Оперативная память - высокоскоростная электронная память, которая используется для хранения данных и инструкций, которые процессор использует для выполнения программ. ОЗУ является временным хранилищем данных и не сохраняет информацию после выключения компьютера.
ОЗУ состоит из множества ячеек памяти, каждая из которых может хранить бит (0 или 1). Эти ячейки объединяются в блоки, которые образуют адресуемые блоки памяти. Каждый блок имеет свой адрес, по которому процессор может получить доступ к данным, хранящимся в этом блоке.
Когда процессор загружает программу в память, он размещает инструкции и данные программы в различных блоках ОЗУ. Процессор использует адресную шину для определения местоположения блока памяти, в котором хранятся данные или инструкции. Затем процессор использует данные из ОЗУ для выполнения операций и обработки информации.
ОЗУ имеет ограниченную емкость, поэтому если программа использует больше памяти, чем доступно в ОЗУ, процессор может использовать виртуальную память. Виртуальная память использует жёсткий диск компьютера для хранения данных, которые не помещаются в ОЗУ. При этом часть данных перемещается из ОЗУ на жёсткий диск, чтобы освободить место для новых данных.
ОЗУ состоит из множества ячеек памяти, каждая из которых может хранить бит (0 или 1). Эти ячейки объединяются в блоки, которые образуют адресуемые блоки памяти. Каждый блок имеет свой адрес, по которому процессор может получить доступ к данным, хранящимся в этом блоке.
Когда процессор загружает программу в память, он размещает инструкции и данные программы в различных блоках ОЗУ. Процессор использует адресную шину для определения местоположения блока памяти, в котором хранятся данные или инструкции. Затем процессор использует данные из ОЗУ для выполнения операций и обработки информации.
ОЗУ имеет ограниченную емкость, поэтому если программа использует больше памяти, чем доступно в ОЗУ, процессор может использовать виртуальную память. Виртуальная память использует жёсткий диск компьютера для хранения данных, которые не помещаются в ОЗУ. При этом часть данных перемещается из ОЗУ на жёсткий диск, чтобы освободить место для новых данных.
Некоторые из самых сложных алгоритмов и структур данных в реальных примерах:
1. Алгоритм Дейкстры для нахождения кратчайшего пути между двумя вершинами в графе. Он может использоваться, например, в системах навигации GPS для определения наиболее эффективного маршрута от точки А до точки Б.
2. Алгоритм оптимального кодирования Хаффмана: Этот алгоритм используется для сжатия данных с минимальной потерей информации. Он основан на частоте встречаемости символов в исходном наборе данных и строит оптимальное префиксное кодирование для кодирования символов. Используется в сжатии файлов, видео и аудио данных.
3. Структура данных B-дерево: B-дерево является сбалансированным деревом поиска, которое эффективно поддерживает операции вставки, удаления и поиска элементов. Оно широко используется в базах данных и файловых системах для хранения и обработки больших объемов данных.
4. Алгоритм динамического программирования: Этот алгоритм используется для решения оптимизационных задач путем разделения задачи на более мелкие подзадачи и рекурсивного решения этих подзадач. Алгоритм динамического программирования может быть применен в различных областях, включая решение задачи коммивояжера, оптимизацию расписания и анализ последовательности ДНК.
1. Алгоритм Дейкстры для нахождения кратчайшего пути между двумя вершинами в графе. Он может использоваться, например, в системах навигации GPS для определения наиболее эффективного маршрута от точки А до точки Б.
2. Алгоритм оптимального кодирования Хаффмана: Этот алгоритм используется для сжатия данных с минимальной потерей информации. Он основан на частоте встречаемости символов в исходном наборе данных и строит оптимальное префиксное кодирование для кодирования символов. Используется в сжатии файлов, видео и аудио данных.
3. Структура данных B-дерево: B-дерево является сбалансированным деревом поиска, которое эффективно поддерживает операции вставки, удаления и поиска элементов. Оно широко используется в базах данных и файловых системах для хранения и обработки больших объемов данных.
4. Алгоритм динамического программирования: Этот алгоритм используется для решения оптимизационных задач путем разделения задачи на более мелкие подзадачи и рекурсивного решения этих подзадач. Алгоритм динамического программирования может быть применен в различных областях, включая решение задачи коммивояжера, оптимизацию расписания и анализ последовательности ДНК.
Примеры экзотических языков запросов данных:
XQuery: язык запросов, предназначенный для работы с данными в формате XML.
Ищем все книги, написанные Дж. К. Роулинг, и возвращаем их заголовки:
SPARQL: язык запросов для работы с данными в формате RDF (Resource Description Framework).
Ищем всех людей, знакомых с Алисой, и возвращаем их имена:
MQL (MongoDB Query Language): язык запросов для работы с документоориентированной базой данных MongoDB.
Ищем все книги, написанные Дж. К. Роулинг:
Gremlin: язык запросов для работы с графовыми базами данных, такими как Apache TinkerPop.
Ищем имена всех друзей Алисы:
Cypher: язык запросов для работы с графовыми базами данных, такими как Neo4j.
Ищем имена всех друзей Алисы:
XQuery: язык запросов, предназначенный для работы с данными в формате XML.
Ищем все книги, написанные Дж. К. Роулинг, и возвращаем их заголовки:
for $book in doc("books.xml")//book
where $book/author = "J.K. Rowling"
return <result>{ $book/title }</result>
SPARQL: язык запросов для работы с данными в формате RDF (Resource Description Framework).
Ищем всех людей, знакомых с Алисой, и возвращаем их имена:
PREFIX foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/>
SELECT ?name WHERE {
?person foaf:name ?name .
?person foaf:knows <http://example.org/Alice>
}
MQL (MongoDB Query Language): язык запросов для работы с документоориентированной базой данных MongoDB.
Ищем все книги, написанные Дж. К. Роулинг:
db.books.find({ "author": "J.K. Rowling" })
Gremlin: язык запросов для работы с графовыми базами данных, такими как Apache TinkerPop.
Ищем имена всех друзей Алисы:
g.V().has('name', 'Alice').out('knows').values('name')
Cypher: язык запросов для работы с графовыми базами данных, такими как Neo4j.
Ищем имена всех друзей Алисы:
MATCH (p:Person)-[:KNOWS]->(friend)
WHERE p.name = 'Alice'
RETURN friend.name
Векторизация (параллельные вычисления)
Векторизация — вид распараллеливания программы, при котором однопоточные приложения, выполняющие одну операцию в каждый момент времени, модифицируются для выполнения нескольких однотипных операций одновременно.
Скалярные операции, обрабатывающие по паре операндов заменяются на операции над массивами, обрабатывающие несколько элементов вектора в каждый момент времени.
Пример:
Показан фрагмент программы, который поэлементно перемножает два массива, состоящие из чисел:
Данный цикл может быть векторизован так:
Запись
Векторизация — вид распараллеливания программы, при котором однопоточные приложения, выполняющие одну операцию в каждый момент времени, модифицируются для выполнения нескольких однотипных операций одновременно.
Скалярные операции, обрабатывающие по паре операндов заменяются на операции над массивами, обрабатывающие несколько элементов вектора в каждый момент времени.
Пример:
Показан фрагмент программы, который поэлементно перемножает два массива, состоящие из чисел:
for (i = 0; i < 1024; i++)
C[i] = A[i] * B[i];
Данный цикл может быть векторизован так:
for (i = 0; i < 1024; i+=4)
C[i:i+3] = A[i:i+3] * B[i:i+3];
Запись
C[i:i+3]
означает вектор из 4 элементов — от C[i]
до C[i+3]
включительно, а под * понимается операция поэлементного умножения векторов.Функции CPU
CPU (central processing unit) или же процессор — основной элемент аппаратного обеспечения вычислительного устройства, с помощью которого происходит обработка информации.
Процессор состоит из ядра процессора, состоящее из арифметико-логического устройства, внутренней памяти (регистров) и быстрой памяти (кэш), а также шины - устройства управления всеми операциями и внешними компонентами. Через шины в CPU попадает информация, которую затем обрабатывает ядро.
Таким образом, в основные функции процессора входит:
1. обработка информации с помощью арифметических и логических операций;
2. управление работой всего аппаратного обеспечения компьютера.
CPU (central processing unit) или же процессор — основной элемент аппаратного обеспечения вычислительного устройства, с помощью которого происходит обработка информации.
Процессор состоит из ядра процессора, состоящее из арифметико-логического устройства, внутренней памяти (регистров) и быстрой памяти (кэш), а также шины - устройства управления всеми операциями и внешними компонентами. Через шины в CPU попадает информация, которую затем обрабатывает ядро.
Таким образом, в основные функции процессора входит:
1. обработка информации с помощью арифметических и логических операций;
2. управление работой всего аппаратного обеспечения компьютера.
Декларативные и императивные языки программирования - это два основных подхода к написанию программ.
Декларативные языки программирования описывают желаемый результат, без указания точного порядка действий. Они сфокусированы на том, что должно быть сделано, а не на том, как это должно быть сделано. Примерами декларативных языков являются SQL для работы с базами данных и HTML для создания веб-страниц.
Императивные языки программирования определяют точный порядок выполнения инструкций, чтобы достичь желаемого результата. Они сфокусированы на том, как что-то должно быть сделано, а не только на конечном результате. Примерами императивных языков являются C, Java, Python и другие популярные языки программирования.
Императивные языки программирования позволяют программистам более точно контролировать ход выполнения программы, легче отлаживать код и делать его более эффективным. Однако они требуют более подробного описания алгоритма и могут быть сложными для понимания и использования в некоторых случаях.
Декларативные языки программирования обычно более высокоуровневые, что делает их более простыми в использовании и понимании, особенно для новичков. Они также могут быть более гибкими и позволять легче модифицировать код без необходимости переписывать его полностью.
Оба подхода имеют свои преимущества и недостатки, и выбор конкретного языка программирования зависит от конкретной задачи и предпочтений программиста.
Декларативные языки программирования описывают желаемый результат, без указания точного порядка действий. Они сфокусированы на том, что должно быть сделано, а не на том, как это должно быть сделано. Примерами декларативных языков являются SQL для работы с базами данных и HTML для создания веб-страниц.
Императивные языки программирования определяют точный порядок выполнения инструкций, чтобы достичь желаемого результата. Они сфокусированы на том, как что-то должно быть сделано, а не только на конечном результате. Примерами императивных языков являются C, Java, Python и другие популярные языки программирования.
Императивные языки программирования позволяют программистам более точно контролировать ход выполнения программы, легче отлаживать код и делать его более эффективным. Однако они требуют более подробного описания алгоритма и могут быть сложными для понимания и использования в некоторых случаях.
Декларативные языки программирования обычно более высокоуровневые, что делает их более простыми в использовании и понимании, особенно для новичков. Они также могут быть более гибкими и позволять легче модифицировать код без необходимости переписывать его полностью.
Оба подхода имеют свои преимущества и недостатки, и выбор конкретного языка программирования зависит от конкретной задачи и предпочтений программиста.
Q# (Quantum Sharp) - язык программирования, разработанный Microsoft для создания квантовых алгоритмов и программ. Является частью пакета разработки квантовых приложений (Quantum Development Kit).
Основные конструкции языка Q#:
1. Q# предоставляет два типа квантовых регистров - массивы квантовых битов (Qubits) и массивы классических битов (Bits).
2. Q# поддерживает различные операции, такие как создание квантовых суперпозиций, квантовые вентили, измерения и другие.
3. Q# позволяет работать с пространством состояний, которое представляет собой совокупность всех возможных состояний квантовых систем.
4. Q# поддерживает функции и процедуры для выполнения квантовых операций и классических вычислений.
5. Q# поддерживает операторы управления, такие как циклы и условные выражения, для управления порядком выполнения квантовых операций.
Пример программы, который демонстрирует создание квантовой суперпозиции, применение вентиля CNOT и измерение квантовых битов.
Основные конструкции языка Q#:
1. Q# предоставляет два типа квантовых регистров - массивы квантовых битов (Qubits) и массивы классических битов (Bits).
2. Q# поддерживает различные операции, такие как создание квантовых суперпозиций, квантовые вентили, измерения и другие.
3. Q# позволяет работать с пространством состояний, которое представляет собой совокупность всех возможных состояний квантовых систем.
4. Q# поддерживает функции и процедуры для выполнения квантовых операций и классических вычислений.
5. Q# поддерживает операторы управления, такие как циклы и условные выражения, для управления порядком выполнения квантовых операций.
Пример программы, который демонстрирует создание квантовой суперпозиции, применение вентиля CNOT и измерение квантовых битов.
open Microsoft.Quantum.Intrinsic;
open Microsoft.Quantum.Canon;
operation SimpleQuantumProgram() : Unit {
using (qubits = Qubit[2]) {
// Создание квантовой суперпозиции
H(qubits[0]);
// Применение вентиля CNOT
ApplyCNOT(qubits[0], qubits[1]);
// Измерение квантовых битов
for (idxQubit in 0..1) {
set result = MeasureQubit(qubits[idxQubit]);
Message($"Результат измерения для квантового бита {idxQubit}: {result}");
}
}
}
В этом примере операция SimpleQuantumProgram создает массив из двух квантовых битов и выполняет следующие действия:
- Создание квантовой суперпозиции для первого квантового бита с помощью оператора H.
- Применение вентиля CNOT к первому и второму квантовым битам с помощью операции ApplyCNOT.
- Измерение и вывод результатов измерения для обоих квантовых битов с помощью цикла и операции MeasureQubit.
Блокчейн — децентрализованная и распределенная база данных, которая хранит информацию в виде цепочки блоков.
Основные компоненты блокчейна
1. Блоки
• Данные: Каждому блоку присваиваются данные, которые могут содержать информацию о транзакциях, контрактах и других действиях.
• Хэш блока: Уникальный идентификатор блока, полученный в результате криптографического хэширования данных блока.
• Хэш предыдущего блока: Ссылка на хэш предыдущего блока в цепочке, что обеспечивает целостность и последовательность блоков.
2. Цепочка блоков
• Блоки связаны друг с другом через хэши, образуя непрерывную последовательность. Если данные в блоке изменяются, изменится и его хэш, что автоматически нарушит всю цепочку.
3. Децентрализация
• В блокчейн-сети нет центрального сервера. Вместо этого сеть состоит из множества узлов (компьютеров), каждый из которых хранит копию всей цепочки блоков.
4. Криптография
• Блокчейн использует криптографические методы для обеспечения безопасности данных и аутентификации транзакций. Например, цифровые подписи и хэш-функции.
Принципы работы блокчейна
1. Добавление блоков
• Создание блока: Когда пользователь инициирует транзакцию, она объединяется с другими транзакциями в новый блок.
• Майнинг: Узлы в сети (майнеры) проверяют и подтверждают блоки, решая сложные математические задачи (Proof of Work) или другие консенсусные алгоритмы (Proof of Stake и др.).
• Добавление блока: После успешного подтверждения блок добавляется в цепочку, и его копия распространяется по всей сети.
2. Верификация и консенсус:
• Консенсусные алгоритмы: Чтобы блок был добавлен в цепочку, он должен быть подтвержден большинством узлов в сети. Существуют различные алгоритмы консенсуса, такие как Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS).
• Децентрализованное хранение: Все узлы сети хранят идентичную копию цепочки блоков, что обеспечивает её устойчивость к взломам и сбоям.
3. Неподменяемость
• После добавления блока в цепочку его невозможно изменить без изменения всех последующих блоков, что требует колоссальных вычислительных ресурсов. Это делает блокчейн надежным и неподкупным.
Пример работы блокчейна на примере биткойна
1. Создание транзакции
• Пользователь A хочет отправить биткойны пользователю B. Он создает транзакцию, подписывает её своей приватной ключом и транслирует в сеть.
2. Формирование блока
• Транзакция включается в блок вместе с другими транзакциями.
3. Майнинг
• Майнеры проверяют блок, решая математическую задачу (PoW). Первый майнер, решивший задачу, добавляет блок в цепочку и получает вознаграждение.
4. Верификация блока
• Все узлы сети проверяют новый блок. Если большинство узлов согласны, блок добавляется в цепочку, и транзакция считается завершенной.
Основная идея блокчейна заключается в том, чтобы обеспечить надежное и прозрачное хранение данных, защищенное от изменений и взломов.
Основные компоненты блокчейна
1. Блоки
• Данные: Каждому блоку присваиваются данные, которые могут содержать информацию о транзакциях, контрактах и других действиях.
• Хэш блока: Уникальный идентификатор блока, полученный в результате криптографического хэширования данных блока.
• Хэш предыдущего блока: Ссылка на хэш предыдущего блока в цепочке, что обеспечивает целостность и последовательность блоков.
2. Цепочка блоков
• Блоки связаны друг с другом через хэши, образуя непрерывную последовательность. Если данные в блоке изменяются, изменится и его хэш, что автоматически нарушит всю цепочку.
3. Децентрализация
• В блокчейн-сети нет центрального сервера. Вместо этого сеть состоит из множества узлов (компьютеров), каждый из которых хранит копию всей цепочки блоков.
4. Криптография
• Блокчейн использует криптографические методы для обеспечения безопасности данных и аутентификации транзакций. Например, цифровые подписи и хэш-функции.
Принципы работы блокчейна
1. Добавление блоков
• Создание блока: Когда пользователь инициирует транзакцию, она объединяется с другими транзакциями в новый блок.
• Майнинг: Узлы в сети (майнеры) проверяют и подтверждают блоки, решая сложные математические задачи (Proof of Work) или другие консенсусные алгоритмы (Proof of Stake и др.).
• Добавление блока: После успешного подтверждения блок добавляется в цепочку, и его копия распространяется по всей сети.
2. Верификация и консенсус:
• Консенсусные алгоритмы: Чтобы блок был добавлен в цепочку, он должен быть подтвержден большинством узлов в сети. Существуют различные алгоритмы консенсуса, такие как Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS).
• Децентрализованное хранение: Все узлы сети хранят идентичную копию цепочки блоков, что обеспечивает её устойчивость к взломам и сбоям.
3. Неподменяемость
• После добавления блока в цепочку его невозможно изменить без изменения всех последующих блоков, что требует колоссальных вычислительных ресурсов. Это делает блокчейн надежным и неподкупным.
Пример работы блокчейна на примере биткойна
1. Создание транзакции
• Пользователь A хочет отправить биткойны пользователю B. Он создает транзакцию, подписывает её своей приватной ключом и транслирует в сеть.
2. Формирование блока
• Транзакция включается в блок вместе с другими транзакциями.
3. Майнинг
• Майнеры проверяют блок, решая математическую задачу (PoW). Первый майнер, решивший задачу, добавляет блок в цепочку и получает вознаграждение.
4. Верификация блока
• Все узлы сети проверяют новый блок. Если большинство узлов согласны, блок добавляется в цепочку, и транзакция считается завершенной.
Смарт-контракты — самовыполняющиеся контракты, в которых условия соглашения между покупателем и продавцом прописаны непосредственно в коде.
Основы программирования смарт-контрактов
1. Платформы
• Ethereum: Самая популярная платформа для смарт-контрактов, использующая язык программирования Solidity.
• EOS, TRON, Binance Smart Chain: Другие блокчейн-платформы, поддерживающие смарт-контракты.
2. Языки программирования
• Solidity: Основной ЯП для Ethereum. Синтаксис напоминает JavaScript, но с особенностями, специфичными для работы с блокчейном.
• Vyper: Альтернативный язык для Ethereum, ориентированный на безопасность и читаемость.
• Rust, C++: Используются на других блокчейнах, таких как Polkadot и EOS.
3. Основные концепции
• Блокчейн: Децентрализованная и неизменяемая база данных, в которой записываются все транзакции.
• Децентрализованные приложения (DApps): Приложения, работающие на блокчейне, используя смарт-контракты.
• Токены: Цифровые активы, созданные и управляемые смарт-контрактами.
4. Примеры смарт-контрактов
• ERC-20: Стандарт для создания токенов на Ethereum.
• ERC-721: Стандарт для невзаимозаменяемых токенов (NFT), используемых для представления уникальных цифровых активов.
5. Основные этапы разработки смарт-контрактов
- Определение логики и условий контракта.
- Написание кода на выбранном языке программирования.
- Проверка кода в тестовой сети (testnet) перед развертыванием.
- Загрузка смарт-контракта в основную сеть (mainnet).
- Наблюдение за работой контракта и исправление уязвимостей.
6. Инструменты и среды разработки
• Remix: Онлайн-редактор и среда разработки для Solidity.
• Truffle: Фреймворк для разработки, тестирования и развертывания смарт-контрактов.
• Hardhat: Среда разработки для Ethereum, предлагающая гибкость и возможности тестирования
Эти контракты работают на блокчейн-платформах, таких как Ethereum, и выполняются автоматически, когда выполняются заранее определенные условия.
Основы программирования смарт-контрактов
1. Платформы
• Ethereum: Самая популярная платформа для смарт-контрактов, использующая язык программирования Solidity.
• EOS, TRON, Binance Smart Chain: Другие блокчейн-платформы, поддерживающие смарт-контракты.
2. Языки программирования
• Solidity: Основной ЯП для Ethereum. Синтаксис напоминает JavaScript, но с особенностями, специфичными для работы с блокчейном.
• Vyper: Альтернативный язык для Ethereum, ориентированный на безопасность и читаемость.
• Rust, C++: Используются на других блокчейнах, таких как Polkadot и EOS.
3. Основные концепции
• Блокчейн: Децентрализованная и неизменяемая база данных, в которой записываются все транзакции.
• Децентрализованные приложения (DApps): Приложения, работающие на блокчейне, используя смарт-контракты.
• Токены: Цифровые активы, созданные и управляемые смарт-контрактами.
4. Примеры смарт-контрактов
• ERC-20: Стандарт для создания токенов на Ethereum.
• ERC-721: Стандарт для невзаимозаменяемых токенов (NFT), используемых для представления уникальных цифровых активов.
5. Основные этапы разработки смарт-контрактов
- Определение логики и условий контракта.
- Написание кода на выбранном языке программирования.
- Проверка кода в тестовой сети (testnet) перед развертыванием.
- Загрузка смарт-контракта в основную сеть (mainnet).
- Наблюдение за работой контракта и исправление уязвимостей.
6. Инструменты и среды разработки
• Remix: Онлайн-редактор и среда разработки для Solidity.
• Truffle: Фреймворк для разработки, тестирования и развертывания смарт-контрактов.
• Hardhat: Среда разработки для Ethereum, предлагающая гибкость и возможности тестирования
Сжатие данных используется во многих областях, включая сжатие файлов, передачу данных в сети, хранение данных, обработку аудио и видео и т. д.
Основные методы:
Метод сжатия без потерь - в этом случае сжатие выполняется без потери исходных данных. Это означает, что после распаковки сжатых данных, они будут полностью идентичными оригинальным данным. Примеры алгоритмов сжатия без потерь включают алгоритмы Хаффмана, Lempel-Ziv-Welch (LZW) и Deflate.
Метод сжатия с потерями - в этом случае сжатие выполняется с потерей некоторых данных. Это означает, что распакованные данные будут немного отличаться от исходных данных. Такой тип сжатия обычно используется для сжатия аудио и видеоданных, где незначительные потери качества могут быть приняты. Примеры алгоритмов сжатия с потерями включают алгоритмы MPEG и JPEG.
Основные методы:
Метод сжатия без потерь - в этом случае сжатие выполняется без потери исходных данных. Это означает, что после распаковки сжатых данных, они будут полностью идентичными оригинальным данным. Примеры алгоритмов сжатия без потерь включают алгоритмы Хаффмана, Lempel-Ziv-Welch (LZW) и Deflate.
Метод сжатия с потерями - в этом случае сжатие выполняется с потерей некоторых данных. Это означает, что распакованные данные будут немного отличаться от исходных данных. Такой тип сжатия обычно используется для сжатия аудио и видеоданных, где незначительные потери качества могут быть приняты. Примеры алгоритмов сжатия с потерями включают алгоритмы MPEG и JPEG.
Программируемый логический контроллер(ПЛК)
Программируемый контроллер — цифровая электронная система, которая использует программируемую память для внутреннего хранения инструкций по реализации таких специальных функций, как логика, установление последовательности, согласование по времени, счет и арифметические действия для контроля посредством цифрового или аналогового ввода/вывода данных различных видов машин или процессов.
Чаще всего ПЛК используют для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима работы ПЛК выступает его длительное автономное использование, без серьёзного обслуживания и без вмешательства человека.
ПЛК — устройства, предназначенные для работы в системах реального времени.
В отличие от компьютеров, ориентированных на принятие решений и управление оператором, ПЛК ориентированы на работу с машинами через развитый ввод сигналов датчиков и вывод сигналов на исполнительные механизмы.
Программируемый контроллер — цифровая электронная система, которая использует программируемую память для внутреннего хранения инструкций по реализации таких специальных функций, как логика, установление последовательности, согласование по времени, счет и арифметические действия для контроля посредством цифрового или аналогового ввода/вывода данных различных видов машин или процессов.
Чаще всего ПЛК используют для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима работы ПЛК выступает его длительное автономное использование, без серьёзного обслуживания и без вмешательства человека.
ПЛК — устройства, предназначенные для работы в системах реального времени.
В отличие от компьютеров, ориентированных на принятие решений и управление оператором, ПЛК ориентированы на работу с машинами через развитый ввод сигналов датчиков и вывод сигналов на исполнительные механизмы.
Оправдываем использование рекурсии
1. Естественная структура проблемы: Если проблема по своей природе рекурсивна, то рекурсивное решение часто оказывается наиболее простым и естественным для понимания. Примеры включают задачи, которые можно разбить на более мелкие подзадачи аналогичного типа (например, вычисление факториала, чисел Фибоначчи, обход деревьев и графов).
2. Декомпозиция задачи: Когда проблему можно легко разделить на подзадачи, результаты которых затем можно объединить для получения общего решения. Это особенно верно для задач, где структура данных сама по себе рекурсивна, например, деревья и графы.
3. Читаемость и простота кода: Рекурсивные решения часто более краткие и интуитивно понятные по сравнению с итеративными решениями. В некоторых случаях рекурсивный код легче понять и сопровождать.
4. Алгоритмы, основанные на разделяй и властвуй: Множество алгоритмов, таких как сортировка слиянием (merge sort) и быстрая сортировка (quick sort), естественным образом реализуются с использованием рекурсии.
1. Естественная структура проблемы: Если проблема по своей природе рекурсивна, то рекурсивное решение часто оказывается наиболее простым и естественным для понимания. Примеры включают задачи, которые можно разбить на более мелкие подзадачи аналогичного типа (например, вычисление факториала, чисел Фибоначчи, обход деревьев и графов).
2. Декомпозиция задачи: Когда проблему можно легко разделить на подзадачи, результаты которых затем можно объединить для получения общего решения. Это особенно верно для задач, где структура данных сама по себе рекурсивна, например, деревья и графы.
3. Читаемость и простота кода: Рекурсивные решения часто более краткие и интуитивно понятные по сравнению с итеративными решениями. В некоторых случаях рекурсивный код легче понять и сопровождать.
4. Алгоритмы, основанные на разделяй и властвуй: Множество алгоритмов, таких как сортировка слиянием (merge sort) и быстрая сортировка (quick sort), естественным образом реализуются с использованием рекурсии.
Когда рекурсию следует избегать
1. Глубокая рекурсия: Если глубина рекурсии может быть очень большой, это может привести к переполнению стека. В таких случаях лучше использовать итеративные методы или оптимизировать рекурсию (например, использовать мемоизацию или хвостовую рекурсию, если компилятор поддерживает её оптимизацию).
2. Неэффективность: Некоторые рекурсивные решения могут быть неэффективными, особенно если они повторно вычисляют одни и те же подзадачи. Например, наивная рекурсивная реализация чисел Фибоначчи приводит к экспоненциальному времени выполнения. В таких случаях полезна мемоизация или динамическое программирование.
3. Читаемость: Иногда итеративные решения могут быть проще для понимания и сопровождения, особенно для людей, не знакомых с рекурсивным мышлением.
1. Глубокая рекурсия: Если глубина рекурсии может быть очень большой, это может привести к переполнению стека. В таких случаях лучше использовать итеративные методы или оптимизировать рекурсию (например, использовать мемоизацию или хвостовую рекурсию, если компилятор поддерживает её оптимизацию).
2. Неэффективность: Некоторые рекурсивные решения могут быть неэффективными, особенно если они повторно вычисляют одни и те же подзадачи. Например, наивная рекурсивная реализация чисел Фибоначчи приводит к экспоненциальному времени выполнения. В таких случаях полезна мемоизация или динамическое программирование.
3. Читаемость: Иногда итеративные решения могут быть проще для понимания и сопровождения, особенно для людей, не знакомых с рекурсивным мышлением.
FPV (First Person View) или "вид от первого лица" используется в различных контекстах, включая видеоигры, дроны и виртуальную реальность.
Основные компоненты FPV-системы:
Дрон:
• Само летательное устройство, на котором установлены все остальные компоненты FPV.
• Оснащен двигателями, контроллером полета, GPS, аккумулятором и другими важными элементами.
• Управляется пилотом с помощью пульта дистанционного управления (RC), который может быть дополнен FPV-очками или монитором.
Камера:
• Устанавливается на дроне или другом устройстве.
• Записывает видео в реальном времени.
Передатчик (VTX):
Отправляет видео-сигнал от камеры на приемное устройство.
Работает на определенных частотах, часто 5.8 GHz для FPV дронов.
Антенны:
• Используются для передачи и приема видео-сигнала.
• Различные типы антенн (например, клеверные, направленные) могут улучшать дальность и качество сигнала.
Приемник (VRX):
• Принимает видео-сигнал от передатчика.
• Встроен в очки, монитор или наземную станцию.
Очки или монитор:
• Отображают полученное видео от камеры.
• Очки (FPV goggles) обеспечивают иммерсивный опыт, погружая пользователя в вид от первого лица.
• Мониторы могут быть использованы для общего обзора и управления.
Принцип работы FPV:
Захват видео:
• Камера на дроне снимает видео в реальном времени.
Передача видео:
• Видео-сигнал передается от камеры к передатчику (VTX).
• Передатчик передает сигнал через антенну.
Прием видео:
• Сигнал принимается на антенну приемника (VRX), подключенную к очкам или монитору.
• Приемник декодирует видео-сигнал и передает его на дисплей.
Отображение видео:
• Пользователь видит видео с камеры дрона в режиме реального времени через очки или монитор, создавая эффект присутствия на борту устройства.
В случае дронов и аналогичных устройств, FPV позволяет пользователю управлять устройством, как если бы он сам находился на его месте, предоставляя вид от первого лица через камеру, установленную на устройстве.
Основные компоненты FPV-системы:
Дрон:
• Само летательное устройство, на котором установлены все остальные компоненты FPV.
• Оснащен двигателями, контроллером полета, GPS, аккумулятором и другими важными элементами.
• Управляется пилотом с помощью пульта дистанционного управления (RC), который может быть дополнен FPV-очками или монитором.
Камера:
• Устанавливается на дроне или другом устройстве.
• Записывает видео в реальном времени.
Передатчик (VTX):
Отправляет видео-сигнал от камеры на приемное устройство.
Работает на определенных частотах, часто 5.8 GHz для FPV дронов.
Антенны:
• Используются для передачи и приема видео-сигнала.
• Различные типы антенн (например, клеверные, направленные) могут улучшать дальность и качество сигнала.
Приемник (VRX):
• Принимает видео-сигнал от передатчика.
• Встроен в очки, монитор или наземную станцию.
Очки или монитор:
• Отображают полученное видео от камеры.
• Очки (FPV goggles) обеспечивают иммерсивный опыт, погружая пользователя в вид от первого лица.
• Мониторы могут быть использованы для общего обзора и управления.
Принцип работы FPV:
Захват видео:
• Камера на дроне снимает видео в реальном времени.
Передача видео:
• Видео-сигнал передается от камеры к передатчику (VTX).
• Передатчик передает сигнал через антенну.
Прием видео:
• Сигнал принимается на антенну приемника (VRX), подключенную к очкам или монитору.
• Приемник декодирует видео-сигнал и передает его на дисплей.
Отображение видео:
• Пользователь видит видео с камеры дрона в режиме реального времени через очки или монитор, создавая эффект присутствия на борту устройства.
Радиоволны — вид электромагнитных волн, которые переносят энергию через пространство без необходимости в физической среде.
Основы работы радиоволн
Создание радиоволн:
• Радиоволны создаются генератором электромагнитных колебаний, например, в радиопередатчике. Когда электрический ток проходит через антенну, он создает переменное магнитное и электрическое поле, которое распространяется наружу в виде радиоволн.
Передача радиоволн:
• Радиоволны распространяются в пространстве со скоростью света (примерно 300,000 км/с). Они могут проходить через атмосферу, отражаться от различных поверхностей и ионизированных слоев атмосферы (например, ионосферы), что позволяет им достигать удаленных точек на Земле.
Прием радиоволн:
• Когда радиоволны достигают антенны приемника, они создают в ней переменный электрический ток, аналогичный тому, что был создан в передающей антенне. Этот ток затем усиливается и обрабатывается для извлечения передаваемой информации, например, звука или изображения.
Модуляция радиоволн:
• Информация (например, аудио или данные) передается с помощью модуляции радиоволн. Существует два основных метода модуляции:
- Амплитудная модуляция: изменение амплитуды волны в зависимости от передаваемого сигнала.
- Частотная модуляция: изменение частоты волны в зависимости от сигнала.
• Также существуют и другие методы модуляции, такие как фазовая модуляция (PM), цифровая модуляция (QAM, PSK) и другие.
Частоты радиоволн:
• Радиоволны охватывают широкий диапазон частот, от нескольких килогерц (КГц) до нескольких гигагерц (ГГц) и выше. Различные частоты используются для разных целей:
- Низкие частоты (КГц и МГц) — для длинноволнового и средневолнового вещания.
- Высокие частоты (МГц и ГГц) — для мобильной связи, спутниковых систем, Wi-Fi и микроволновых печей.
Используются для передачи информации на большие расстояния, например, в радио- и телевизионных вещаниях, сотовой связи, навигационных системах и других технологиях.
Основы работы радиоволн
Создание радиоволн:
• Радиоволны создаются генератором электромагнитных колебаний, например, в радиопередатчике. Когда электрический ток проходит через антенну, он создает переменное магнитное и электрическое поле, которое распространяется наружу в виде радиоволн.
Передача радиоволн:
• Радиоволны распространяются в пространстве со скоростью света (примерно 300,000 км/с). Они могут проходить через атмосферу, отражаться от различных поверхностей и ионизированных слоев атмосферы (например, ионосферы), что позволяет им достигать удаленных точек на Земле.
Прием радиоволн:
• Когда радиоволны достигают антенны приемника, они создают в ней переменный электрический ток, аналогичный тому, что был создан в передающей антенне. Этот ток затем усиливается и обрабатывается для извлечения передаваемой информации, например, звука или изображения.
Модуляция радиоволн:
• Информация (например, аудио или данные) передается с помощью модуляции радиоволн. Существует два основных метода модуляции:
- Амплитудная модуляция: изменение амплитуды волны в зависимости от передаваемого сигнала.
- Частотная модуляция: изменение частоты волны в зависимости от сигнала.
• Также существуют и другие методы модуляции, такие как фазовая модуляция (PM), цифровая модуляция (QAM, PSK) и другие.
Частоты радиоволн:
• Радиоволны охватывают широкий диапазон частот, от нескольких килогерц (КГц) до нескольких гигагерц (ГГц) и выше. Различные частоты используются для разных целей:
- Низкие частоты (КГц и МГц) — для длинноволнового и средневолнового вещания.
- Высокие частоты (МГц и ГГц) — для мобильной связи, спутниковых систем, Wi-Fi и микроволновых печей.
Web 3.0 - концепция следующего поколения интернета, которая предполагает создание более интеллектуальной, автономной и децентрализованной сети.
Основные особенности Веб 3.0
Децентрализация: предполагает децентрализацию данных и приложений, чтобы они не были контролируемы одним центральным органом. Это достигается с помощью блокчейна и других децентрализованных технологий.
Автономность: позволяет пользователям контролировать свои собственные данные и идентификаторы, без необходимости полагаться на trungовые сервисы.
ИИ: использует искусственный интеллект для анализа и обработки данных, что позволяет создавать более умные и персонализированные сервисы.
IoT: интегрирует интернет вещей, позволяя подключать различные устройства и объекты к сети и обмениваться данными.
Безопасность: Веб 3.0 уделяет особое внимание безопасности, используя такие технологии, как шифрование и блокчейн, для защиты данных и транзакций.
Веб 3.0 еще находится в стадии развития, но он имеет потенциал революционизировать то, как мы взаимодействуем с интернетом и друг с другом. (но это не точно).
Основная идея Веб 3.0 заключается в том, чтобы сделать интернет более умным, безопасным и прозрачным, используя такие технологии, как искусственный интеллект, блокчейн и интернет вещей (IoT).
Основные особенности Веб 3.0
Децентрализация: предполагает децентрализацию данных и приложений, чтобы они не были контролируемы одним центральным органом. Это достигается с помощью блокчейна и других децентрализованных технологий.
Автономность: позволяет пользователям контролировать свои собственные данные и идентификаторы, без необходимости полагаться на trungовые сервисы.
ИИ: использует искусственный интеллект для анализа и обработки данных, что позволяет создавать более умные и персонализированные сервисы.
IoT: интегрирует интернет вещей, позволяя подключать различные устройства и объекты к сети и обмениваться данными.
Безопасность: Веб 3.0 уделяет особое внимание безопасности, используя такие технологии, как шифрование и блокчейн, для защиты данных и транзакций.
Веб 3.0 еще находится в стадии развития, но он имеет потенциал революционизировать то, как мы взаимодействуем с интернетом и друг с другом. (но это не точно).
Смарт-контракты — самовыполняющиеся контракты с условиями, записанными в коде, которые автоматически исполняются при наступлении определенных событий.
Популярные языки программирования для разработки смарт-контрактов:
1. Solidity
Платформа: Ethereum, Binance Smart Chain, Polygon, и другие блокчейны совместимые с EVM (Ethereum Virtual Machine).
Описание: Solidity — основной язык программирования для смарт-контрактов на платформе Ethereum. Это высокоуровневый, статически типизированный язык с синтаксисом, похожим на JavaScript. Solidity предоставляет богатый набор возможностей для работы с блокчейном, включая управление активами, взаимодействие с другими контрактами и создание сложных логических структур.
2. Vyper
Платформа: Ethereum.
Описание: Vyper — это альтернативный язык для разработки смарт-контрактов на Ethereum, ориентированный на простоту и безопасность. Vyper имеет более строгий синтаксис по сравнению с Solidity, что уменьшает вероятность возникновения ошибок. Он напоминает Python и направлен на то, чтобы упростить аудит и анализ безопасности кода.
3. Rust
Платформа: Solana, Polkadot, NEAR Protocol.
Описание: Rust — мощный и безопасный язык системного программирования, который используется для создания смарт-контрактов на платформах, таких как Solana и Polkadot. Rust известен своей производительностью и безопасностью, что делает его популярным для высоконагруженных блокчейнов.
4. Move
Платформа: Aptos, Sui.
Описание: Move — язык программирования, созданный для блокчейна Libra (позже Diem) и адаптированный под другие блокчейн-платформы. Move ориентирован на создание безопасных и легко проверяемых смарт-контрактов с акцентом на управление ресурсами и доступом.
5. Michelson
Платформа: Tezos.
Описание: Michelson — низкоуровневый язык программирования для смарт-контрактов на блокчейне Tezos. Это стэк-ориентированный язык, который предоставляет высокий уровень контроля над выполнением контрактов, но при этом требует более глубоких знаний программирования и теории блокчейнов.
6. Haskell/Plutus
Платформа: Cardano.
Описание: Plutus — язык программирования для смарт-контрактов на основе Haskell, используемый на блокчейне Cardano. Plutus предоставляет мощные функциональные возможности для создания сложных смарт-контрактов, основанных на строгой математической модели.
7. Clarity
Платформа: Stacks.
Описание: Clarity — язык программирования для создания смарт-контрактов на блокчейне Stacks, который интегрируется с Bitcoin. Clarity является интерпретируемым и прозрачным языком, что позволяет легко проверять логику контрактов и избегать непредсказуемого поведения.
Популярные языки программирования для разработки смарт-контрактов:
1. Solidity
Платформа: Ethereum, Binance Smart Chain, Polygon, и другие блокчейны совместимые с EVM (Ethereum Virtual Machine).
Описание: Solidity — основной язык программирования для смарт-контрактов на платформе Ethereum. Это высокоуровневый, статически типизированный язык с синтаксисом, похожим на JavaScript. Solidity предоставляет богатый набор возможностей для работы с блокчейном, включая управление активами, взаимодействие с другими контрактами и создание сложных логических структур.
2. Vyper
Платформа: Ethereum.
Описание: Vyper — это альтернативный язык для разработки смарт-контрактов на Ethereum, ориентированный на простоту и безопасность. Vyper имеет более строгий синтаксис по сравнению с Solidity, что уменьшает вероятность возникновения ошибок. Он напоминает Python и направлен на то, чтобы упростить аудит и анализ безопасности кода.
3. Rust
Платформа: Solana, Polkadot, NEAR Protocol.
Описание: Rust — мощный и безопасный язык системного программирования, который используется для создания смарт-контрактов на платформах, таких как Solana и Polkadot. Rust известен своей производительностью и безопасностью, что делает его популярным для высоконагруженных блокчейнов.
4. Move
Платформа: Aptos, Sui.
Описание: Move — язык программирования, созданный для блокчейна Libra (позже Diem) и адаптированный под другие блокчейн-платформы. Move ориентирован на создание безопасных и легко проверяемых смарт-контрактов с акцентом на управление ресурсами и доступом.
5. Michelson
Платформа: Tezos.
Описание: Michelson — низкоуровневый язык программирования для смарт-контрактов на блокчейне Tezos. Это стэк-ориентированный язык, который предоставляет высокий уровень контроля над выполнением контрактов, но при этом требует более глубоких знаний программирования и теории блокчейнов.
6. Haskell/Plutus
Платформа: Cardano.
Описание: Plutus — язык программирования для смарт-контрактов на основе Haskell, используемый на блокчейне Cardano. Plutus предоставляет мощные функциональные возможности для создания сложных смарт-контрактов, основанных на строгой математической модели.
7. Clarity
Платформа: Stacks.
Описание: Clarity — язык программирования для создания смарт-контрактов на блокчейне Stacks, который интегрируется с Bitcoin. Clarity является интерпретируемым и прозрачным языком, что позволяет легко проверять логику контрактов и избегать непредсказуемого поведения.
Принципы оптимизации, применяемые в различных методах оптимизации в компиляторах
1. Уменьшение избыточности- повторное использование результатов вычислений, сокращение числа перевычислений;
2. Компактификация кода - удаление ненужных вычислений и промежуточных значений;
3. Сокращение числа переходов в коде. Например, использование встраивания функций или размотки цикла позволяет во многих случаях ускорить выполнение программы ценой увеличения размера кода;
4. Локальность - код и данные, доступ к которым необходим в ближайшее время, должны быть размещены рядом друг с другом в памяти, чтобы следовать принципу локальности ссылок;
5. Использование иерархии памяти - размещать наиболее часто используемые данные в регистрах общего назначения, менее используемые — в кэш, ещё менее используемые — в оперативную память, наименее используемые — размещать на диске.
6. Распараллеливание - изменение порядка операций может позволить выполнить несколько вычислений параллельно, что ускоряет исполнение программы.
1. Уменьшение избыточности- повторное использование результатов вычислений, сокращение числа перевычислений;
2. Компактификация кода - удаление ненужных вычислений и промежуточных значений;
3. Сокращение числа переходов в коде. Например, использование встраивания функций или размотки цикла позволяет во многих случаях ускорить выполнение программы ценой увеличения размера кода;
4. Локальность - код и данные, доступ к которым необходим в ближайшее время, должны быть размещены рядом друг с другом в памяти, чтобы следовать принципу локальности ссылок;
5. Использование иерархии памяти - размещать наиболее часто используемые данные в регистрах общего назначения, менее используемые — в кэш, ещё менее используемые — в оперативную память, наименее используемые — размещать на диске.
6. Распараллеливание - изменение порядка операций может позволить выполнить несколько вычислений параллельно, что ускоряет исполнение программы.
Что влияет на производительность работы компьютера?
Исторически сложилось, что тактовая частота процессора представляет собой главный показатель быстродействия компьютера, то есть чем больше гигагерц в машине, тем лучше! Но сегодня на производительность работы компьютера оказывает влияние не только тактовая частота, а и объем кэша, количество ядер, скорость работы видеокарты и архитектура процессора.
Например, современные многоядерные процессоры имеют относительно невысокую тактовую частоту, а работают намного быстрее. Это достигается путем программного разделения вычислительных операций между ядрами процессора.
Таким образом, операция при меньшей скорости обработки выполняется быстрее – увеличивается быстродействие компьютера.
Исторически сложилось, что тактовая частота процессора представляет собой главный показатель быстродействия компьютера, то есть чем больше гигагерц в машине, тем лучше! Но сегодня на производительность работы компьютера оказывает влияние не только тактовая частота, а и объем кэша, количество ядер, скорость работы видеокарты и архитектура процессора.
Например, современные многоядерные процессоры имеют относительно невысокую тактовую частоту, а работают намного быстрее. Это достигается путем программного разделения вычислительных операций между ядрами процессора.
Таким образом, операция при меньшей скорости обработки выполняется быстрее – увеличивается быстродействие компьютера.
Что такое RegExp?
Regular expression, регулярные выражения или регулярки — это механизм для поиска и замены текста. В строке, файле или нескольких файлах. Их используют разработчики в коде приложения, тестировщики в автотестах, да и просто при работе в командной строке.
Они удобны тем, что позволяют создать шаблон для поиска.
Метасимволы:
Regular expression, регулярные выражения или регулярки — это механизм для поиска и замены текста. В строке, файле или нескольких файлах. Их используют разработчики в коде приложения, тестировщики в автотестах, да и просто при работе в командной строке.
Они удобны тем, что позволяют создать шаблон для поиска.
Метасимволы:
.
— соответствует любому одному символу[ ]
— соответствует одному символу из содержащихся в квадратных скобках^
— соответствует началу строки$
— соответствует концу строки*
— соответствует 0 или более предыдущих элементов?
— соответствует 0 или одному предыдущему элементу+
— означает, что предшествующий символ присутствует и может повторяться несколько раз{ }
— кол-во повторений предыдущего символа