 0 до 255 в переменных типа Byte достаточно одной ячейки памяти (одного байта), для хранения вещественного числа с двойной точностью в переменных типа Double требуется уже восемь ячеек (восемь байт), а для хранения символьных строк в переменных типа String — одна ячейка на каждый символ.

Имя любой переменной (идентификатор) уникально и не может меняться в процессе выполнения программы. Имя переменной может состоять из различных символов (латинские и русские буквы, цифры и т. д.), но должно обязательно начинаться с буквы и не включать знак «.» (точку). Количество символов в имени не может быть более 255. Например, числовую переменную можно назвать, А или Число, а строковую — А или Строка.

Простейший способ задания типа переменной (ее объявления) состоит в приписывании к имени переменной определенного суффикса. Например, числовую переменную типа Integer можно задать как А%, а строковую переменную типа String — как А$.

Переменная может получить или изменить значение с помощью оператора присваивания:

[Let] ИмяПеременной = Выражение Ключевое слово Let в большинстве случаев не используется. Переменная получает значение, равное значению выражения (арифметического, строкового или логического).

Например, после выполнения фрагмента программы.

intA = 3.

intB = 4.

intC = intA² + intB².

целочисленная переменная intC примет значение, равное числу 25.

Массивы. Массивы являются набором однотипных переменных, объединенных одним именем. Массивы бывают одномерные, которые можно представить в форме одномерной таблицы, и двумерные (они представляются в форме двумерной таблицы).

Массивы могут быть разных типов: числовые, строковые и т. д.

Массив состоит из пронумерованной последовательности элементов. Номера в этой последовательности называются индексами. Каждый из этих элементов является переменной, т. е. обладает именем и значением, и поэтому массив можно назвать переменной с индексом.

Индекс может принимать любые целочисленные значения (в данном случае от 1 до 33). Обращение к элементу массива производится по его имени, состоящему из имени массива и значения индекса, например strA (5).

Каждый элемент массива может обладать собственным значением. Так, значением элемента рассмотренного выше строкового массива strA (5) является строка д.

Массивупорядоченная совокупность однотипных величин, обозначаемых общим именем, но отличающихся в обозначении индексом, указывающим положение элемента в массиве. Одномерные массивы соответствуют векторам, двухмерные массивы представляются матрицами, на элементы которых можно ссылаться с помощью указания значений индексов.

В качестве множества индексов допускаются не только конечные интервалы целых чисел. Различают следующие способы задания и вычисления границ изменения индексов массивов:

• * статический, при котором границы устанавливаются как числовые значения;
• * динамические, когда границы индексов задаются в виде выражений, значения которых вычисляются в процессе реализации задачи, но далее не изменяются;
• * гибкие, когда границы изменяются в процессе решения задачи.

Структура- это именованная совокупность переменных разного типа, объединенных некоторым общим свойством (данные о сотрудниках предприятия, о результатах социологического опроса, о материальных ценностях и пр.).

Примечание. Понятие «структура» часто отождествляется с понятием «запись» файла.

Операциомнная системма, сокр. ОС (англ. operating system, OS) — комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для управления ресурсами вычислительного устройства и организации взаимодействия с пользователем.

В логической структуре типичной вычислительной системы операционная система занимает положение между устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами (драйверами) — с одной стороны — и прикладными программами с другой.

Разработчикам программного обеспечения операционная система позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования устройств, предоставляя минимально необходимый набор функций (см.: интерфейс программирования приложений).

В большинстве вычислительных систем операционная система является основной, наиболее важной (а иногда и единственной) частью системного программного обеспечения. С 1990;х годов наиболее распространёнными операционными системами являются системы семейства Windows, UNIX и UNIX-подобные системы, в особенности Linux и Mac OS.

Существуют две группы определений операционной системы: «набор программ, управляющих оборудованием» и «набор программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл, который связан с вопросом, в каких случаях требуется операционная система.

Есть приложения вычислительной техники, для которых операционные системы излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры, содержащиеся во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), простейших сотовых телефонах, постоянно исполняют лишь одну программу, запускающуюся по включении. Многие простые игровые приставки — также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры — могут обходиться без операционной системы, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже» или компакт-диске.

Операционные системы нужны:

если нужен универсальный механизм сохранения данных для предоставления системным библиотекам часто используемых подпрограмм для распределения полномочий необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере для управления процессами выполнения отдельных программ Таким образом, современные универсальные операционные системы можно охарактеризовать, прежде всего, как:

использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа к данным),.

многопользовательские (с разделением полномочий),.

многозадачные (с разделением времени).

История баз данных в узком смысле рассматривает базы данных в традиционном (современном) понимании. Эта история начинается с 1955 года, когда появилось программируемое оборудование обработки записей. Программное обеспечение этого времени поддерживало модель обработки записей на основе файлов. Для хранения данных использовались перфокарты.

Оперативные сетевые базы данных появились в середине 1960;х. Операции над оперативными базами данных обрабатывались в интерактивном режиме с помощью терминалов. Простые индексно-последовательные организации записей быстро развились к более мощной модели записей, ориентированной на наборы. За руководство работой Data Base Task Group (DBTG), разработавшей стандартный язык описания данных и манипулирования данными, Чарльз Бахман получил Тьюринговскую премию.

В это же время в сообществе баз данных COBOL была проработана концепция схем баз данных и концепция независимости данных.

Следующий важный этап связан с появлением в начале 1970;х реляционной модели данных, благодаря работам Эдгара Ф. Кодда. Работы Кодда открыли путь к тесной связи прикладной технологии баз данных с математикой и логикой. За свой вклад в теорию и практику Эдгар Ф. Кодд также получил премию Тьюринга.

Сам термин база данных (англ. database) появился в начале 1960;х годов, и был введён в употребление на симпозиумах, организованных компанией SDC в 1964 и 1965 годах, хотя понимался сначала в довольно узком смысле, в контексте систем искусственного интеллекта. В широкое употребление в современном понимании термин вошёл лишь в 1970;е годы.

База данных — совокупность данных, хранимых в соответствии со схемой данных, манипулирование которыми выполняют в соответствии с правилами средств моделирования данных.

В настоящее время существует три основных модели баз данных: иерархическая, сетевая и реляционная.

Основной принцип иерархической модели — иерархическая структура данных. Это означает, что каждая запись в базе данных может иметь сколько угодно потомков, но только одного родителя. Сетевой принцип организации данных является расширением иерархического. В иерархических структурах запись-потомок должна иметь только одного предка; в сетевой структуре данных потомок может иметь любое число предков. К недостатком сетевой модели можно отнести низкое быстродействие и высокие требования к памяти.

Широкое распространение получили БД, имеющие табличную структуру. Базы данных, имеющие связанные таблицы, называют также реляционными базами данных. В таких БД все данные хранятся в различных таблицах и физически не связаны между собой. Разработчик должен сам продумать, каким образом объединить эти данные при извлечении их из БД. Координация осуществляется путем установления связей между таблицами. Будущее этого направления представляют объектно-ориентированные базы данных. В объектно-ориентированных БД данные с различными отношениями рассматриваются как единый объект. Поэтому разработчик может не беспокоиться о связывании и разделении данных. В настоящее время БД этого типа распространены сравнительно мало. В Microsoft Access используется реляционная модель данных.

Системма управлемния бамзами дамнных (СУБД) — совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных.

Журнал СУБД — это особая БД или часть основной БД, непосредственно недоступная пользователю и используемая для записи информации обо всех изменениях базы данных. В различных СУБД в журнал могут заноситься записи, соответствующие изменениям в СУБД на разных уровнях: от минимальной внутренней операции модификации страницы внешней памяти до логической операции модификации БД (например, вставки записи, удаления столбца, изменения значения в поле).

Для эффективной реализации функции ведения журнала изменений в БД необходимо обеспечить повышенную надежность хранения и поддержания в рабочем состоянии самого журнала. Иногда для этого в системе хранят несколько копий журнала.

Под целостностью базы данных понимается согласованность (непротиворечивость) данных. Конечно, СУБД не может контролировать правильность каждого отдельного значения, вводимого в базу данных. Например, нельзя обнаружить, что вводимое значение 33, представляющее число отработанных часов в неделю, в действительности должно быть равно 35. Но значение, большее чем 168=7 · 24, явно будет ошибочным и система должна его отвергнуть.

Целостность базы данных может быть нарушена вследствие сбоя оборудования, ошибки пользователя или программной ошибки. В системах со многими пользователями целостность может быть нарушена при одновременном обращении к одним и тем же фрагментам данных.

Целостность обеспечивается путем задания ограничений. В зависимости от источника можно выделить инструментальные ограничения, структурные ограничения и бизнес-правила .

Н. Винер, родоначальник кибернетики, дал удивительно точный прогноз изменений в промышленном производстве: управление производством будет осуществляться с помощью ЭВМ, которые будут использоваться как для непосредственного управления исполнительными механизмами, так и для обработки деловой информации. В то время, когда ЭВМ применялись в основном в научных исследованиях, Винер предсказал, что данные машины явятся основой переворота в промышленном производстве, причем «новым машинам потребуется от десяти до двадцати лет, чтобы занять подобающее им место».

Время внесло коррективы в сроки реализации прогноза Н. Винера. Если в первое время ведущей областью применения ЭВМ были научно-технические расчеты, то в 60 70-е годы наступило время широкого использования электронных вычислительных машин в сфере обработки больших массивов информации, в основном экономического характера. Для этой сферы характерно построение на основе ЭВМ информационных и информационно-управляющих систем. С каждым поколением ЭВМ имело место систематическое повышение возможностей вычислительных машин как средства автоматизации все более сложных объектов и процессов управления.

В тот период была разработана государственная программа автоматизации производства и управления. В высших учебных заведениях страны открылась новая специальность «Автоматизированные системы управления».

В СССР первые системы, управляемые ЭВМ, появились в 60-х годах.

В 1962 году в Киевском институте автоматики была создана одна из первых в мире система с непосредственным компьютерным управлением технологическим процессом химического производства — система «Автооператор». Внедрение в 60-е годы автоматизированных систем управления Ленинградского оптико-механического объединения, московского завода «Фрезер», Львовского телевизионного завода, Барнаульского радиозавода и других предприятий принесло значительный экономический эффект.

Во второй половине 60-х годов было введено в действие более 400 таких систем, в том числе 170 систем управления технологическими процессами производства. За период 1971;1981 гг. — свыше 5 тысяч систем, управляемых ЭВМ.

В 80-е годы роль ЭВМ как средства автоматизации существенно возросла в связи с разработкой систем коллективного пользования, то есть систем разделения времени, и информационно-вычислительных систем коллективного пользования. Концепция разделения времени базируется на использовании различия в скорости прохождения и обработки сигналов живых организмов и электронных систем. В результате возникает возможность такого типа общения пользователей с ЭВМ, когда ЭВМ поочередно взаимодействует, решая задачи и отвечая на вопросы, с каждым из пользователей. Вследствие того, что быстрота реакции человека в тысячи, миллионы раз меньше, чем у электронной системы, у пользователя создается впечатление, что только он ведет непрерывный диалог с ЭВМ.

Важнейшим результатом развития систем разделения времени явилось создание информационно-вычислительных сетей. В СССР концепция Государственной сети вычислительных центров, предложенная академиком В. М. Глушковым, предполагала объединение основных вычислительных мощностей страны для создания базы общегосударственной автоматизированной системы сбора и обработки информации для учета, планирования и управления народным хозяйством (СОГАС). Практическую реализацию получили специализированные сети (например, «Сирена» — для резервирования авиабилетов), отраслевые АСУ («Морфлот», «Прибор» и др.), территориальные вычислительные сети (например, сеть, разработанная Академией наук Латвийской ССР).

Следует отметить, что окупаемость затрат на внедрение таких систем составляла два года, окупаемость затрат на АСУ технологическими процессами составляла несколько месяцев.

Логический тип данных часто называют булевским по имени английского математика Д. Буля, создателя особой области математики — математической логики.

В языке Паскаль имеются две логические константы: TRUE (истина) и FILSE (ложь). Логическая переменная принимает одно из этих значений и имеет тип BOOLEAN.

Логические данные широко используются при проверке правильности некоторых условий и при сравнении величин. Результат может оказаться «истинным» или «ложным».

Для сравнения данных предусмотрены следующие операции отношений: < (меньше); <= (меньше или равно); = (равно); (не равно); >= (больше или равно); > (больше).

Если операцию отношения приложить к арифметическим данным, то получим логическое значение: отношение истинно или ложно. Например, отношение 5>3 (читается «пять больше трех?») дает истинный результат (TRUE); отношение 5=3 (читается «пять равно трем?») дает ложный результат (FALSE).

Над логическими данными допускаются следующие операции: OR — логическое сложение (ИЛИ); AND — логическое умножение (И); NOT — логическое отрицание (НЕ). Логические операции OR и AND выполняются над двумя величинами, а операция NOT — над одной.

Логическое сложение дает истинный результат, если хотя бы одна из логических величин (А или В) имеет истинное значение. Если обе величины (А или В) имеют ложное значение, то и результат операции будет ложным.

Логическое умножение дает истинный результат только в том случае, если обе величины истинны. Если хотя бы одна величина ложна, то результат будет ложным.

Логическое отрицание дает ложный результат, если величина имеет истинное значение, и наоборот.

Логические данные и операции над ними имеют важное значение в информатике, так как позволяют внести в расчеты элементы человеческой логики. При этом в теоретических расчетах в отличие от языка Паскаль часто вводят следующие обозначения логических констант: 1 — истина, 0 — ложь. ский тип определяется таким образом, что FALSE < TRUE.

Числовые данные принимают числовые значения со знаком или без знака. Допустимые над числовыми данными операции, реализуемые в ЭВМ, можно разделить на две группы:

Первую группу представляют арифметические операции: сложение, вычитание, умножение, деление, возведение в степень. Результатом их выполнения является число.

Ко второй группе относятся операции сравнения двух величин (операции отношения): больше, больше или равно, меньше, меньше или равно, равно, не равно. Результатом их выполнения является логическое значение TRUE (истина), если условие выполняется, и FALSE (ложь) в противном случае.

Список — динамическая совокупность элементов, произвольно расположенных в памяти (в отличие от элементов массивов и структур) и содержащих указания в виде адреса о месте хранения следующего элемента списка.

Рассмотрим пример решения задачи управления кадрами. Информационная база может формироваться по мере поступления персонала на работу, но при этом устанавливаются ассоциативные связи, например, для работающих в каждом из подразделений или для занимающих одинаковые должности и т. п. Информация об одной персоне может находиться на пересечении нескольких списков. Увольнение сотрудника связано при такой организации хранения информации лишь с изменением адресации.

Использование списков позволяет избежать дублирования информации в памяти ЭВМ.

По принципу преобразования информации можно выделить три типа задач:

• 1. Задачи справочно-отчетного характера.
• 2. Задачи анализа и установления зависимостей.
• 3. Задачи разработки обобщенных показателей с целью принятия решения.

Каждая из названных задач характеризуется:

• — схемой движения информации,
• — формой первичных и результирующих документов,
• — способом кодирования первичной информации,
• — алгоритмами обработки информации,
• — степенью достоверности информации,
• — использованием получаемых результатов.

Целесообразно также различать системы малого и большого масштаба. Малые АСОИУ связаны с управлением локальными процессами или объектами. Большие образуются из сблокированных подсистем.

Вопросами информации занимается специальная отрасль знания — теория информации, изучающая процессы, с помощью которых могут быть собраны и переданы соответствующие сведения по каналам связи. Информация при этом оценивается с помощью количественных признаков, как правило, без учета смысла передаваемой информации.

Основная проблема, возникающая при таком подходе к оценке информации, — создание наиболее эффективных форм передачи сведений при сохранении достоверности.

Информационное сообщение состоит из символов, задаваемых алфавитом из Мбукв и цифр. Если сообщение содержитNсимволов, то количество возможных различных состояний в этом сообщенииL=MN. При использовании двоичной системы счисления в качестве единицы информации используется бит — один двоичный разряд. Для измерения информации используется байт — восемь двоичных разрядов, достаточных для представления в двоичной системе счисления кодов всех символов используемого алфавита. Кодирование существенно сокращает общий объем используемой в системе информации и соответственно требуемой для ее хранения памяти.

Основные информационные процессы, характерные для АСОИУ можно сформулировать следующим образом:

• · выявление информации,
• · передача информации,
• · хранение информации,
• · переработка информации,
• · предъявление информации,
• · генерация новой информации в результате принятых мер управления.

Бумфер обмемна (англ. clipboard) — промежуточное хранилище данных, предоставляемое программным обеспечением и предназначенное для переноса или копирования между приложениями или частями одного приложения через операции вырезать, копировать, вставить.

Операционная система может производить некоторые преобразования форматов информации, если запрошенный формат отсутствует в буфере обмена, но может быть получен из имеющегося, например, изменять кодировку текста.

Вставить объект из буфера обмена можно неограниченное число раз. При копировании информации в буфер его предыдущее содержимое, как правило, пропадает. Однако существуют реализации буфера обмена (например, в пакете Microsoft Office), позволяющие хранить в буфере одновременно несколько объектов и выбирать при вставке, который из объектов вставить.

Бит (англ. binary digit — двоичное число; также игра слов: англ. bit — кусочек, частица) — единица измерения количества информации, равная одному разряду в двоичной системе счисления.

В Российской Федерации обозначения бита, а также правила его применения и написания установлены Положением о единицах величин, допускаемых к применению. В соответствии с данным положением бит относится к числу внесистемных единиц величин с областью применения «информационные технологии, связь» и неограниченным сроком действия. Ранее обозначения бита устанавливались также в ГОСТ 8.417−2002. Для образования кратных единиц применяется с приставками СИ и с двоичными приставками.

Информация — от латинского слова «information», что означает сведения, разъяснения, изложение.

Информацией называют любые данные или сведения, которые кого-либо интересуют.

Информация — сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые воспринимают информационные системы (живые организмы, управляющие машины и др.) в процессе жизнедеятельности и работы.

Одно и то же информационное сообщение (статья в газете, объявление, письмо, телеграмма, справка, рассказ, чертёж, радиопередача и т. п.) может содержать разное количество информации для разных людей — в зависимости от их предшествующих знаний, от уровня понимания этого сообщения и интереса к нему.

В случаях, когда говорят об автоматизированной работе с информацией посредством каких-либо технических устройств, интересуются не содержанием сообщения, а тем, сколько символов это сообщение содержит.

Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т. п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объём сообщения.