Технология проектирования программ

Тема: Технологии и инструментальные средства программирования. Инструментарий технологии программирования.

Цель: Изучить понятие алгоритма, типы алгоритмических процессов, технологии разработки программных комплексов.

Это совокупность программ, обеспечивающих технологию разработки, отладки и внедрения программных продуктов.

Инструментарий технологии программирования делится на два больших класса инструментальных средств: для создания отдельных приложений (программ) и для создания информационных систем и технологий.

Средства для создания отдельных приложений включают локальные средства (языки программирования,системы программирования, инструментальные среды пользователя)и интегрированные среды разработки программ, основное назначение которых - повышение производительности труда программистов за счет автоматизации создания кодов программ, обеспечивающих интерфейс пользователя графического типа, а также автоматизации разработки запросов и отчетов (например, Delphi).

В свою очередь языки программированияделятся на следующие виды:

1. операторные. Используются для кодирования алгоритмов, а потому также называются алгоритмическими. Имеют в составе:

· машинно-зависимые (ассемблер). Применяются для написания программ, явно использующих специфику конкретной аппаратуры. Каждый компьютер имеет такую систему программирования, которая изготавливается и поставляется фирмой-изготовителем вместе с компьютером;

· машинно-ориентированные (язык С). Объединяет идеи ассемблера и алгоритмического языка. Программы компактны и работают очень быстро.

· универсальные (Турбо-Паскаль, Бэйсик). Приближены максимально, насколько это возможно, к естественному английскому языку: название каждой команды – английское слово;

2. функциональные. Применяются, как правило, для машинного моделирования той или иной проблематики. Имеют в составе:

· проблемно-ориентированные (GPSS). Моделируют систему с помощью последовательности событий. Применяются, в частности, при проектировании вычислительных комплексов;

· объектно-ориентированные (Форт). Имеют встроенные средства для моделирования новых объектов программирования;

· логико-ориентированные (Prolog). Отдельно описываются правила предметной области, по которым затем выводятся новые факты.

Системы программированиявключают:

1. интегрированную среду разработчика программы, состоящую, в частности, из текстового редактора, позволяющего создавать и корректировать исходные тексты программ, средств поддержки интерфейса программиста с системными средствами для выполнения различных сервисных функций (например, сохранения или открытия файла);

2. транслятор – программу, переводящую исходный текст во внутреннее представление компьютера;

3. отладчик – программу для трассировки и анализа выполнения прикладных программ. Позволяет отслеживать выполнение программы в пооператорном режиме, идентифицировать место и вид ошибок в программе, наблюдают за изменением значений переменных, выражений и т.д.;

4. компоновщик – программа для подготовки прикладной программы к работе в конкретных адресах основной памяти компьютера;

5. справочные системы.

Инструментальная среда пользователя– это специальные программные средства, встроенные в ППП:

1. библиотеки функций, процедур, объектов и методов обработки;

2. макрокоманды;

3. программные модули-вставки;

4. конструкторы экранных форм и отчетов;

5. языки запросов высокого уровня.

Средства для создания информационных систем и технологийподдерживают полный цикл проектирования сложной информационной системы или технологии от исследования объекта автоматизации до оформления проектной и прочей документации на информационную систему или технологию. Они позволяют вести коллективную работу над проектом за счет возможности работы в локальной сети, экспорта – импорта любых фрагментов проекта, организации управления проектом.

Обращает на себя внимание обилие средств, относящихся к инструментарию технологии программирования. Это связано со сложностью разработки программного продукта.

Технология проектирования программ

При включении компьютера в тот или иной информационный процесс для решения некоторой прикладной задачи, как следует из предыдущего изложения, он должен быть снабжен соответствующим ПО.

Для разработки программы в целях решения конкретной прикладной задачи сложилась традиционная технология, показанная на рисунке:

Здесь связи означают:

1 – заказчик на естественном (например, русском) языке объясняет математику или системотехнику (аналитику), какую прикладную задачу он хочет решить. Эта задача из некоторой предметной области, например, задача бухгалтерского учета или зачисления абитуриентов в ВУЗ;

2 – математик (или системотехник - аналитик)) формализует задачу, представляя ее в виде математической модели или составляя строгое формальное описание процедуры ее решения, входных и выходных данных. Этот этап называется формализацией задачи;

3 - программист на основании математической модели или другого формального описания поставленной задачи разрабатывает программу. Он выполняет также отладку программы, используя для этого ЭВМ. Этот этап называется программированием задачи;

4 – результаты решения задачи на ЭВМ сообщаются заказчику для определения того, удовлетворен ли он решением. Результаты решения задачи, будучи доведены до заказчика, могут его не удовлетворить в силу ряда причин. Это означает, что процесс, изображенный на рисунке, является циклическим: он завершается тогда, когда заказчик примет результаты решения задачи автоматизированным образом. В этом случае оформляется документация на эксплуатацию программного продукта. В ней описываются следующие характеристики программного продукта:

· основные характеристики программы, сведения об ее эксплуатации;

· сведения о назначении программы, области ее применения, используемых методах решения, ограничениях на применение, минимальной конфигурации технических средств;

· сведения для проверки работоспособности и корректности выполнения программы, для обеспечения функционирования и настройки программы на условия конкретного применения;

· сведения о необходимых запросах со стороны программы и форматах ответов пользователя;

· данные о нештатных ситуациях и поведении пользователя в них.

Этот этап называется сдачей программы в эксплуатацию.

Как видно, все связи на рисунке двунаправленны. Это означает, что в процессе проектирования программы идет диалог, в ходе которого уточняется и/или корректируется предмет общения.

Формализация задачи

Этот этап самый непростой, для его выполнения нужно умение выделять в предметной области наиболее важные характеристики для решения задачи и выявлять способы решения задач, принятые на практике, а также требуются специальные знания и умения моделирования предметной области. Поэтому часто привлекаются математики (или системотехники - аналитики), если предметная область слишком сложна.

В результате формализации создается математическая модель предметной области, которая записывается средствами различных видов математических моделей, определяются входные и выходные данные для задачи (или комплекса задач). Либо просто формируется строгое описание задачи, поскольку не всякая предметная область может быть описана средствами какой-либо математической модели (так называемые слабо формализуемые или неформализуемые области).

Программирование задачи

Технология программирования задач различается для операторных и функциональных языков программирования. Ограничимся рассмотрением вопроса для операторных языков. Тогда этот этап разбивается на два последовательных шага – разработку алгоритма и отладку программы.

Разработка алгоритма

Алгоритм– это точное предписание, определяющее вычислительный процесс, ведущий от исходных данных к искомому результату.

Алгоритм обладает следующими свойствами (они следуют из определения):

1. определенность (детерминированность)– каждая команда (или предписание) понятна исполнителю (человеку или компьютеру) и исключает неоднозначность исполнения;

2. результативность– реализация вычислительного процесса, предусмотренного алгоритмом, должна через определенное число шагов привести к результату или сообщению о невозможности его получения;

3. массовость– если алгоритм разработан для решения определенной задачи, он должен быть применим для решения задач этого типа при всех допустимых значениях исходных данных;

4. дискретность– пошаговый характер процесса получения результата, состоящий в последовательном выполнении конечного числа заданных алгоритмом действий.

Различают следующие простейшие виды алгоритмов:

1. линейный, когда предписания алгоритма выполняются в той последовательности, в которой они представлены в алгоритме;

2. разветвляющийся, когда ход исполнения предписаний может меняться относительно их нахождения в алгоритме в зависимости от значений исходных или промежуточных данных;

3. циклический, когда предписания алгоритма выполняются многократно. В зависимости от характера повторений различают циклические алгоритмы с заданным и незаданным числом повторений (в этом случае такие алгоритмы называют итерационными).

Существуют следующие способы описания алгоритма: словесный, структурно-стилизованный, язык графических символов, операторный язык.

Отладка программы

Это самый трудоемкий этап. Его цель – проверка синтаксической и логической правильности программы, а также определение того, что программа функционирует на всем диапазоне допустимых данных.

В процессе отладки программы выделяются этапы:

1. трансляция исходного текста программы;

2. компоновка программы;

3. выполнение программы с целью определения логических ошибок;

4. тестирование программы

Трансляция

При трансляциивыполняется перевод программы, понятной человеку, на язык, понятный компьютеру. Если цель трансляции – преобразование всего исходного текста на внутренний язык компьютера (т.е. получение некоторого нового кода) и только, то такая трансляция называется также компиляцией. Исходный текст называется также исходной программой или исходным модулем, а результат компиляции – объектным кодом или объектным модулем. Если же трансляции подвергаются отдельные операторы исходных текстов и при этом полученные коды сразу выполняются, такая трансляция называется интерпретацией. Поскольку трансляция выполняется специальными программными средствами, последние носят название компилятора или интерпретатора, соответственно.

В процессе компиляции последовательно выполняются лексический, синтаксический, семантический анализ, генерация промежуточного кода, оптимизация промежуточного кода, генерация внутреннего представления.

Компоновка

Компоновка программысоздает готовую для работы программу, которая называется такжеисполняемой программойилизагрузочным модулем. При этом решаются две основные задачи:

· если в программе используются функции, например, sin, exp и т.д., соответствующие им программные модули выбираются из библиотеки подпрограмм соответствующей системы программирования и вставляются в объектный модуль;

· объектный модуль преобразуется в соответствии с реальными адресами основной памяти, куда будет размещаться программа для выполнения.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: