Часто задаваемые вопросы: что такое абстракция в информатике?

18 ноября 2021 г.

Информатика — сложная дисциплина, требующая знаний о программном и аппаратном обеспечении и о том, как они взаимодействуют. Чтобы полностью инкапсулировать эти процессы, программисты используют абстракцию для упрощения своей работы. Если вам интересно понять, как программисты выполняют свои обязанности, вы можете узнать о важности абстракции. В этой статье мы обсудим несколько часто задаваемых вопросов об абстракции в компьютерных науках, в том числе о том, что это такое, два типа абстракции, ее уровни и функции, почему она важна, чем она отличается от сокрытия данных и как она используется в объектно-ориентированном программировании. ориентированное программирование.

Что такое абстракция в информатике?

Абстракция в информатике — это процесс удаления элементов кода или программы, которые не имеют отношения к делу или отвлекают от более важных элементов. Термин абстракция относится к взгляду на что-то, чтобы сохранить общую форму или значение без деталей. Абстракция позволяет программистам и пользователям компьютеров взаимодействовать с необходимыми компонентами без необходимости концептуализации всей компьютерной системы. Вот два типа абстракции:

1. Абстракция данных

Абстракция данных — это элемент компьютерных языков, который позволяет программистам понимать код и взаимодействовать с оборудованием. Примером абстракции данных является тип данных «строка», используемый в простых языках программирования для обозначения текстовой строки. Упрощение таких концепций позволяет программистам легче взаимодействовать с системой. Более сложные языки имеют более сложные типы данных, но все они выполняют одну и ту же базовую функцию абстрагирования, которая позволяет программистам повторно использовать их в различных приложениях, упрощая поведенческие механизмы оборудования и создавая новые абстракции, скомпилированные из различных типов данных.

2. Абстракция управления

Абстракция управления — это когда программист создает новую управляющую конструкцию, которая представляет собой оператор в компьютерной программе, определяющий, в каком порядке компьютер выполняет функции. Абстракция управления необходима для создания больших программных систем, поскольку она позволяет программистам разрабатывать новые функции внутри программы. Все основные языки программирования используют абстракцию управления.

Какие существуют уровни абстракции в информатике?

В информатике существуют разные уровни абстракции в зависимости от сложности. Высший уровень абстракции инкапсулирует всю систему, а самые нижние уровни являются наиболее сложными и подробными. Программисты могут разделить уровни на три основные группы:

Программный домен

Также известный как уровень представления, домен программного обеспечения относится к программам, которые выполняют стандартные функции, знакомые пользователям. Эти программы обычно имеют дополнительные программы, работающие под их операционными системами, которые пользователь не видит. Некоторые примеры элементов в домене программного обеспечения:

• Приложения. Приложения — это части программного обеспечения, которые программисты кодируют для выполнения функций на различных устройствах, таких как видеоплееры или текстовые процессоры.

• Языки программирования. Языки программирования — это то, как программисты пишут код для создания приложений.

• Библиотеки. В библиотеках программисты сохраняют предварительно написанный код, который они могут легко использовать в новом программном обеспечении.

• Операционные системы: Операционная система — это интерфейс, который программист создает для взаимодействия с аппаратным обеспечением машины.

Программное обеспечение позволяет программистам и потребителям использовать компьютер, не задумываясь о более сложных процессах, выполняющих эти функции. Таким образом, программное обеспечение представляет собой высокий уровень абстракции.

Цифровой домен

Цифровая область, также называемая логическим уровнем, разделяет разные представления об одном и том же оборудовании. Компьютеры представляют собой сложные машины, которые зависят от множества компонентов для выполнения своих функций. Чтобы построить эти машины, вы можете абстрагировать функции каждой части оборудования, чтобы упростить сборку. Примеры абстракции в цифровой области включают:

• Архитектура. Архитектура компьютера представляет собой набор правил и методов взаимодействия программного и аппаратного обеспечения для выполнения функций.

• Компоненты: Компоненты компьютера позволяют программному и аппаратному обеспечению взаимодействовать. Это такие элементы, как память компьютера, процессор или видеокарта.

• Интегральные схемы (чипы): различные схемы составляют каждый компонент компьютера.

• Логические вентили: схемы используют логические вентили для интеграции своих функций. Логические элементы представляют собой группы единиц и нулей, представляющие инструкции.

Цифровой домен лежит в основе программного обеспечения и представляет собой абстракцию среднего уровня.

Аналоговый домен

Аналоговая область, или физический уровень, — это электрические токи, которые проходят через различные компоненты, чтобы заставить компьютеры работать. Логические вентили превращают электрические импульсы от транзисторов в единицы и нули, которые управляют функциями компонентов компьютера. Транзисторы являются основным строительным блоком компьютерной схемы. Через транзистор либо проходит электричество, либо нет, создавая разницу между единицей и нулем в цепи.

Логические вентили абстрагируют импульсы, превращая их в сигналы, которые передают информацию. Аналоговый домен является основой для всех компьютерных функций и абстрагируется для создания цифровых и программных доменов. Это самый низкий уровень абстракции.

Каковы функции абстракции данных?

Вот несколько вариантов использования абстракции в информатике:

Обобщение

В некотором смысле абстракция похожа на обобщение. Размышляя о компьютерных науках с точки зрения абстракции, вы можете подумать о создании компьютерной программы. Если вы хотите, чтобы компьютер выполнял определенную задачу, вы пишете программу, которая выполняет эту задачу при любых обстоятельствах, требуя, чтобы вы думали о задаче в ее самой простой форме. Например, если вы хотите создать программу, умножающую четыре на шесть, вы можете создать программу, умножающую два числа, а затем ввести в нее четыре и шесть. Здесь вы абстрагировали программу от двух чисел до вычисления умножения в целом.

Восприятие пользователя

Абстракция также может относиться к тому, как пользователь думает о машине или программе. То, что видит пользователь, часто отличается от того, как работает устройство или программа. Например, вы можете ввести предложение в документ на своем компьютере. Вы можете видеть, как появляются слова, но вы не наблюдаете разнообразие команд, которые компьютер выдает, чтобы записать смысл клавиш на вашей клавиатуре, сохранить их в своей памяти и передать код на ваш монитор.

Сотрудничество

Абстракция также помогает программистам сотрудничать друг с другом, добавляя к существующему коду. Абстрагируя механизмы функции, программист может скопировать существующий код другого программиста и использовать полный код в других условиях. Они могут включать его в различные программы или обновлять программу, не нарушая код, представленный как единое целое.

Почему абстракция важна в информатике?

Абстракция важна, потому что она помогает программистам концептуализировать программы, которые они создают. Они могут работать быстрее и более эффективно ссылаться на различные аспекты программы или кода, используя абстракцию, что позволяет им работать быстрее и создавать более сложные программы. Программы сложны и требуют большого количества кода для выполнения функций, которые пользователи теперь считают базовыми. Чтобы продолжать улучшать эти коды и создавать новые программы, программисты полагаются на абстрагирование предыдущего кода, чтобы помочь им понять, как код работает в общем смысле.

Чем абстракция отличается от сокрытия данных?

Сокрытие данных — это действие по сокрытию внутренних деталей программы или базы данных и раскрытию только функциональности. Цель сокрытия данных — изолировать определенные части программы, чтобы защитить данные от просмотра или изменения. Вы можете ограничить использование данных и доступ к ним, абстрагировав их от остальной части программы, скрыв внутреннюю работу компонентов программы и спрятав данные внутри нее.

Сокрытие данных использует абстракцию для сокрытия данных, но абстракция обычно позволяет программисту сосредоточиться на основных элементах, а не на сложной внутренней работе программы. Таким образом, абстракция отличается от сокрытия данных, потому что данные в абстракции по-прежнему доступны для программиста или общественности, хотя это и не имеет значения.

Как абстракция используется в объектно-ориентированном программировании?

Абстракция является одним из важнейших компонентов объектно-ориентированного программирования (ООП), который представляет собой тип языка программирования, который использует объекты для организации своего кода. Каждый объект содержит поля данных, известные как атрибуты и процедуры, которые программисты выражают в коде. Эти объекты взаимодействуют друг с другом в соответствии со своими процедурами. Каждый из этих объектов имеет сложную внутреннюю структуру, которая абстрагируется для создания единого объекта. Пользователи сортируют эти объекты по классам, что является еще одной абстракцией.

Что является примером абстракции?

Примером абстракции в информатике являются интерфейсы прикладного программирования или API. API — это, по сути, мост между двумя приложениями, который позволяет им общаться и работать вместе. Для облегчения связи между различными приложениями, которые могут использовать разные языки программирования, API-интерфейсы используют абстракцию для передачи наборов данных через мост без повреждения или дублирования данных в исходном приложении. Абстрагируя данные, API создает форму программы, которая может взаимодействовать с другим приложением. Благодаря этой абстракции два приложения могут защитить свою интеграцию, автоматизируя общие функции.