Дэниэл Деннет - Насосы интуиции и другие инструменты мышления [litres]

Теперь обратимся к вычитанию. Вот первый фрагмент графа потока для вычитания содержимого регистра 2 из содержимого регистра 1 и помещения ответа в регистр 4. Можете сказать, что с ним не так?

Такая программа сработает, только если содержимое регистра 1 больше содержимого регистра 2. Но что если это не так? Регистр 1 “обнулится” на середине цикла вычитания, когда вычитание еще не будет закончено. И что тогда? Мы не можем просто велеть компьютеру завершить выполнение программы, поскольку ответ в регистре 4 окажется неверным (0). Мы не можем использовать это обнуление, чтобы начать новый процесс, который сначала возвращается на половину цикла и отменяет временное декрементирование регистра 2. На этом этапе содержимое регистра 2 (а не регистра 1) даст нам верный ответ, если мы интерпретируем его в качестве отрицательного числа, так что вы можете просто переместить это содержимое в регистр 4 (который уже обнулен) и где-нибудь обозначить, что число в ответе отрицательное. Логично зарезервировать для этой задачи отдельный регистр – скажем, регистр 3. В самом начале его необходимо обнулить вместе с регистром 4, а затем поставить в регистре 3 “метку”, определяющую, положительное число в ответе или отрицательное, при условии что 0 означает +, а 1 означает –. Ниже представлен граф потока с комментариями, объясняющими, что происходит на каждом шаге цикла. (Вы можете добавлять такие комментарии в свои программы РПА, ограничивая их знаками #. Они предназначены для вас и других людей; RodRego их просто проигнорирует.)

а. Напишите РПА-программу для этого графа потока. (Обратите внимание: поскольку программа разветвляется, вы можете пронумеровать шаги несколькими способами. Неважно, какой из них вы выберете: главное, чтобы на верные следующие шаги указывали команды безусловного перехода.)

б. Что происходит, когда программа пытается вычесть 3 из 3 или 4 из 4?

в. Какая возможная ошибка предотвращается обнулением регистра 3 перед попыткой вычитания на шаге 3 вместо шага 4?

Умея складывать и вычитать, мы легко можем разработать программы для умножения и деления. Чтобы умножить n на m , нужно просто прибавить n к самому себе m раз. Мы можем запрограммировать компьютер сделать это, используя один регистр как счетчик , который считает от m до 0, осуществляя одну операцию декрементирования по завершении каждого цикла сложения.

а. Нарисуйте граф потока (и напишите РПА-программу) для умножения содержимого регистра 1 на содержимое регистра 3 , поместив ответ в регистр 5.

б. (По желанию) [30] Это означает, что остальные упражнения обязательны! Я не шучу. Если вы хотите с пользой применять этот инструмент мышления, вам нужно практиковаться как можно больше, пока вы не овладеете им в совершенстве. Работа над простыми обязательными упражнениями, возможно, займет у вас лишний час или два, но оно того стоит. Используя копирование и перемещение, улучшите программу умножения, созданную в задаче а: когда она закончит работу, изначальное содержимое регистра 1 и регистра 3 восстановится, так что вы сможете легко проверить исходные данные и ответы на правильность по завершении программы.

в. (По желанию) Нарисуйте граф потока и напишите РПА-программу, которая изучает содержимое регистра 1 и регистра 3 (не разрушая их!) и записывает адрес ( 1 или 3 ) регистра с большим содержимым в регистр 2 или помещает 2 в регистр 2 , если содержимое регистров 1 и 3 равно. (После выполнения этой программы содержимое регистра 1 и регистра 3 должно остаться неизменным, а регистр 2 должен показывать, равно ли их содержимое, а если нет, то в каком из регистров содержимое больше.)

Деление можно выполнять подобным образом, снова и снова вычитая делитель из делимого и считая, сколько раз мы можем провести эту операцию. Остаток – при наличии – можно поместить в специальный регистр для остатка. Но здесь обязательно нужно ввести важную меру предосторожности: на ноль делить нельзя (или можно?), поэтому перед началом деления необходимо провести простую проверку делителя, попробовав его декрементировать. Если его получилось декрементировать, нужно один раз его инкрементировать (чтобы восстановить его исходное значение), а затем провести деление. Если же в регистре ноль, после неудачной попытки декремента нужно поднять тревогу. Можно сделать это, зарезервировав регистр для метки ошибка: 1 в регистре 5 может означать “тревога! Меня только что попросили поделить на ноль!”.

Ниже представлен граф потока для деления содержимого регистра 1 на содержимое регистра 2, помещения ответа в регистр 3 и остатка в регистр 4 и резервирования регистра 5 для “сообщения об ошибке” (1 означает “меня попросили поделить на ноль”).

Изучите граф и обратите внимание, что ноль в делителе прерывает операцию и выдает сообщение об ошибке. Кроме того, заметьте, что регистр 4 служит двум целям: он не только выполняет роль копии делителя для восстановления делителя после каждой следующей операции вычитания, но и зарезервирован для потенциального остатка. Если регистр 1 обнуляется, прежде чем регистр 4 получает возможность вернуть свое содержимое обратно в регистр 2 для следующей операции вычитания, это содержимое и становится остатком, оказавшемся на своем месте.

секрет 1. Компетентность без понимания. Нечто – например, регистровая машина – может точно выполнять арифметические действия, не понимая, что делает.

Регистровая машина не тождественна сознанию. Она ничего не понимает, но вроде какпонимает три простые вещи – Инк, Деп и Кон – в том смысле, что всякий раз слепо выполняет три этих “инструкции”. Само собой, это не настоящие инструкции, а лишь вроде как инструкции. Они кажутся нам инструкциями, и регистровая машина выполняет их так, как если бы они были инструкциями, так что нам более чем удобно называть их инструкциями.

Как вы теперь видите, эффективность регистровой машины объясняется существованием инструкции Деп , декремент-или-переход. Только эта инструкция позволяет компьютеру “замечать” (вроде как замечать) что-то в мире и использовать свои наблюдения для выбора следующего шага. Фактически существованием этой команды условного перехода объясняется эффективность всех компьютеров с хранимой в памяти программой, на что Ада Лавлейс обратила внимание еще в девятнадцатом веке, когда написала блестящий комментарий к описанию аналитической машины Чарльза Бэббиджа, которая стала прототипом всех компьютеров [31] Ада Лавлейс, дочь поэта лорда Байрона, была выдающимся математиком – и не только. В 1843 г. она опубликовала свой перевод итальянских комментариев к аналитической машине Бэббиджа и дополнила его своими заметками, которые оказались длиннее и подробнее того, что она перевела: Menabrea (1842). В ее заметки вошла и тщательно проработанная инструкция по использованию машины Бэббиджа для вычисления чисел Бернулли. Именно поэтому Лавлейс часто называют первым программистом в истории. .