Про информацию

было реализовать разные системы команд. А даже типично интерпретируемые

алгоритмические языки, как Бейсик или Ява (или даже такие типично

компилируемые как Паскаль) частенько реализуются трансляцией в некоторую

промежуточную форму ("пи-коды"), которые потом выполняются интерпретацией.

Да, языки программирования можно разделить на типично компилируемые и

типично интерпретируемые. Все компилируемые более-менее похожи друг на дружку и

на "аппаратную" ЭВМ (обычно называемую "машиной фон-Неймана"). Потому что

сделай в языке то, чего в компьютере нет, и будешь реализовывать это

интерпретацией! А вот интерпретируемые языки могут быть какие угодно...

Таким образом любой механизм в И_n, решающий не "единичную", а "массовую"

задачу, порождает своё собственное информационное подпространство И_n+1. Где

конечно могут быть только и исключительно данные. Но могут и механизмы. (Тогда

его смело можно называть "интерпретатором" или "эмулятором" некоторого языка.)

И тогда среди них тоже могут быть механизмы, порождающие собственные

информационные подпространства... Если ресурсов хватит: у реальных ЭВМ они

существенно ограниченные.

* * *

Абстрактные вычислительные устройства, у которых ресурсов заведомо хватит,

взялись изобретать где-то на границе XIX и XX веков. Когда математика решила

"подвести единый фундамент" под все свои разделы и выбрала для этого теорию

множеств. Ан, в ней обнаружились парадоксы! (Вот тот самый парадокс Рассела.)

Математики стали рвать на себе волосы и посыпать голову пеплом. Но некоторые

из них сказали, что всё дело в том, что мы работаем с "актуальными" множествами,

существующими сразу и целиком. А давайте займёмся "потенциальными", которые

будем строить поэлементно. Вот для этого и понадобились алгоритмы и абстрактные

вычислительные машины в качестве их исполнителей. Таковых было придумано штук

несколько: машина Поста, машина Тьюринга, нормальные алгориФмы Маркова...

Машины Поста и Тьюринга устроены почти одинаково: представляют собою

бесконечную в обе стороны ленту, разделенную на клеточки. (Типа магнитофонной,

хотя сам Пост представлял себе ряд ящиков.) И головку чтения/записи около

одной из них. На ленте и располагается обрабатываемая информация: у Поста

как набор нулей и единичек, а у Тьюринга — символов из ограниченного набора,

например букв и/или десятичных цифр. За один шаг машина выполняет одно из

следующих действий: передвигает головку к соседней ячейке, пишет в текущую

символ или считывает тот, что там находится и по его значению решает что ей

дальше делать. У Поста — только два варианта, а у Тьюринга — целая таблица.

Алгоритм (в виде этакой блок-схемы) располагается отдельно от обрабатываемых

данных. Но при желании тоже может быть закодирован некоторым образом и помещен

на ленту как входные данные.

Нормальные алгорифмы Маркова это фактически подстановки — замена слов

некоторого текста. (Если конечно "словом" считать любую последовательность

допустимых символов, тоже из ограниченного набора.) И соответственно от них

происходят все макрогенераторы. Фишка здесь — в "рекурсивности": в

подставляемом "слове" в качестве составной части могут быть и те слова, которые

ищутся и заменяются. (Не то, что в простеньком макрогенераторе предпроцессора

языка Си — директиве #define, где такого рекурсивного зацикливания быть не

должно.)

Есть еще взаимно рекурсивные функции и их абстракция "лямбда-исчисление", от

которых пошли функциональные языки типа Лиспа. А вот "клеточные автоматы",

наиболее известный из которых — игра "Жизнь", в те поры вроде бы всерьёз не

рассматривались.

Но через некоторое время во-первых выяснилось, что все они эквивалентны. Вот

как раз в том смысле что для каждой из них можно написать эмулятор любой другой

и выполнять на нём написанные для этой другой машины алгоритмы. А во-вторых там

тоже обнаружилась вот такая же как и в теории множеств особая точка: алгоритм

определения самоприменимости.

Вот мы возьмём некий конкретный алгоритм, отдадим ему на обработку некие

тоже конкретные входные данные и через некоторое число шагов получим результат.

(Возможно, через очень большое число шагов, но таки конечное: быстродействие

нас совершенно не волнует — машина то абстрактная!) Или не получим результат

никогда: алгоритм "зациклится" — так и будет бегать где-то там по кругу. Тогда

говорим, что он к этим данным неприменим. А теперь попытаемся применить

алгоритм к его собственной записи. На некотором языке, я так понимаю...

Эту самую задачу об определении самоприменимости я слышал в виде притчи о

Гениальном Кинорежиссёре и Безответном Монтажере. Которого он загонял так, что

общественность киностудии возмутилась и создала комиссию, взявшую на себя

функцию определять: выполнимы ли указания Режиссёра хотя бы в принципе.

А указания эти режиссёр повадился давать тоже снятыми на плёнку. (Да, расход

киноплёнки колоссальный, но ведь гений...) В конце концов режиссёр даёт такое

указание: отнести вот это на комиссию и если она решит, что указание

невыполнимо — смыть обе плёнки (рабочую и с указаниями) и на этом закончить.

А если решит что да — тогда отрезАть от рабочей плёнки последний кадр и

приклеивать его первым. То есть явное зацикливание. Посмотрели вторую рабочую

плёнку — там то же самое. Комиссия заседает до сих пор...

Для сравнения особая точка теории множеств это например каталог абсолютно

всех несамоназывающихся и только несамоназывающихся каталогов. (А сам этот

каталог должен быть в нём указан? Если да то он самоназывающийся,

следовательно не должен; а если нет — то несамоназывающийся: значит да!...)

Или например "задача о брадобрее": в изолированной непроходимыми джунглями от

остальной цивилизации крепости стоит полк, где все — мужики и у всех растёт

борода, но по уставу все должны ходить бритые. Для этого среди них есть

цирюльник имеющий право и квалификацию брить других. (А у всех остальных такой

лицензии нет.) И вот полковник, видимо чтобы облегчить ему жизнь, даёт строгий

приказ: брить тех и только тех, кто не бреется сам! Кто должен брить самого

цирюльника? Или, что то же самое — как ему не нарушить приказ полковника? Никак!

Или вот есть еще "парадокс лжеца": приехал тут с острова Крит один тип и

говорит что там все лжецы и нельзя верить ни одному ихнему слову. Но ведь он и

сам критянин!... Но тут по-моему встроенный дефект бинарной логики: если

добавить третье "неопределенное" состояние то никакого парадокса не будет.

Аналогично, если взять логический элемент с инверсией и соединить его вход с

выходом, то там будет не "единица" (каковой обычно является напряжение близкое

к напряжению питания) и не "ноль", а нечто среднее, промежуточное. (Кстати, сей

фокус частенько используется в электронике: соединив их резистором — загоняем

инвертор в "аналоговый" режим, где он работает как усилитель...)

Для практических целей используется то, что известно как машина Фон-Неймана:

европеи активно пытаются застолбить за собою первенство, хотя сами даже счеты

изобрести не осилили — узнали о них только от вернувшихся из плена солдат

Наполеона. А до того так и перекладывали камешки на древнегреческом абаке.

"Калькули" (считать) — дословно "гальковать"; галька — вот как раз мелкие

камешки.

Машина Фон-Неймана отличается от машины Лебедева тем, что не различает

программу и данные, вся информация для неё "на одно лицо" — какое действие вот к

данному конкретному слову применяется, значит то оно и есть: так проще сделать,

что было важно на начальном этапе развития вычислительной техники.

Соответственно, вся информация о типах данных и вообще их смысле "растворена" в

коде программы. В то время как машина Лебедева — с самоопределяемостью данных,

которая может быть на трёх уровнях: отдельных слов (к слову — небольшой довесок

"тег" (ярлык), указывающий что именно в нём хранится); на уровне агрегатов

данных (массивы, структуры, подпрограммы — "дескриптор" (описатель), описывающий

этот агрегат) и на абстрактном "объектном" уровне (объект "класс" на который

ссылаются все объекты — экземпляры данного класса и который содержит в себе

набор подпрограмм — "методов", "знающих" как выполнить над экземпляром класса

данное абстрактное действие.)

Но в принципе и та и другая состоят из четырёх частей, две из которых

"арифметико-логическое устройство" (АЛУ), собственно и выполняющее действия над

информацией и "устройство управления" (УУ) — решающее, какое именно и что делать

дальше, объединяются в "процессор". Память (ОЗУ) в виде ограниченного "адресным

пространством" ряда пронумерованных ячеек ("слов") — чисто пассивная: только

хранит информацию. А устройства ввода/вывода (УВВ) осуществляют взаимодействие

с внешним миром и как правило выглядят для программы тоже как ячейки памяти:

если туда что-то записать — это вызывает какое-то действие подключенного к

устройству эффектора. Или изменение во внешнем мире, зафиксированное датчиком,

меняет информацию в ячейке.

Соответственно, все задачи можно условно разделить на четыре класса: на

вычисления, на управление, на память и на интерфейс. Задачи на вычисления

исторически были первыми. И для них развивали в основном АЛУ. Впрочем и ЭВМ

были считанные единицы. (Монопольный режим, длинное слово; далее формат чисел

с плавающей запятой; отдельный процессор для них; а так же конвейерный принцип.)

При смене элементной базы с реле и ламп на диоды и транзисторы, и далее на

микросхемы всё большей степени интеграции, машина становится существенно

компактнее, надёжнее и дешевле. И гораздо доступнее. В результате резко

расширяется круг пользователей и решаемых ими задач... Следующими были — "на

память" (бухгалтерские): вычисления самые примитивные, но масса хранимой

информации пополам с текстом — базы данных. (Крупная ЭВМ и много пользователей,

развитая периферия — как для общения с ними, так и внешняя память; "пакетный"

режим выполнения задач и приглядывающий за ними монитор ("супервизор":

дословно надсмотрщик), привилегированные команды для его поддержки; слово,

разделённое на "слоги" — байты, для хранения в каждом одной буквы; межзадачная

защита памяти; примитивненькая система прерываний — чтобы внешнее устройство

могло потребовать обслуживания а не ждать, пока кто-то о нём вспомнит.)

Следующими пошли в ход задачи на управление — сначала простые но важные

(реактором, например, атомным или химическим), потом всё более сложные.

(Мини-ЭВМ с коротеньким словом и хорошо продуманной системой команд; развитая

система прерываний для быстрой реакции на внешние события; "открытая"

архитектура для добавления в том числе нестандартных внешних устройств;

задачи реального времени. А так как диалог с пользователем это тоже задача

реального времени, то многозадачные многопользовательские операционные

системы (в т.ч. UNIX) и средства аппаратной их поддержки, включая механизмы

виртуальной памяти.) Но для решения сложных задач управления (особенно

энерговооруженными объектами) этого недостаточно — требуется еще чтобы

аппаратура была "живучая" (продолжала функционировать даже при выходе части

её из строя, а так же по-возможности при программных ошибках), а программное

обеспечение — "надёжное" (разумно или по крайней мере не фатально вело себя и

в ситуациях не предусмотренных алгоритмом.) Для чего и понадобились машины

Лебедева, начиная с нашего Эльбруса... А вот для задач на интерфейс ничего

кроме "сырой" производительности и вот этих самых интерфейсных устройств не

требуется. И как мы туда вляпались, так и до сих пор не можем выбраться...

(Почему? Это уже совсем другая история: про глючную систему с обратными

связями типа "рынок", и то, как она в качестве стандарта де-факто выбирает не

лучший из предложенных образцов, а наихудший из работоспособных...)

* * *

Информация, определяющая форму реальных объектов, мало того что не

сохраняется, так еще и будучи предоставлена сама себе, имеет тенденцию

самопроизвольно изменяться более-менее случайным образом. (Что известно как

"энтропия".) В результате чего осмысленные вещи становятся менее осмысленными

просто потому что менее осмысленных информационных значений многократно больше,

а просто неосмысленных еще больше, при чем на много порядков. И вероятность,

что механизм после такой "мутации" будет работать не хуже а лучше, хотя и

ненулевая, но крайне мала. Но всё же используется эволюцией, которой в

результате приходится делать ну прямо таки астрономическое число попыток...

(Но даже этого, по некоторым расчетам, недостаточно. И есть подозрение, что

её "мутации" совсем не случайны...)

Некоторое количество информации сохраняется в кольце обратной связи. Хоть

положительной, хоть отрицательной. Поэтому всё далее рассмотренное — системы

вот с такими вот обратными связями.

Например электронный триггер — элементарная ячейка памяти на один бит, это

вот как раз два усилителя (с инверсией), выход каждого из которых подключен ко

входу другого. (Стоит подать питание, как один сразу "зашкаливает" — уходит в

насыщение, загоняя второго в отсечку. Какой — это как повезёт. И далее, пока

есть питание, сохраняют такое состояние. Если же того, кто в отсечке, из неё

вывести — триггер тут же перевернется в противоположное состояние...)

Ячейки "динамической" памяти представляют собою конденсаторы и информация там

хранится в виде заряда. Который постепенно утекает. Ну так время от времени

(пару тысяч раз в секунду) производится его "регенерация" — считывание и если

там хоть немножко осталось — "доливание" до полного. То есть обратная связь

тоже имеет место, хотя и "внешняя".

Но вообще время хранения информации определяется "прочностью" её носителя.

А в электронике есть и достаточно долговечные. Например это остаточная

намагниченность ферритового колечка, на которых раньше делали память ЭВМ.

И она тогда была энергонезависимая! Или "электронное болото" нитрида кремния,

"увязнув" в котором загнанные туда электроны будут выбираться из него лет сто.

Но посвети ультрафиолетом — болото разжижается и заряд утечет оттуда за пол

часика... Соответственно — ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием и характерным

окошком для этого. Но и электрически перепрограммируемые ПЗУ, включая и то,

что называется "флэш-память" — на том же принципе. Но там электроны "выгоняют"

из этого "болота" так же как туда загоняли — высоким напряжением. (Относительно