Staat (Informatik)

Im Informationstechnologie und Informatik, ein System wird beschrieben als Staatsbürgerlich Wenn es so konzipiert ist, dass es sich vor den vorhergehenden Ereignissen oder Benutzerinteraktionen erinnert;[1] Die erinnerten Informationen werden als die genannt Zustand vom System.

Der Satz von Zuständen, die ein System besetzen kann, wird als seine bezeichnet Zustandsraum. In einem Diskretes System, der Staatsraum ist zählbar und oft endlich. Das interne Verhalten oder die Interaktion des Systems mit seiner Umgebung besteht aus separat auftretenden individuellen Aktionen oder Ereignissen, wie z. Beispiele für solche Systeme sind Digitale Logik Schaltungen und Komponenten, Automaten und formelle Sprache, Computerprogramme, und Computers.

Die Ausgabe einer digitalen Schaltung oder deterministisches Computerprogramm wird zu jeder Zeit vollständig durch seine aktuellen Eingaben und seinen Zustand bestimmt.[2]

Digitaler Logikschaltungszustand

Digitale Logik Schaltkreise können in zwei Arten unterteilt werden: Kombinationslogik, deren Ausgabe Signale sind nur von seinen gegenwärtigen Eingangssignalen abhängig und Sequentielle Logik, deren Ausgänge sowohl der aktuellen Eingänge als auch der früheren Geschichte der Eingänge sind.[3] In der sequentiellen Logik werden Informationen aus früheren Eingängen in elektronischen Speicherelementen gespeichert, wie z. Flip Flops. Der gespeicherte Inhalt dieser Speicherelemente zu einem bestimmten Zeitpunkt wird gemeinsam als Schaltkreis bezeichnet Zustand und enthält alle Informationen über die Vergangenheit, auf die der Schaltkreis zugreifen kann.[4]

Seit jeder Binärer Gedächtniselementwie ein Flip-Flop hat nur zwei mögliche Zustände, eines oder NullUnd es gibt eine begrenzte Anzahl von Speicherelementen, ein digitaler Schaltkreis hat nur eine bestimmte endliche Anzahl möglicher Zustände. Wenn N Ist die Anzahl der Binärspeicherelemente in der Schaltung, die maximale Anzahl von Zuständen, die eine Schaltung haben kann, ist 2N.

Programmstaat

In ähnlicher Weise speichert ein Computerprogramm Daten in Variablen, die Speicherorte in der darstellen Speicher des Computers. Der Inhalt dieser Speicherorte zu einem bestimmten Zeitpunkt der Ausführung des Programms wird als Programm bezeichnet Zustand.[5][6][7]

Eine speziellere Definition von Status wird für Computerprogramme verwendet, die seriell oder nacheinander arbeiten Datenströme, wie zum Beispiel Parser, Firewalls, Kommunikationsprotokolle und Verschlüsselung. Serielle Programme arbeiten nacheinander mit den eingehenden Datenzeichen oder Paketen nacheinander. In einigen dieser Programme werden Informationen zu früheren Datenzeichen oder Paketen in Variablen gespeichert und die Verarbeitung des aktuellen Zeichens oder Pakets beeinflussen. Dies wird a genannt Stateful Protokoll und die Daten, die aus dem vorherigen Verarbeitungszyklus übertragen werden Zustand. In anderen Fällen enthält das Programm keine Informationen über den vorherigen Datenstrom und startet mit den einzelnen Dateneingaben neu. Dies wird a genannt Staatelo Protokoll.

Imperative Programmierung ist ein Programmierparadigma (Art, a zu entwerfen Programmiersprache) Das beschreibt die Berechnung in Bezug auf den Programmstatus und die Aussagen, die den Programmstatus ändern. Zustandsänderungen sind implizit und werden von der Programmlaufzeit verwaltet, so dass eine Unterroutine hat Sichtweite der Zustandsänderungen anderer Teile des Programms, bekannt als Nebenwirkungen.

Im deklarative Programmierung Sprachen, das Programm beschreibt die gewünschten Ergebnisse und gibt keine Änderungen des Status direkt an.

Im Funktionelle Programmierung, Staat ist normalerweise mit zeitliche Logik als explizite Variablen, die den Programmstatus bei jedem Schritt einer Programmausführung darstellen: Eine staatliche Variable wird als ein Eingabeparameter einer staatlich-transformierenden Funktion, die den aktualisierten Zustand als Teil seines Rücksendwerts zurückgibt. EIN rein funktionell Unterroutine hat nur die Sichtbarkeit von Zustandsänderungen, die durch die staatlichen Variablen in seinem Geltungsbereich dargestellt werden.

Endliche Staatsmaschinen

Die Ausgabe eines sequentiellen Schaltungs- oder Computerprogramms wird jederzeit vollständig durch die Stromeingänge und den Stromstatus bestimmt. Seit jeder binär Das Speicherelement hat nur zwei mögliche Zustände, 0 oder 1, die Gesamtzahl der verschiedenen Zustände, die eine Schaltung annehmen kann, endlich und durch die Anzahl der Speicherelemente festgelegt. Wenn es gibt N Binäre Speicherelemente, eine digitale Schaltung kann höchstens 2 habenN verschiedene Zustände. Das Konzept des Staates wird in einem abstrakten mathematischen formalisiert Berechnungsmodell genannt endliche Zustandsmaschine, verwendet, um sowohl sequentielle digitale Schaltkreise als auch Computerprogramme zu entwerfen.

Beispiele

Ein Beispiel für ein alltägliches Gerät mit einem Zustand ist a Fernsehgerät. Um den Kanal eines Fernsehgeräts zu ändern, drückt der Benutzer normalerweise eine Schaltfläche "Kanal Up" oder "Channel Down" auf der Fernbedienung, die eine codierte Nachricht an den Satz sendet. Um den neuen Kanal zu berechnen, den der Benutzer wünscht aktueller Kanal es läuft. Anschließend fügt es einen hinzu oder subtrahiert eine von dieser Nummer, um die Nummer für den neuen Kanal zu erhalten, und passt den Fernseher an, um diesen Kanal zu empfangen. Diese neue Nummer wird dann als die gespeichert aktueller Kanal. In ähnlicher Weise speichert der Fernseher auch eine Zahl, die das Niveau von steuert Volumen vom Sprecher produziert. Durch Drücken der Schaltflächen "Lautstärke nach oben" oder "Lautstärke) wird diese Zahl gesteigert. Beide aktueller Kanal und Stromvolumen Zahlen sind Teil des Fernsehstaates. Sie werden in gelagert Nichtflüchtiger Gedächtnis, was die Informationen bewahrt, wenn der Fernseher ausgeschaltet ist. Wenn er also wieder eingeschaltet wird, kehrt der Fernseher zu seinem vorherigen Sender und Lautstärke zurück.

Als ein weiteres Beispiel der Zustand von a Mikroprozessor ist der Inhalt aller Speicherelemente darin: die Akkumulatoren, Speicherregister, Daten -Caches, und Flaggen. Wenn Computer wie Laptops in a gehen Winterschlafmodus Um Energie zu sparen, indem der Prozessor heruntergefahren wird, wird der Zustand des Prozessors auf dem Computer gespeichert FestplatteEs kann also wiederhergestellt werden, wenn der Computer aus dem Winterschlaf kommt, und der Prozessor kann Operationen annehmen, wo er aufgehört hat.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ "Was ist staatenlos? - Definition von Whatis.com". TechTarget.com.
  2. ^ Harris, David Money;Harris, Sarah L. (2007). Digitales Design und Computerarchitektur.USA: Morgan Kaufmann.p.103. ISBN 978-0123704979.
  3. ^ Kaeslin, Hubert (2008). Digital Integrated Circuit Design: Von VLSI -Architekturen bis zur CMOS -Herstellung.UK: Cambridge University Press.p.735. ISBN 978-0521882675.
  4. ^ Srinath, N. K. (August 2005). 8085 Mikroprozessor: Programmierung und Schnittstelle.Prentice-Halle von Indien Pvt.Ltd. p.326. ISBN 978-8120327856. Abgerufen 7. Dezember 2012. Seite 46
  5. ^ Laplante, Philip A. (2000). Wörterbuch für Informatik, Ingenieurwesen und Technologie.USA: CRC Press.p.466. ISBN 978-0849326912.
  6. ^ Misra, Jayadev (2001). Eine Disziplin der Multiprogrammierung: Programmierungstheorie für verteilte Anwendungen. Springer. p. 14. ISBN 978-0387952062.
  7. ^ Prata, Stephen Prata (2004). C Primer Plus, 5. Aufl..Pearson Ausbildung.S. 113–114. ISBN 978-0132713603.