Читать книгу JAVA 2021: лёгкий старт - Павел Александрович Забелин - Страница 7

В наше время мы уже настолько окружены техникой, которая способна выполнять разнообразные программы, что уже воспринимаем это как должное. Что там компьютеры… телефоны, телевизоры, пылесосы (!), видеокамеры, автомобили, даже лифты – все они уже исполняют программы. Но для того чтобы писать хорошие программы, надо хотя бы примерно понимать, как устроен компьютер. В мире программистов компьютеры называются «железом» (хотя сейчас там гораздо больше пластика, стекла и кремния). У некоторых были уроки информатики, но, наверное, как это обычно происходит, они проходили за компьютерными играми :)

Что-же такое компьютер? Компьютер – это устройство, в которое можно ввести какие-либо данные, эти данные могут быть обработаны программой, и в конечном итоге будет выведен результат. В нашей реальности мобильный телефон (это тоже компьютер), в котором запущена программа (Instagram), в который вы вводите данные (ваши нажимы и касания пальцев, когда вы скролите ленту), и в итоге видим результат – новые посты в ленте.

Компьютер – это сложное устройство, он состоит из нескольких модулей, которые нужны для разных задач. В первую очередь самый заметный модуль (устройство вывода) – монитор\дисплей, через него мы получаем всю визуальную информацию. Устройства ввода, по меньшей мере два: клавиатура и мышь (или, например, тачпад). А еще устройство ввода – это цифровой сканер или VR-шлем (и он же устройство вывода). Далее непосредственно сам компьютер, обычно мы видим его как системный блок или нижнюю часть ноутбука.

Самые главные части современного компьютера: процессор (или несколько процессоров), оперативная память, твердый диск, видеокарта, звуковая карта. Процессор – это «мозг» компьютера, но в отличие от человеческого мозга, он не думает, а исполняет команды. Оперативная память – это куда загружаются программы, чтобы выполнять их в текущий момент. Оперативная память не сохраняет данные после выключения питания. Твердый диск – хранит разнообразные данные и программы. Данные на нем не будут потеряны после выключения питания. Чтобы понять разницу между оперативной памятью и твердым диском, вспомните себя, когда вы считаете сколько денег потратили: вы в голове перемножаете количество товаров на их цену (оперативная память), а потом записываете промежуточный результат на бумажку (твердый диск). Манипуляция мыслями занимает гораздо меньше времени, чем запись и потом поиск информации на бумажке – также и с компьютером: он быстро работает с оперативной памятью и гораздо медленнее с твердым диском. Видеокарта занимается ускоренным просчетом данных для последующей отрисовки, как мы все знаем это особенно критично для видеоигр :) Звуковая карта преобразует цифровые данные в электрические импульсы, которые «понимают» аудиоколонки.

Программист на Java в 99% случаев взаимодействует (и иногда сталкивается с нюансами) с дисплеем, клавиатурой, мышкой, процессором, оперативной памятью и диском, а также с другими компьютерами (обычно серверами) которые присылают данные и ждут ответов через интернет.

Мы программируем и пишем программы

Существует огромная пропасть между представлением данных для человека и для компьютера. Для компьютера данные представляются в виде электрических импульсов – есть ток, нет тока. Человек не может читать электричество, и он придумал различные абстракции. И поэтому наличие\отсутствие электрического тока представляется двумя цифрами 0 и 1, это уж позволяет использовать бинарную математику, это уже позволяет путем ввода нулей и единиц управлять процессором и соответственно писать программы. Но такие программы не читабельны – мы привыкли общаться словами и предложениями. И поэтому возникли разнообразные языки программирования, использовать которые для написания программ намного лучше, чем писать единицы и нолики. Сначала возникли языки программирования только чтобы просто программировать компьютеры, позже люди стали создавать языки программирования для работы в разных областях науки и бизнеса. Например, Fortran – для математиков и их формул, Cobol – для экономистов и биржевых операций, Assembler – для низкоуровневого программирования устройств, BASIC – для обучения школьников, Go – для программирования распределённых систем, PHP – для упрощенного написания веб-сайтов. Некоторые языки были созданы как следующий эволюционный шаг: Delphi – эволюция Pascal, Java – эволюция C, C# – эволюция C++ и Java.

Но Java создавали не только для того, чтобы сделать улучшенную версию языка C. Когда компьютер превратился из «монстра научных институтов» в персональный компьютер, стали появляться, одна за другой, операционный системы; возникло большое количество производителей компьютерного железа, которые выпускали кучу всяких устройств, программировать которые обычному программисту, без погружения в глубины документации и драйверов (управляющих железом микропрограмм) было невозможно. И вот в светлый ум доктора информатики Джеймса Гослинга пришла идея создать такую технологию, которая позволила бы программисту писать такой код, который мог бы запускаться на любом железе. И его идея была им воплощена в язык программирования Java и виртуальную машину Java.

В чем суть? Виртуальная машина Java это программный компьютер внутри компьютера обычного на базе операционной системы Windows\MacOS\Unix\…. Виртуальная машина Java (Java Virtual Machine – JVM) специально создается для каждой операционной системы. И JVM знает, как «общаться» с операционной системой и через нее со всеми устройствами, которые могут быть подключены к компьютеру. В чем выгода для программиста? – программист пишет свой код только один раз (!) и ему в своем коде не надо знать на каком компьютере, с какой операционной системой его код будет запускаться. Это огромная экономия времени и денег. Именно поэтому Java код очень надежный и безопасный, он с одной стороны может ограничивать программиста, когда тот хочет «пошалить», а с другой стороны не дает программисту написать код, который может что-то сломать.

Стоит заметить, что концепция «виртуальных машин» получила дальнейшее развитие в других языках программирования, главным образом из-за безопасности. Например, виртуальная машина JavaScript, она встроена в браузер, дает определенные возможности для работы с документом в браузере, для обращения к серверу, но полностью запрещает произвольное считывание данных пользователя с диска. Очень похожая на JVM виртуальная машина Microsoft. NET.