Александр Горбачев - Модели информации и данных. Атом и универсум информации

Подводя итог, подчеркнем, что, учитывая разнообразие существующих методов исполнения кода, выбор той или иной программной архитектуры системы важен, поскольку интеллектуальная система должна уметь формировать и модифицировать порядок и правила выполнения задач.

Однако при автоматическом создании кода мы неизменно столкнемся с типичными проблемами, связанными с корректностью кода. Согласно статистики, в среднем 60% времени по разработке программного обеспечения тратится не на программирование, а на отладку и тестирование кода. Если человек сталкивается с подобными проблемами, то с ними столкнется и автоматическая система динамической генерации кода. То есть либо код должен быть лишен ошибок (что, очевидно, невозможно), либо ошибки при исполнении кода должны порождать исключения, которые в свою очередь должны возвращать исполнимый код на уровень регенерации кода. Коррекцию или регенерацию можно сравнить с проведением эксперимента, а последовательную отладку программы – с методом проб и ошибок.

Также как программист пишет код с точки зрения собственных представлений или теории, при отладке и тестировании этого кода и при возникновении логической ошибки или некорректных результатов программа с отладочной средой указывают, что теория программиста была не идеальной. Последовательными итерациями программист корректирует код, доводя его до совершенства.

В отношении информационных технологий мы можем поднять вопрос первичности: что возникло раньше – данные или операции? Эта дилемма возникает не из праздного интереса, это дилемма определения главенства и выстраивания зависимостей. Должны ли обработки подстраиваться под структуры данных либо структуры данных должны строиться, исходя из особенностей обработок, в том числе языка программирования, особенностей доступа к данным?

С точки зрения агентов, информация является первичной, поскольку в окружающем мире информация не является собственностью самого агента, а потому агент существует в среде, насыщенной информацией. Кроме того, сошлемся на понятие априорной информации, описанное выше: она должна существовать до того, как первый процесс начнет «работать».

С точки зрения современных информационных систем и, в частности интеллектуальных систем, внутреннее хранилище данных также является первичным, поскольку результаты и исходные данные обычно напрямую определяются в структуре данных системы. Особенности архитектуры, поддерживаемые алгоритмы обработки данных обычно не влияют на структуру данных, поскольку все современные системы могут работать через универсальные интерфейсы с самыми разными хранилищами данных. Другими словами, при создании информационных систем сначала проектируется структура данных, и затем алгоритмы, работающие с этими данными.

Однако, если методы обработки данных предопределены заранее (например, мы вынуждены пользоваться каким-либо внешним программным модулем), то мы вырабатываем и подстраиваем под программу собственные структуры данных. В том числе эти структуры должны отвечать условиям необходимости и полноты внешнего программного модуля. Формально мы можем трансформировать данные, но не можем влиять на полноту данных, так как мы вынуждены оперировать требуемым от нас набором данных, а процедура дополнения данных до некоторого требуемого уровня – это неординарная и не всегда решаемая задача.

Возвращаясь к вопросам, освещенным в предыдущей главе, мы можем рассмотреть программный код как данные. И в этом случае дилемма первичности приводит нас к задаче структурирования кода как данных и дальнейшему управлению кодом (хотя бы даже кодом различного уровня, не обязательно кодом низкого уровня – машинным кодом). И тогда дилемма первичности превращается в несколько иную дилемму: что первично – курица или курица из яйца? Не воспринимайте этот вопрос как игру слов с целью затуманить Ваш мозг, это лишь попытка привести рассуждение к рассмотрению кода как данных.

Для рассмотрения возможностей соединения двух полярных субстанций (данных и процессов) рассмотрим эту дилемму с точки зрения аппаратных архитектур.

Код в данном случае представляет собой управляющие данные. Данные, которые обрабатываются программным кодом, называются операционными данными. Часто возникает вопрос разделения управляющих и операционных данных. Поскольку управляющие данные, то есть программы, хранятся ровно так же, как и операционные данные, возникает вопрос, могут ли смешиваться эти виды данных.

Если проанализировать историю программных и аппаратных архитектур, программных продуктов и парадигм программирования, то можно найти различия в подходах реализации хранения данных обработки и программных кодов.

Идеи, основанные на автоматном программировании, явно разделяют инструкции и память. Самые известные примеры автоматного программирования – это машина Тьюринга и машина Поста.

Аналогичная ситуация складывается и с продукционным программированием (нормальные алгоритмы Маркова). Продукции описываются одной структурой, а операционные данные рассматриваются как другая структура. Функциональное программирование (лямбда-исчисление) также разделяет описательную и операционную часть.

Ещё в 1946 году фон Нейманом при проектировании первых процессоров были сформированы несколько принципов построения ЭВМ. Одним из его принципов был принцип однородности памяти, в котором говорилось, что программы и данные хранятся в одной и той же памяти. С командами можно выполнять такие же действия, как и с данными. Альтернативой фон Неймановской архитектуре является гарвардская архитектура, которую отличает раздельное хранение команд и данных.

В практическом применении процессоры в начальной стадии развития разделяли общую область памяти на отдельные сегменты. В одном сегменте хранились управляющие данные, то есть коды команд, другой сегмент был областью памяти для хранения операционных данных. С развитием архитектуры процессоров для защиты программы от некорректных операций и, следовательно, для поддержания целостности управляющих инструкций процессора (команд), сам процессор контролировал область памяти с программным кодом и не позволял записывать в нее какие-либо значения.

В высокоуровневых языках программирования транслятор обычно ограничивает доступ к памяти, где хранится исполняемый код, а в интерпретируемых языках и вовсе отсутствует возможность не то, что скорректировать текст программы, но и даже получить этот текст. Одним из исключений является инструкция List некоторых реализаций языка программирования Basic, выводящая на экран исходный код программы. В других языках программирования для этих целей специально придумывают специальные программы, называемые « квайн» ( quine). Аналогично, в скриптовых языках типа bat-файлов в dos/windows и *sh в Unix-системах код существует в текстовых файлах, а соответственно и доступ к ним может осуществляться через операции с файлами. В части языков программирования такая возможность реализуется через возможности интерпретатора или p-кода (пи-кода).