Общая характеристика инструментальных средств разработки программ

Общая характеристика инструментальных средств разработки программ

Инструментальные системы технологии программирования

CASE-средства. Характеристика современных CASE-средств

Обзор объектно-ориентированных инструментальных средств

Объектно-ориентированное программирование возникло раньше объектно-ориентированного анализа и проектирования, поэтому на сегодняшний день существует достаточно большое количество языков, поддерживающих данную технологию. Первым из них, по дате возникновения, считается язык Smalltalk , хотя многие элементы объектно-ориентированного подхода были использованы еще в языке Simula в 1967г. Наиболее мощным инструментом создания объектно-ориентированных программ на сегодня является язык C++ , созданный на базе языка структурного программирования C . Успешно развивается язык Java , который изначально разрабатывался как объектно-ориентированный.

Разработка крупных программных систем в современных условиях невозможна без использования средств автоматизации разработки программного обеспечения (CASE средств). CASE, поддерживающих объектно-ориентированный подход, не так много. Наиболее известное средство в этом направлении – система Rational Rose , которая поддерживает, в том числе, этапы объектно-ориентированного анализа и проектирования.

Объектно-ориентированное CASE средство Rational Rose

Разработчик Rational Rose - фирма Rational Software Corp., известная своими наработками в области объектно-ориентированных технологий, главной из которых является язык UML. Именно на поддержку UML, как основного языка проектирования ПО, и ориентированна данная CASE система.

Как и любое современное CASE средство, данная система поддерживает все стадии жизненного цикла ПО и предоставляет пользователю широкий спектр функций для анализа, проектирования, построения и сопровождения ПО. При этом используются объектно-ориентированные технологии и широко применяются графические модели.

Rational Rose состоит из следующих основных компонент: репозиторий, графический интерфейс пользователя, средства инспекции проекта (browser), средства контроля проекта, средства сбора статистики и генератор документов и также расширения для поддержки различных языков программирования.

Из основных возможностей можно перечислить следующие:

Мощный графический язык моделирования предметной области, обладающий высоким уровнем формализации и поддерживающий объектно-ориентированную методологию.

Удобная навигация между элементами модели при помощи "инспектора проекта".

Хранение результатов проектирования в виде единой модели.

Поддержка работы над проектом группы разработчиков.

Мощная система подготовки отчетов и документации о проекте.

Возможности синтеза программ практически на всех современных объектно-ориентированных языках, в том числе и на межплатформенном языке Java.

Поддержка компонентных технологий построения программных систем.

Широкие возможности по проектированию ПО различной архитектуры, от простых программ, до крупных "клиент-серверных" систем и Интернет-приложений.

Возможность реинжиниринга модели на основе исходных текстов программы. Этим обеспечивается поддержание единства проектной информации и реализации.

Настройка и расширение функциональных возможностей CASE среды путем установки модулей расширения, в первую очередь для поддержки различных языков программирования.

Принципы разработки программных систем в Rational Rose

Построение объектно-ориентированных систем имеет свою специфику. Очевидно, что для наибольшей эффективности следует использовать единую технологию на всех этапах жизненного цикла. Такую возможность предоставляет универсальный язык моделирования UML. Rational Rose поддерживает все этапы проектирования системы, которые определены в спецификации UML.

Основным способом проектирования является создание различного рода диаграмм и спецификаций, определяющих логическую и физическую структуры модели системы, ее статические и динамические аспекты. В их число входят диаграммы классов, состояний, сценариев, модулей, процессов.

На всех этапах предоставляется возможность применять специализированные графические редакторы элементов модели и использовать инспектор модели для навигации среди ее компонентов. Вся проектная информация сохраняется в едином файле модели (*.mdl).

Работа начинается с построения диаграммы использования (Use Case Diagram), характеризующей основные задачи и окружение проектируемой системы. Далее, для каждого блока использования (Use Case), представленного на диаграмме использования, разрабатываются диаграммы последовательностей (Sequence Diagram), идентифицирующие объекты в системе и описывающие последовательности событий, возникающих в процессе общения объектов. Rational Rose позволяет автоматически связывать диаграммы последовательностей с блоками использования.

Объекты, присутствующие на диаграммах последовательностей, определяются в системе с помощью классов. Классы и их взаимосвязь задается с помощью диаграмм классов, разработка которых также поддерживается Rational Rose . Классы группируются в пакеты. Rational Rose позволяет определить набор пакетов, взаимосвязи между ними и представить составляющие их классы на вложенных диаграммах классов.

Состав компилируемых и выполняемых модулей системы задается в Rational Rose с помощью диаграммы компонентов. На диаграмме определяются зависимости между компонентами. Для компонентов могут задаваться интерфейсы, через которые реализуются зависимости. Диаграммы развертывания в Rational Rose отражают конфигурацию исполняемой программной системы и состоят из узлов и отношений взаимодействия между узлами. Узлы включают в себя компоненты, представленные на диаграмме компонентов системы.

Для полностью определенной модели можно осуществить генерацию исходных программных текстов на различных объектно-ориентированных языках программирования, поддерживаемых Rational Rose , например Java или C++.

Полученные программные тексты могут быть модифицированы вне Rational Rose , а для учета произведенных изменений система позволяет выполнить реинжиниринг текстов в модель.

Проектирование программных средств

Моделирование предметной области . Создание проекта начинается с формирования принципов использования системы. В рамках Rational Rose это этап именуется "Use Case View". Реализация этого этапа позволяет идентифицировать внешних пользователей, блоки использования, объекты системы и связи между ними.

Составляется диаграмма использования, отражающая внешнее функционирование создаваемой системы. Эта модель во многом аналогична диаграмме потоков данных в структурном анализ. Основными ее составляющими являются внешние пользователи (actors), блоки использования (use case) и связи между компонентами. Для создания диаграммы в Rational Rose используется специализированный графический редактор.

Все элементы диаграммы использования выделяются системой как самостоятельные компоненты модели в рамках данного этапа и подлежат дальнейшей спецификации. В первую очередь это касается блоков использования, которые отражают группы функций системы, представляемые как единое целое для внешнего пользователя.

Для каждого блока использования строится диаграмма последовательностей, на которой отображается взаимодействие во времени объектов, выполняющих поставленную задачу. На подобных диаграммах идентифицируются объекты системы и определяются сообщения, с помощью которых эти объекты взаимодействуют. Построение диаграмм проводится в специализированном редакторе.

Каждый объект на диаграмме последовательностей сопровождается именем класса, к которому он принадлежит. Конкретный объект является экземпляром некоторого класса. Классы образуют логическую структуру системы.

Разработка логической структуры. После завершения формирования принципов использования системы, наступает этап разработки ее логической структуры. В Rational Rose он именуется "Logical View". Результатом данного этапа должна стать главная диаграмма, и детализирующие диаграммы для ее элементов.

На этом этапе следует определить классы, которые необходимы в системе. Экземпляры этих классов уже указаны на диаграммах последовательностей. Классы и их связи отражается в модели в виде диаграммы классов. Группы классов на этих диаграммах могут быть объединены в пакеты.

Проектирование логической структуры следует начинать с определения основных пакетов. Пакет – универсальное средство для группировки элементов модели. Применение пакетов позволяет сделать модель более обозримой. Пакеты могут быть вложенными друг в друга. Классы, составляющие каждый пакет, детализируются на вложенной диаграмме.

Встроенный в Rational Rose редактор диаграмм классов представляет удобные средства для таких операций, а инспектор модели облегчает перемещение по иерархии диаграмм.

Для каждого класса задается спецификация, описывающая состав атрибутов и методов, связи, шаблон, на основе которого создан класс, и особенности реализации.

Наличие шаблонов позволяет легко создавать классы различной структуры.

Классы могут импортироваться в систему извне. Rational Rose поддерживает компонентную структуру программного обеспечения и позволяет использовать в модели двоичные компоненты, такие как COM и ActiveX. Их представление в модели выполняется с помощью классов, основанных на интерфейсах данных компонентов.

Кроме диаграмм классов, для описания логики системы применяются на данном этапе применяются диаграммы состояний, диаграммы сценариев и другие элементы языка UML

Проектирование физической структуры приложения. Классы, описанные на предыдущем этапе, связываются с физическими компонентами программы при помощи диаграмм компонент.

Компонент представляет собой выполняемый модуль системы, и связан с файлом исходного текста, двоичным файлом библиотеки, объектным модулем, исполняемым файлом. Компоненты могут включать в себя другие компоненты.

Для визуализации компонентов проектируемой системы используются диаграммы компонент. Этап построения диаграмм компонент в Rose именуется "Component View". Он состоит из построения общей диаграммы и, при необходимости, детализации отдельных компонентов на вложенных диаграммах.

Данные диаграммы отражают взаимосвязь составных частей программного обеспечения. Взаимосвязь реализуется через интерфейсы, которые также отображаются на диаграмме.

Построение диаграмм выполняется в специализированном редакторе. Для компонента задаются составляющие его классы.

Для компонента может производится генерация исходного текста на различных языках программирования, поддерживаемых Rational Rose, или назначаться программные фрагменты, разработанные вне среды Rose . В последнем случае их интерфейс должен соответствовать объявленному в модели.

Последним этапом в проектировании программного обеспечения является подготовка диаграммы развертывания. В Rose этот этап именуется "Deployment View". Диаграммы развертывания показывает конфигурацию исполняемой программной системы. Она состоит из узлов и отношений взаимодействия между узлами и компонентами. Узлы могут включать компоненты и объекты. Узлы являются физическими элементами времени выполнения.

Построение и сопровождение системы

Генерация исходных текстов . После того, как определены конкретные компоненты разрабатываемой системы, наступает время генерации программного кода для каждого компонента.

Фактически, Rose генерирует скелет программы, который в последствии передается программистам на доработку. Автоматически синтезируются определения классов и методов, конкретную реализацию которых следует выполнить вручную.

Исходной информацией для этой операции являются сведения о классах, составляющих данный компонент и выбранном языке реализации данного компонента.

Перед выполнением операции следует определить состав и параметры сохранения полученного кода. Далее, выполнить генерацию, выбрав требуемый язык. При возникновении ошибок система проинформирует об этом.

Возможна выборочная генерация программного кода для отдельных компонентов модели и настройка информации, помещаемой в программные файлы. Этим достигается высокая гибкость при модернизации и модификации модели.

Rational Rose 98 Enterprise Edition позволяет генерировать исходный текст на Visual Basic, C++, Java, а также получать описание интерфейсов компонент на языке IDL и создавать проекты для системы Oracle 8.

Реинжиниринг модели на основе исходных текстов . Возможность реинжиниринга, или, как его еще называют, "обратного проектирования", модели по исходным программным текстам представляется одной из важных и, безусловно, полезных функций Rose . Потребность в такой операции часто возникает при выполнении модификации и модернизации проекта. Сгенерированные по модели шаблоны программы, после их передачи программистам, могут быть модифицированы и необходимо учитывать эти изменения в модели. Кроме того, поскольку Rational Rose поддерживает импорт двоичных компонентов (COM объекты в среде Win32), то поддержка построения классов на основе описания интерфейсов двоичного компонента просто необходима.

Реинжиниринг классов можно выполнить, выбрав язык программирования, на котором реализованы классы, и задав каталог с исходными файлами. Далее можно выбрать необходимые файлы или провести реинжиниринг для всех. При выполнении этих действий надо быть внимательным, и выделять только те элементы, которые действительно могут быть преобразованы в модель. В процесс работы система будет информировать вас о наличии ошибок.

После успешного завершения операции, на диаграмме компонентов (этап "Component View") появится новый элемент, имеющий имя, совпадающее с каталогом исходных файлов. Переход на этап "Logical View" покажет, что все классы и пакеты, составляющие новый компонент, также появились на диаграммах классов.

Теперь становится возможным внести в модель изменения, определяемые добавленными компонентами, и вновь генерировать исходные тексты.

Поддержка этапов разработки

Компоненты и шаблоны. Одной из возможностей Rose является моделирование двоичных компонентов, поддерживающих спецификацию COM. В модели подобные компоненты представляются интерфейсными классами, созданными на основе IDL файлов, сопровождающих COM объект. Это позволяет включать в модель различные готовые компоненты.

Поддержка шаблонов элементов модели позволяет упростить процесс проектирования. В Rose можно создавать и использовать шаблоны для большинства элементов модели, в том числе: блоков использования, пакетов, классов, компонентов, а также для операций над моделью. В процессе создания нового элемента следует указать, какой шаблон используется, и элемент будет включать все свойства шаблона. Такой подход позволяет избавиться от рутинной работы и сконцентрироваться на самом проекте.

Рабочие среды. Логичным развитием идеи использования шаблонов и внешних двоичных компонентов в Rational Rose стало появление рабочей среды (Framework).

Рабочая среда является разновидностью шаблона, устанавливающего окружение для создаваемой модели. Это выполняется путем загрузки базовых элементов, включенных в рабочую среду, которые становятся неотъемлемой частью модели.

Rose предоставляет широкий набор стандартных рабочих сред, кроме того можно создавать собственные. Набор стандартных рабочих сред следующий:

Среда проектирования распределенных приложений (Application Performance Explorer)

Стандартная среда (Standard). Ориентированна на создание приложений на Visual Basic. Включает объявление многих стандартных объектов VB.

Среда проектирования приложений для Интернет (Internet). Включает определение различных компонентов ActiveX и библиотек VB.

Среда проектирования приложений для работы с локальными базами данных (Local Database). Содержит объявление объектов системы DAO

Среда проектирования приложений с использованием RDO (Remote Data Object). Позволяет использовать объекты RDO для создания клиент-серверных приложений.

Среда проектирования приложений для доступа к SQL-серверами (SQL Server Distributed Management Object (SQL-DMO)), поддерживающая доступ к SQL через объекты OLE-Automation.

Среда поддержки Microsoft Transaction Server

Среда поддержки Microsoft Outlook

Среды проектирования приложений на Java (Java JDK 114 Full и Java JDK 114 Quick). Включают модели классов и интерфейсов Java полученные путем реинжиниринга.

Среда поддержки Oracle8

Среда разработки назначается при создании модели. Хранятся среды разработки в виде файлов модели (*.mdl) предназначенных только для чтения (Read only). В процессе создания новой модели необходимые элементы загружаются из выбранной среды разработки, после чего новую модель.

Среды разработки представляют собой замечательный механизм для настройки Rose на конкретный проект. Можно создать собственную среду разработки, которая будет включать необходимые вам элементы из различных стандартных сред. В состав Rational Rose входит "мастер" по созданию рабочих сред.

Поддержка группы разработчиков. Всякий крупный проект обычно выполняется группой разработчиков, в которую входят аналитики, проектировщики, программисты. Процесс разработки представляет собой последовательные итерации с циклом "анализ"-"проектирование"-"реализация". На каждом этапе с моделью работают несколько разработчиков и этапы циклически повторяются. В таких условиях необходимо поддерживать целостность проекта, учитывать изменения, вносимые на разных этапах и согласовывать этапы. Все это требует использования общего репозитория и специальной идеологии проектирования.

Наряду с удобным средством инспектирования модели, облегчающим переключение между этапами, в Rational Rose определены механизмы поддержки группы разработчиков.

Создаются различные рабочие области для разработчиков и рабочая область всего проекта. Каждый разработчик производит изменения в своей части (подмодели), и эти изменения становятся глобальными (переносятся в общую модель) только после их утверждения системой управления проектом. В качестве контроллеров проекта в Rose могут использоваться внешние системы, такие как ClearCase и Microsoft SourceSafe .

Использование модулей расширения . В Rational Rose введен гибкий механизм конфигурации и настройки возможностей системы. Существуют различные модули расширения, устанавливаемые в Rose и решающие различные задачи. Можно выделить два основных типа модулей расширения: расширения, поддерживающие языки программирования и расширения функциональных возможностей среды.

При добавлении нового расширения, оно интегрируется с системой путем добавления пунктов в системные меню и установкой необходимых библиотек и исполняемых файлов. Кроме того, каждое расширение может добавлять в систему собственные типы и шаблоны.

Добавление необходимых расширений обычно производится при начальной установки системы, однако их можно установить и позднее. Поддерживается распространение расширений через сеть Internet

Для управления расширениями в Rose существует менеджер расширений. С его помощью можно активизировать и де активизировать различные модули расширений.

Достоинства и недостатки Rational Rose

Данное CASE средство может быть применено для создания разнообразного объектно-ориентированного программного обеспечения, в первую очередь для платформы Windows, а так же на межплатформенном языке Java.

На всех этапах разработки применяется язык UML, и проект программного средства представляет собой единую модель.

Важными достоинствами являются настройка на различные языки программирования и архитектуры программных систем, а также возможность "обратного проектирования" на основе исходных текстов, на различных языках программирования. Существует поддержка различных способов физической реализации для компонент проектируемой системы.

Очень полезной оказывается возможность конфигурирования системы с помощью модулей расширения. По сути, единственным способом написания приложения для не-Windows операционной системы является использование языка Java.

Реферат

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ - совокупность программ системы обработки информации и программных документов, необходимых для эксплуатации этих программ (ГОСТ 19781-90). Также - совокупность программ, процедур и правил, а также документации, относящихся к функционированию системы обработки данных (СТ ИСО 2382/1-84).

ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ – программное обеспечение, предназначенное для использования в ходе проектирования, разработки и сопровождения программ. Обычно этот термин применяется для акцентирования отличия данного класса ПО от прикладного и системного программного обеспечения.

КОМПИЛЯТОР – транслятор, выполняющий преобразование программы, составленной на исходном языке, в объектный модуль.

ИНТЕРПРЕТАТОР – программа (иногда аппаратное средство), анализирующая команды или операторы программы и тут же выполняющая их.

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА - комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой - предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений.

ПРИКЛАДНАЯ ПРОГРАММА - программа, предназначенная для выполнения определенных пользовательских задач и рассчитанная на непосредственное взаимодействие с пользователем.

VISUALBASIC - средство разработки программного обеспечения, разрабатываемое корпорацией Microsoft и включающее язык программирования и среду разработки.

VISUALBASICFORAPPLICATION - немного упрощённая реализация языка программирования Visual Basic, встроенная в линейку продуктов Microsoft Office (включая версии для Mac OS), а также во многие другие программные пакеты, такие как AutoCAD, SolidWorks, CorelDRAW, WordPerfect и ESRI ArcGIS.

Цель работы – исследование видов, функций программного обеспечения, в частности, инструментального.

Классификация программного обеспечения:

Виды инструментального программного обеспечения:

1) Текстовые редакторы

4) Компиляторы

5) Интерпретаторы

6) Линковщики

8) Ассемблеры

9) Отладчики

10) Профилировщики

11) Генераторы документации

Для создания программы на выбранном языке программирования нужно иметь следующие компоненты:

2. Компилятор или интерпретатор. Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в промежуточный объектный код.

Результат работы: Рассмотрено программное обеспечение, его функции и виды, в частности инструментальное программное обеспечение, его сущность, задачи. В третьей главе рассмотрен Microsoft Visual Basic как средство разработки программного обеспечения и его диалект - Microsoft Visual Basic forApplication. В курсовой работе реализован алгоритм решения финансово-экономической задачи с использованием языка программирования Pascal.

Введение

В современном мире уже не один человек, попробовавший блага цивилизации, не может представить свою жизнь без использования компьютерной техники. Ее использование происходит в любой сфере человеческой жизнедеятельности: производстве, торговле, обучении, развлечении и общении людей, их научной и культурной деятельности. Все это благодаря возможности подбора компьютерной техники для решения любой, даже самой сложной задачи.

Однако и универсальность и специализированность компьютерной техники обеспечивается использованием на базе практически любой ЭВМ различного набора программного обеспечения, обеспечивающих решение любых поставленных задач.

Все мы видим огромное многообразие компьютерных программ и ошеломляющие темпы их роста и совершенствования, и лишь малая часть из нас представляет невидимую сторону по их проектированию, разработке и созданию. Однако данная сфера компьютерных технологий является на наш взгляд наиболее важной, так как именно от ее развития будет зависеть бедующее компьютерных технологий.

А так как разработка любой компьютерной программы происходит с использованием Инструментального программного обеспечения, то в нашей курсовой работе хотелось бы подробно остановиться именно на нем, выделив его из всего программного обеспечения и раскрыв его сущность и особенности.

Для наглядности мы рассмотрим инструментальное программное обеспечение (объект исследования) на примере программного комплекса VisualBasicforApplication (предмет исследования), применяемого для программирования в среде MicrosoftOffice – самого распространенного и популярного офисного пакета.

1. Программное обеспечение

1.1 Понятие и сущность программного обеспечения

Программное обеспечение (ПО) – неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств любого компьютера. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него ПО. Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютерах программах, которые имеют набор определенных функциональных возможностей и предназначены для выполнения конкретных, в большинстве случаев, узкоспециализированных функций, таких например как создание и обработка графических изображений или звуковых файлов.

Программное обеспечение в настоящее время составляет сотни тысяч программ, которые предназначены для обработки самой разнообразной информации с самыми различными целями.

К программному обеспечению (ПО) относится также вся область деятельности по проектированию и разработке ПО:

1) технология проектирования программ (например, нисходящее проектирование, структурное и объектно-ориентированное проектирование);

2) методы тестирования программ;

3) методы доказательства правильности программ;

4) анализ качества работы программ;

5) документирование программ;

6) разработка и использование программных средств, облегчающих процесс проектирования программного обеспечения, и многое другое.

Существует множество различных определений ПО. Вообще, программное обеспечение - совокупность программ системы обработки информации и программных документов, необходимых для эксплуатации этих программ (ГОСТ 19781-90). Также - совокупность программ, процедур и правил, а также документации, относящихся к функционированию системы обработки данных (СТ ИСО 2382/1-84).

Программное обеспечение является одним из видов обеспечения вычислительной системы, наряду с техническим (аппаратным), математическим, информационным, лингвистическим, организационным и методическим обеспечением.

В компьютерном сленге часто используется слово софт от английского слова software, которое в этом смысле впервые применил в статье в American Mathematical Monthly математик из Принстонского университета Джон Тьюки (англ. JohnW. Tukey) в 1958 году.

Другие определения:

1) ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ - это совокупность программ, позволяющих осуществить на компьютере автоматизированную обработку информации.

2) ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (математическое обеспечение электронной вычислительной машины), совокупность программ системы обработки данных и программных документов, необходимых для реализации программ на электронной вычислительной машине.

3) ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ - совокупность программ для управления процессом работы компьютера, автоматизации программирования.

4) ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ - комплекс компьютерных программ, обеспечивающий обработку или передачу данных.

Все определения похожи и отражают суть программного обеспечения – организация взаимодействия аппаратной (технической) части, в виде различных встроенных узлов и периферических устройств, их контроль и координация общего взаимодействия компьютерной системы между собою и с пользователем.

1.2 Функции программного обеспечения

Приведенные выше понятия программного обеспечения обуславливают функции, выполняемые программным обеспечением в процессе функционирования компьютерной техники. Перечень данных функций весьма разнообразен, но условно их можно разбить на следующие пять типов:

1. Аппаратно-механические. Осуществляют сопряжение различных компонентов компьютера, обеспечивают передачу аппаратного сигнала от одного компонента к другому.

2. Машинно-Логические. Обрабатывают и интерпретируют набор электромагнитных импульсов аппаратного обеспечения в логически осознанный программный код, обладающий определенной структурой и свойствами.

3. Информационно-командные. Осуществляют проверку соответствия программного кода принципам системы и создание логической структуры информации и осуществляют его исполнение.

4. Интерфейсные. Обеспечивают обработку и интерпретацию программного кода в формат отображения доступный для восприятия пользователем. Создает благоприятную среду для взаимодействия «Компьютер-Человек, Человек-Компьютер».

5. Прикладные. Осуществляет математические, логические, физические и другие действия с набором имеющихся данных, другими словами обработку имеющейся информации для решения определенных задач.

Данный перечень является далеко не исчерпывающим, что говорит о многообразии и неоднозначности функций, выполняемых программным обеспечением.

1.3 Виды программного обеспечения

В зависимости от функций, обеспечиваемым определенным компонентом компьютера, возникает необходимость создания для него своего специализированного программного обеспечения, что и является основополагающим мотивом создания программного обеспечения различных видов, приведенных на (рис.1):

a) Прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ;

b) системные программы, предназначены для управления работой вычислительной системы, выполняют различные вспомогательные функции, например:

1) управление ресурсами компьютера;

2) создание копий используемой информации;

3) проверка работоспособности устройств компьютера;

4) выдача справочной информации о компьютере и др.;

c) инструментальные программные системы, облегчающие процесс создания новых программ для компьютера.

Системное программное обеспечение обеспечивает функционирование и обслуживание компьютера, а также автоматизацию процесса создания новых программ. К системному программному обеспечению относятся: операционные системы и их пользовательский интерфейс; инструментальные программные средства; системы технического обслуживания.

Операционная система - обязательная часть специального программного обеспечения, обеспечивающая эффективное функционирование персонального компьютера в различных режимах, организующая выполнение программ и взаимодействие пользователя и внешних устройств с ЭВМ.

Пользовательский интерфейс (сервисные программы) - это программные надстройки операционной системы (оболочки и среды), предназначенные для упрощения общения пользователя с операционной системой.

Программы, обеспечивающие интерфейс, сохраняют форму общения (диалог) пользователя с операционной системой, но изменяют язык общения (обычно язык команд преобразуется в язык меню). Сервисные системы условно можно разделить на интерфейсные системы, оболочки операционных систем и утилиты.

Интерфейсные системы - это мощные сервисные системы, чаще всего графического типа, совершенствующие не только пользовательский, но и программный интерфейс операционных систем, в частности, реализующие некоторые дополнительные процедуры разделения дополнительных ресурсов.

Оболочки операционных систем предоставляют пользователю качественно новый по сравнению с реализуемым операционной системой интерфейс и делают необязательным знание последнего.

Утилиты автоматизируют выполнение отдельных типовых, часто используемых процедур, реализация которых потребовала бы от пользователя разработки специальных программ. Многие утилиты имеют развитый диалоговый интерфейс с пользователем и приближаются по уровню общения к оболочкам.

Инструментальные программные средства (системы программирования) - обязательная часть программного обеспечения, с использованием которой создаются программы. Инструментальные программные средства включают в свой состав средства написания программ (текстовые редакторы); средства преобразования программ в вид, пригодный для выполнения на компьютере (ассемблеры, компиляторы, интерпретаторы, загрузчики и редакторы связей), средства контроля и отладки программ.

Текстовые редакторы позволяют удобно редактировать, формировать и объединять тексты программ, а некоторые - и контролировать синтаксис создаваемых программ.

Программа, написанная на алгоритмическом языке, должна быть преобразована в объектный модуль, записанный на машинном языке (в двоичных кодах). Подобное преобразование выполняется трансляторами (ассемблером - с языка Assembler и компиляторами - с языков высокого уровня). Для некоторых алгоритмических языков используются интерпретаторы, не создающие объектный модуль, а при каждом очередном выполнении программы, переводящие каждую ее отдельную строку или оператор на машинный язык. Объектный модуль обрабатывается загрузчиком - редактором связей, преобразующие его в исполняемую машинную программу.

Средства отладки позволяют выполнять трассировку программ (пошаговое выполнение с выдачей информации о результатах исполнения), производить проверку синтаксиса программы и промежуточных результатов в точках останова, осуществлять модификацию значений переменных в этих точках.

Системы технического и сервисного обслуживания представляют собой программные средства контроля, диагностики и восстановления работоспособности компьютера, дисков и т. д.

Прикладное программное обеспечение обеспечивает решение пользовательских задач. Ключевым понятием здесь является пакет прикладных программ.

Пакет прикладных программ - это совокупность программ для решения круга задач по определенной тематике или предмету. Различают следующие типы пакетов прикладных программ:

1) общего назначения - ориентированы на автоматизацию широкого круга задач пользователя (текстовые процессоры, табличные редакторы, системы управления базами данных, графические процессоры, издательские системы, системы автоматизации проектирования и т. д.);

2) методо-ориентированные - реализация разнообразных экономико-математических методов решения задач (математического программирования, сетевого планирования и управления, теории массового обслуживания, математической статистики и т. д.);

3) проблемно-ориентированные - направлены на решение определенной задачи (проблемы) в конкретной предметной области (банковские пакеты, пакеты бухгалтерского учета, финансового менеджмента, правовых справочных систем и т. д.).

К прикладному программному обеспечению относятся сервисные программные средства, которые служат для организации удобной рабочей среды пользователя, а также для выполнения вспомогательных функций (информационные менеджеры, переводчики и т. д.).

При построении классификации ПО нужно учитывать тот факт, что стремительное развитие вычислительной техники и расширение сферы приложения компьютеров резко ускорили процесс эволюции программного обеспечения. Если раньше можно было легко перечислить основные категории ПО - операционные системы, трансляторы, пакеты прикладных программ, то сейчас ситуация коренным образом изменилась. Развитие ПО пошло как вглубь (появились новые подходы к построению операционных систем, языков программирования и т.д.), так и вширь (прикладные программы перестали быть прикладными и приобрели самостоятельную ценность). Соотношение между требующимися программными продуктами и имеющимися на рынке меняется очень быстро. Даже классические программные продукты, такие, как операционные системы, непрерывно развиваются и наделяются интеллектуальными функциями, многие из которых ранее относились только к интеллектуальным возможностям человека.

2. Инструментальное программное обеспечение

2.1 Сущность и понятие инструментального программного обеспечения

Инструментальное программное обеспечение (ИПО) - программное обеспечение, предназначенное для использования в ходе проектирования, разработки и сопровождения программ.

Применяется инструментальное обеспечение в фазе разработки. Инструментальное программное обеспечение - это совокупность программ, используемых для помощи программистам в их работе, для помощи руководителям разработки программного обеспечения в их стремлении проконтролировать процесс разработки и получаемую продукцию. Наиболее известными представителями этой части программного обеспечения являются программы трансляторов с языков программирования, которые помогают программистам писать машинные команды. Инструментальными программами являются трансляторы с языков Фортран, Кобол, Джо-виал, Бейсик, АПЛ и Паскаль. Они облегчают процесс создания новых рабочих программ. Однако трансляторы с языков это только наиболее известная часть инструментальных программ; существует же их великое множество.

Использование вычислительных машин для помощи в создании новых программ далеко не очевидно для людей, не являющихся профессиональными программистами. Часто же бывает так, что профессионалы рассказывают об инструментальном (фаза разработки) и системном (фаза использования) программном обеспечении на едином дыхании, предполагая, что не посвященному в тайны их мастерства известно об этой роли инструментального программного обеспечения. Так же как и в фазе использования (для прикладных программ), системное обеспечение работает и в фазе разработки, но только совместно с инструментальным обеспечением. Инструментальное ПО или системы программирования - это системы для автоматизации разработки новых программ на языке программирования.

В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования (языке системного программирования) нужно иметь следующие компоненты:

1. Текстовый редактор для создания файла с исходным текстом программы.

2. Компилятор или интерпретатор. Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в промежуточный объектный код. Исходный текст большой программы состоит из нескольких модулей (файлов с исходными текстами). Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом, которые затем надо объединить в одно целое.

3. Редактор связей или сборщик, который выполняет связывание объектных модулей и формирует на выходе работоспособное приложение - исполнимый код.

Исполнимый код - это законченная программа, которую можно запустить на любом компьютере, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась. Как правило, итоговый файл имеет расширение.ЕХЕ или.СОМ.

В последнее время получили распространение визуальный методы программирования (с помощью языков описания сценариев), ориентированные на создание Windows-приложений. Этот процесс автоматизирован в средах быстрого проектирования. При этом используются готовые визуальные компоненты, которые настраиваются с помощью специальных редакторов.

Наиболее популярные редакторы (системы программирования программ с использованием визуальных средств) визуального проектирования:

1) Borland Delphi - предназначен для решения практически любых задачи прикладного программирования.

2) Borland C++ Builder - это отличное средство для разработки DOS и Windows приложений.

3) Microsoft Visual Basic - это популярный инструмент для создания Windows-программ.

4) Microsoft Visual C++ - это средство позволяет разрабатывать любые приложения, выполняющиеся в среде ОС типа Microsoft Windows

Таким образом, сущность инструментального программного обеспечения заключается в создании любой исполняемой программы, путем преобразования формально логических выражений в исполняемый машинный код, а также его контроль и корректировка.

2.2 Задачи и функции инструментального программного обеспечения

Для инструментального программного обеспечения, как особой разновидности программного обеспечения, характерны общие и частные

функции, как и для всего программного обеспечении в целом. Общие функции рассмотрены нами выше, а специализированными функциями, присущими только данному типу программ, являются:

1. Создание текста разрабатываемой программы с использованием специально установленных кодовых слов (языка программирования), а также определенного набора символов и их расположения в созданном файле - синтаксис программы.

2. Перевод текста создаваемой программы в машинно-ориентированный код, доступный для распознавания ЭВМ. В случае значительного объема создаваемой программы, она разбивается на отдельные модули и каждый из модулей переводится отдельно.

3. Соединение отдельных модулей в единый исполняемый код, с соблюдением необходимой структуры, обеспечение координации взаимодействия отдельных частей между собой.

4. Тестирование и контроль созданной программы, выявление и устранение формальных, логических и синтаксических ошибок, проверка программ на наличие запрещенных кодов, а также оценка работоспособности и потенциала созданной программы.

2.3 Виды инструментального программного обеспечения

Исходя из задач, поставленных перед инструментальным программным обеспечением, можно выделить большое количество различных по назначению видов инструментального программного обеспечения:

1) Текстовые редакторы

2) Интегрированные среды разработки

4) Компиляторы

5) Интерпретаторы

6) Линковщики

7) Парсеры и генераторы парсеров (см. Javacc)

8) Ассемблеры

9) Отладчики

10) Профилировщики

11) Генераторы документации

12) Средства анализа покрытия кода

13) Средства непрерывной интеграции

14) Средства автоматизированного тестирования

15) Системы управления версиями и др.

Следует отметить, что оболочки для создания прикладных программ создаются также инструментальными программами и поэтому могут быть отнесены к прикладным программам. Рассмотрим кратко назначения некоторых инструментальных программ.

Текстовые редакторы.

Текстовый редактор - компьютерная программа, предназначенная для обработки текстовых файлов, такой как создание и внесение изменений.

Типы текстовых редакторов .

Условно выделяют два типа редакторов: потоковые текстовые редакторы и интерактивные.

Потоковые текстовые редакторы представляют собой компьютерные программы, которые предназначены для автоматизированной обработки входных текстовых данных, полученных из текстового файла, в соответствии с заранее заданными пользователями правилами. Чаще всего правила представляют собой регулярные выражения, на специфичном для данного конкретного текстового редактора диалекте. Примером такого текстового редактора может служить редактор Sed.

Интерактивные текстовые редакторы - это семейство компьютерных программ предназначенных для внесения изменений в текстовый файл в интерактивном режиме. Такие программы позволяют отображать текущее состояние текстовых данных в файле и производить над ними различные действия.

Часто интерактивные текстовые редакторы содержат значительную дополнительную функциональность, призванную автоматизировать часть действий по редактированию, или внести изменение в отображение текстовых данных, в зависимости от их семантики. Примером функциональности последнего рода может служить подсветка синтаксиса.

Текстовые редакторы предназначены для создания и редактирования текстовых документов. Наиболее распространенными являются MS WORD, Лексикон. Основными функциями текстовых редакторов являются:

1) работа с фрагментами документа,

2) вставка объектов созданных в других программах

3) разбивка текста документа на страницы

4) ввод и редактирование таблиц

5) ввод и редактирование формул

6) форматирование абзаца

7) автоматическое создание списков

8) автоматическое создание оглавления.

Известны десятки текстовых редакторов. Наиболее доступными являются NOTEPAD(блокнот), WORDPAD, WORD. Работа конкретного редактора текста определяется обычно функциями, назначение которых отражено в пунктах меню и в справочной системе.

Интегрированная среда разработки

Интегрированная среда разработки, ИСР- система программных средств, используемая программистами для разработки программного обеспечения (ПО). Обычно среда разработки включает в себя:

1) текстовый редактор

2) компилятор и/или интерпретатор

3) средства автоматизации сборки

4) отладчик.

Иногда содержит также средства для интеграции с системами управления версиями и разнообразные инструменты для упрощения конструирования графического интерфейса пользователя. Многие современные среды разработки также включают браузер классов, инспектор объектов и диаграмму иерархии классов - для использования при объектно-ориентированной разработке ПО. Хотя, и существуют среды разработки, предназначенные для нескольких языков программирования - такие, как Eclipse, NetBeans, Embarcadero RAD Studio, Qt Creator или Microsoft Visual Studio, обычно среда разработки предназначается для одного определённого языка программирования - как, например, Visual Basic, Delphi, Dev-C++.

Частный случай ИСР - среды визуальной разработки, которые включают в себя возможность визуального редактирования интерфейса программы.

SDK .

SDK (от англ. SoftwareDevelopmentKit) или «devkit» - комплект средств разработки, который позволяет специалистам по программному обеспечению создавать приложения для определённого пакета программ, программного обеспечения базовых средств разработки, аппаратной платформы, компьютерной системы, видеоигровых консолей, операционных систем и прочих платформ.

Программист, как правило, получает SDK непосредственно от разработчика целевой технологии или системы. Часто SDK распространяется через Интернет. Многие SDK распространяются бесплатно для того, чтобы поощрить разработчиков использовать данную технологию или платформу.

Поставщики SDK иногда подменяют термин Software в словосочетании Software Development Kit на более точное слово. Например, «Microsoft» и «Apple» предоставляют Driver Development Kits (DDK) для разработки драйверов устройств, а «PalmSource» называет свой инструментарий для разработки «PalmOS Development Kit (PDK)».

Примеры SDK :

5) Java Development Kit

6) Opera Devices SDK

Компиляторы.

Компилятор -

1) Программа или техническое средство, выполняющее компиляцию.

2) Машинная программа, используемая для компиляции.

3) Транслятор, выполняющий преобразование программы, составленной на исходном языке, в объектный модуль.

4) Программа, переводящая текст программы на языке высокого уровня в эквивалентную программу на машинном языке.

5) Программа, предназначенная для трансляции высокоуровневого языка в абсолютный код или, иногда, в язык ассемблера. Входной информацией для компилятора (исходный код) является описание алгоритма или программа на проблемно-ориентированном языке, а на выходе компилятора - эквивалентное описание алгоритма на машинно-ориентированном языке (объектный код).

Компиляция -

1) Трансляция программы на язык, близкий к машинному.

2) Трансляция программы, составленной на исходном языке, в объектный модуль. Осуществляется компилятором.

Компилировать - проводить трансляцию машинной программы с проблемно-ориентированного языка на машинно-ориентированный язык.

Виды компиляторов :

1) Векторизующий. Транслирует исходный код в машинный код компьютеров, оснащённых векторным процессором.

2) Гибкий. Составлен по модульному принципу, управляется таблицами и запрограммирован на языке высокого уровня или реализован с помощью компилятора компиляторов.

3) Диалоговый.

4) Инкрементальный. Повторно транслирует фрагменты программы и дополнения к ней без перекомпиляции всей программы.

5) Интерпретирующий (пошаговый). Последовательно выполняет независимую компиляцию каждого отдельного оператора (команды) исходной программы.

6) Компилятор компиляторов. Транслятор, воспринимающий формальное описание языка программирования и генерирующий компилятор для этого языка.

7) Отладочный. Устраняет отдельные виды синтаксических ошибок.

8) Резидентный. Постоянно находится в основной памяти и доступен для повторного использования многими задачами.

9) Самокомпилируемый. Написан на том же языке, с которого осуществляется трансляция.

10) Универсальный. Основан на формальном описании синтаксиса и семантики входного языка. Составными частями такого компилятора являются: ядро, синтаксический и семантический загрузчики.

Виды компиляции :

1) Пакетная. Компиляция нескольких исходных модулей в одном пункте задания.

2) Построчная.

3) Условная. Компиляция, при которой транслируемый текст зависит от условий, заданных в исходной программе. Так, в зависимости от значения некоторой константы, можно включать или выключать трансляцию части текста программы.

Структура компилятора .

Процесс компиляции состоит из следующих этапов:

1) Лексический анализ. На этом этапе последовательность символов исходного файла преобразуется в последовательность лексем.

2) Синтаксический (грамматический) анализ. Последовательность лексем преобразуется в дерево разбора.

3) Семантический анализ. Дерево разбора обрабатывается с целью установления его семантики (смысла) - например, привязка идентификаторов к их декларациям, типам, проверка совместимости, определение типов выражений и т. д. Результат обычно называется «промежуточным представлением/кодом», и может быть дополненным деревом разбора, новым деревом, абстрактным набором команд или чем-то ещё, удобным для дальнейшей обработки.

4) Оптимизация. Выполняется удаление излишних конструкций и упрощение кода с сохранением его смысла. Оптимизация может быть на разных уровнях и этапах - например, над промежуточным кодом или над конечным машинным кодом.

5) Генерация кода. Из промежуточного представления порождается код на целевом языке.

В конкретных реализациях компиляторов эти этапы могут быть разделены или совмещены в том или ином виде.

Трансляция и компоновка .

Важной исторической особенностью компилятора, отражённой в его названии (англ. compile - собирать вместе, составлять), являлось то, что он мог производить и компоновку (то есть содержал две части - транслятор и компоновщик). Это связано с тем, что раздельная компиляция и компоновка как отдельная стадия сборки выделились значительно позже появления компиляторов. В связи с этим, вместо термина «компилятор» иногда используют термин «транслятор» как его синоним: либо в старой литературе, либо когда хотят подчеркнуть его способность переводить программу в машинный код (и наоборот, используют термин «компилятор» для подчёркивания способности собирать из многих файлов один).

Интерпретаторы.

Интерпретатор (языка программирования) -

1) Программа или техническое средство, выполняющее интерпретацию.

2) Вид транслятора, осуществляющего пооператорную (покомандную) обработку и выполнение исходной программы или запроса (в отличие от компилятора, транслирующего всю программу без её выполнения).

3) Программа (иногда аппаратное средство), анализирующая команды или операторы программы и тут же выполняющая их.

4) Языковый процессор, который построчно анализирует исходную программу и одновременно выполняет предписанные действия, а не формирует на машинном языке скомпилированную программу, которая выполняется впоследствии.

Типы интерпретаторов .

Простой интерпретатор анализирует и тут же выполняет (собственно интерпретация) программу покомандно (или построчно), по мере поступления её исходного кода на вход интерпретатора. Достоинством такого подхода является мгновенная реакция. Недостаток - такой интерпретатор обнаруживает ошибки в тексте программы только при попытке выполнения команды (или строки) с ошибкой.

Интерпретатор компилирующего типа - это система из компилятора, переводящего исходный код программы в промежуточное представление, например, в байт-код или p-код, и собственно интерпретатора, который выполняет полученный промежуточный код (так называемая виртуальная машина). Достоинством таких систем является большее быстродействие выполнения программ (за счёт выноса анализа исходного кода в отдельный, разовый проход, и минимизации этого анализа в интерпретаторе). Недостатки - большее требование к ресурсам и требование на корректность исходного кода. Применяется в таких языках, как Java, PHP, Python, Perl (используется байт-код), REXX (сохраняется результат парсинга исходного кода), а также в различных СУБД (используется p-код).

В случае разделения интерпретатора компилирующего типа на компоненты получаются компилятор языка и простой интерпретатор с минимизированным анализом исходного кода. Причём исходный код для такого интерпретатора не обязательно должен иметь текстовый формат или быть байт-кодом, который понимает только данный интерпретатор, это может быть машинный код какой-то существующей аппаратной платформы. К примеру, виртуальные машины вроде QEMU, Bochs, VMware включают в себя интерпретаторы машинного кода процессоров семейства x86.

Некоторые интерпретаторы (например, для языков Лисп, Scheme, Python, Бейсик и других) могут работать в режиме диалога или так называемого цикла чтения-вычисления-печати (англ. read-eval-printloop, REPL). В таком режиме интерпретатор считывает законченную конструкцию языка (например, s-expression в языке Лисп), выполняет её, печатает результаты, после чего переходит к ожиданию ввода пользователем следующей конструкции.

Уникальным является язык Forth, который способен работать как в режиме интерпретации, так и компиляции входных данных, позволяя переключаться между этими режимами в произвольный момент, как во время трансляции исходного кода, так и во время работы программ.

Следует также отметить, что режимы интерпретации можно найти не только в программном, но и аппаратном обеспечении. Так, многие микропроцессоры интерпретируют машинный код с помощью встроенных микропрограмм, а процессоры семейства x86, начиная с Pentium (например, на архитектуре Intel P6), во время исполнения машинного кода предварительно транслируют его во внутренний формат (в последовательность микроопераций).

Алгоритм работы простого интерпретатора :

2. проанализировать инструкцию и определить соответствующие действия;

3. выполнить соответствующие действия;

4. если не достигнуто условие завершения программы, прочитать следующую инструкцию и перейти к пункту 2.

Достоинства и недостатки интерпретаторов .

1) Большая переносимость интерпретируемых программ - программа будет работать на любой платформе, на которой есть соответствующий интерпретатор.

2) Как правило, более совершенные и наглядные средства диагностики ошибок в исходных кодах.

3) Упрощение отладки исходных кодов программ.

4) Меньшие размеры кода по сравнению с машинным кодом, полученным после обычных компиляторов.

1) Интерпретируемая программа не может выполняться отдельно без программы-интерпретатора. Сам интерпретатор при этом может быть очень компактным.

2) Интерпретируемая программа выполняется медленнее, поскольку промежуточный анализ исходного кода и планирование его выполнения требуют дополнительного времени в сравнении с непосредственным исполнением машинного кода, в который мог бы быть скомпилирован исходный код.

3) Практически отсутствует оптимизация кода, что приводит к дополнительным потерям в скорости работы интерпретируемых программ.

Компоновщик .

Компоновщик (также редактор связей, линкер) - программа, которая производит компоновку - принимает на вход один или несколько объектных модулей и собирает по ним исполнимый модуль.

Для связывания модулей компоновщик использует таблицы имён, созданные компилятором в каждом из объектных модулей. Такие имена могут быть двух типов:

1) Определённые или экспортируемые имена - функции и переменные, определённые в данном модуле и предоставляемые для использования другим модулям.

2) Неопределённые или импортируемые имена - функции и переменные, на которые ссылается модуль, но не определяет их внутри себя.

Работа компоновщика заключается в том, чтобы в каждом модуле разрешить ссылки на неопределённые имена. Для каждого импортируемого имени находится его определение в других модулях, упоминание имени заменяется на его адрес.

Компоновщик обычно не выполняет проверку типов и количества параметров процедур и функций. Если надо объединить объектные модули программ, написанные на языках со строгой типизацией, то необходимые проверки должны быть выполнены дополнительной утилитой перед запуском редактора связей.

Ассемблер.

Ассемблер (от англ. assembler - сборщик) - компьютерная программа, компилятор исходного текста программы, написанной на языке ассемблера, в программу на машинном языке.

Как и сам язык (ассемблера), ассемблеры, как правило, специфичны конкретной архитектуре, операционной системе и варианту синтаксиса языка. Вместе с тем существуют мультиплатформенные или вовсе универсальные (точнее, ограниченно-универсальные, потому что на языке низкого уровня нельзя написать аппаратно-независимые программы) ассемблеры, которые могут работать на разных платформах и операционных системах. Среди последних можно также выделить группу кросс-ассемблеров, способных собирать машинный код и исполняемые модули (файлы) для других архитектур и ОС.

Ассемблирование может быть не первым и не последним этапом на пути получения исполняемого модуля программы. Так, многие компиляторы с языков программирования высокого уровня выдают результат в виде программы на языке ассемблера, которую в дальнейшем обрабатывает ассемблер. Также результатом ассемблирования может быть не исполняемый, а объектный модуль, содержащий разрозненные и непривязанные друг к другу части машинного кода и данных программы, из которого (или из нескольких объектных модулей) в дальнейшем с помощью программы-компоновщика («линкера») может быть скомпонован исполнимый файл.

Отладчик или дебаггер является модулем среды разработки или отдельным приложением, предназначенным для поиска ошибок в программе. Отладчик позволяет выполнять пошаговую трассировку, отслеживать, устанавливать или изменять значения переменных в процессе выполнения программы, устанавливать и удалять контрольные точки или условия остановки и т. д.

Список отладчиков .

1) AQtime - коммерческий отладчик для приложений, созданных для.NET Framework версии 1.0, 1.1, 2.0, 3.0, 3.5 (включая ASP.NET приложения), а также для Windows 32- и 64-битных приложений.

2) DTrace - фреймворк динамической трассировки для Solaris, OpenSolaris, FreeBSD, Mac OS X и QNX.

3) Electric Fence - отладчик памяти.

4) GNU Debugger (GDB) - отладчик программ от проекта GNU.

5) IDA - мощный дизассемблер и низкоуровневый отладчик для операционных систем семейства Windows и Linux.

6) Microsoft Visual Studio - среда разработки программного обеспечения, включающая средства отладки от корпорации Microsoft.

7) OllyDbg - бесплатный низкоуровневый отладчик для операционных систем семейства Windows.

8) SoftICE - низкоуровневый отладчик для операционных систем семейства Windows.

9) Sun Studio - среда разработки программного обеспечения, включающая отладчик dbx для ОС Solaris и Linux, от корпорации Sun Microsystems.

10) Dr. Watson - стандартный отладчик Windows, позволяет создавать дампы памяти.

11) TotalView - один из коммерческих отладчиков для UNIX.

12) WinDbg - бесплатный отладчик от корпорации Microsoft.

Генератор документации - программа или пакет программ, позволяющая получать документацию, предназначенную для программистов (документация на API) и/или для конечных пользователей системы, по особым образом комментированному исходному коду и, в некоторых случаях, по исполняемым модулям (полученным на выходе компилятора).

Обычно генератор анализирует исходный код программы, выделяя синтаксические конструкции, соответствующие значимым объектам программы (типам, классам и их членам/свойствам/методам, процедурам/функциям и т. п.). В ходе анализа также используется мета-информация об объектах программы, представленная в виде документирующих комментариев. На основе всей собранной информации формируется готовая документация, как правило, в одном из общепринятых форматов - HTML, HTMLHelp, PDF, RTF и других.

Документирующие комментарии .

Документирующий комментарий - это особым образом оформленный комментарий к объекту программы, предназначенный для использования каким-либо конкретным генератором документации. От того, какой генератор документации применяется, зависит синтаксис конструкций, используемых в документирующих комментариях.

В документирующих комментариях может содержаться информация об авторе кода, описываться назначение объекта программы, смысл входных и выходных параметров - для функции/процедуры, примеры использования, возможные исключительные ситуации, особенности реализации.

Документирующие комментарии, как правило, оформляются как многострочные комментарии в стиле языка Си. В каждом случае комментарий должен находиться перед документируемым элементом. Первым символом в комментарии (и вначале строк комментария) должен быть *. Блоки разделяются пустыми строками.

3. Visual Basic for Applications

программный обеспечение операционный системный

3.1 Сущность VisualBasic и его краткая история

Microsoft Visual Basic (VB) - средство разработки программного обеспечения, разрабатываемое корпорацией Microsoft и включающее язык программирования и среду разработки. Язык Visual Basic унаследовал дух, стиль и отчасти синтаксис своего предка - языка Бейсик, у которого есть немало диалектов. В то же время Visual Basic сочетает в себе процедуры и элементы объектно-ориентированных и компонентно-ориентированных языков программирования. Среда разработки VB включает инструменты для визуального конструирования пользовательского интерфейса. (см. табл.).

Visual Basic (основные характеристики)

Visual Basic считается хорошим средством быстрой разработки прототипов программы, для разработки приложений баз данных и вообще для компонентного способа создания программ, работающих под управлением операционных систем семейства Microsoft Windows.

В процессе эволюции Visual Basic прошел ряд последовательных этапов, позволивших ему стать одним из самых популярных языков программирования на сегодняшний день. Итак, эволюция VisualBasic шла следующим путем:

1. май1991 - выпущен Visual Basic 1.0 дляMicrosoft Windows. За основу языка был взят синтаксис QBasic, а новшеством, принесшим затем языку огромную популярность, явился принцип связи языка и графического интерфейса.

2. сентябрь 1992 - выпущен Visual Basic 1.0 под DOS. Он не был полностью совместим с Windows-версией VB, поскольку являлся следующей версией QuickBASIC и работал в текстовом режиме экрана.

3. ноябрь 1992 - выпущен Visual Basic 2.0. Среда разработки стала проще в использовании и работала быстрее.

4. летом 1993 - вышел в свет Visual Basic 3.0 в версиях Standard и Professional. Ко всему прочему, в состав поставки добавился движок для работы с базами данных Access.

5. август 1995 - Visual Basic 4.0 - версия, которая могла создавать как 32-х, так и 16-разрядные Windows-программы.

6. февраль 1997 - Visual Basic 5.0 - начиная с этой версии, стало возможно, наряду с обычными приложениями, разрабатывать COM-компоненты.

7. В середине 1998 - вышла Visual Basic 6.0. После этого Microsoft резко изменила политику в отношении языков семейства Basic. Вместо развития Visual Basic, был создан абсолютно новый язык Visual Basic .NET.

8. В 2005 году вышла новая версия Visual Basic, в комплекте Visual Studio. Порадовала она новым интерфейсом и возможностями. Язык основан на Visual Basic.NET.

9. В конце 2007 Microsoft выпустила новую версию Visual Basic - Visual Basic 2008, которая также была основана на Visual Basic.NET.

Исходя из функциональных возможностей и специфики применения, можно выделить следующие разновидности указанной программы:

1. Классический Visual Basic (версии 5-6) Этот язык очень сильно привязан к своей среде разработки и к операционной системе Windows, являясь исключительно инструментом написания Windows-приложений

2. VisualBasicforApplications (VBA) Это средство программирования, практически ничем не отличающееся от классического Visual Basic, которое предназначено для написания макросов и других прикладных программ для конкретных приложений. Наибольшую популярность получил благодаря своему использованию в пакете Microsoft Office. Широкое распространение Visual Basic for Applications в сочетании с изначально недостаточным вниманием к вопросам безопасности привело к широкому распространению макровирусов.

3. VisualBasicScriptingEdition (VBScript) Скриптовый язык, являющийся несколько усечённой версией обычного Visual Basic. Используется в основном для автоматизации администрирования систем Windows, а также для создания страниц ASP и сценариев для Internet Explorer.

3.2 VisualBasicforApplication интерфейс, основные функции и возможности

Создавая VisualBasicforApplication, корпорация Microsoft ставила своей основной задачей создание инструментального обеспечения, доступного для пользователей, не являющихся профессиональными программистами, но в то же время достаточно квалифицированных для разработки и проектирования прикладных программ и приложений на базе MicrosoftOffice. Именно решая указанную задачу, разработчики создали VBA, наделив его рядом уникальных особенностей. Одной из таких, наиболее ценных для пользователя является возможность создавать и использовать в программах нестандартные (настраиваемые) диалоговые окна, добавляя объект UserForm в проект, а так же удобный пользовательский интерфейс.

Интерфейс программы VisualBasicforApplicationсостоит из комплекса различных окон и вкладок, используемых при проектировании создаваемого приложения, основными из которых являются:

1) окно Проекта (рис.2), отображающее структуру создаваемого проекта.

2) окно Программного кода (рис. 3), отображающее программный код создаваемого проекта и дающее возможность писать программу классическим способом при помощи встроенного редактора кодовых слов, которых в VBA более 16 тысяч. Также данное окно позволяет редактировать код и проверять его на наличие ошибок.

3) закладка Свойств (рис. 4), отображающая установленные к указанному объекту параметры и дающая возможность изменить указанные настройки.

Перемещаясь между окнами и закладками, пользователь может легко настраивать созданный проект.

Используя создаваемые пользователем формы VBA, можно создавать нестандартные диалоговые окна для отображения данных или получения значений от пользователя программы в том виде, который наиболее соответствует потребностям программы. Например, можно создать тест, отобразить диалоговое окно для отображения вопросов с вариантами ответов и предоставить пользователю возможность выбрать один из вариантов ответа, который он считает верным.

Нестандартные диалоговые окна позволяют программе взаимодействовать с её пользователем самым сложным образом и обеспечивают разнообразную форму ввода и вывода данных.

Нестандартное диалоговое окно создаётся в VBA посредством добавления объекта UserForm в проект. Этот объект представляет собой пустое диалоговое окно; оно имеет строку заголовка и кнопку закрытия, но в нём отсутствуют какие-либо другие элементы управления. Нестандартное диалоговое окно создаётся путем добавления элементов управления в объект UserForm и обычно называемый просто формой (Рис. 5).

Каждый объект UserForm имеет свойства, методы и события, наследуемые им от класса объектов UserForm.

Каждый объект UserForm также содержит модуль класса, в который пользователь добавляет собственные методы и свойства или вписывает процедуры обработки событий для данной формы.

Возможность создавать создать собственный интерфейс, независимый от среды программы-приложения, например Excel, при помощи экранных форм является одной из наиболее ценных возможностей в VBA.

Экранные формы - это окна различного назначения и вида, созданные пользователем для своего приложения. Они содержат элементы управления, позволяющие пользователю обмениваться информацией с приложением.

VBA использует созданный графический дизайн формы - с настройками свойств формы и элементов управления - для получения всей информации, необходимой для отображения диалогового окна: размеров диалогового окна, элементов управления в нём и т.п. В результате VBA позволяет отобразить форму диалогового окна с помощью единственной инструкции.

Для отображения нестандартного диалогового окна используется метод Show объекта UserForm. Если в настоящий момент форма не загружена в память, метод Show загружает форму и отображает её. Если форма уже загружена, метод Show просто отображает её.

Отображения одного диалогового окна для выполнения задачи обычно недостаточно. Почти всегда требуется определить состояние элементов управления диалогового окна с целью выяснить, какие данные или опции выбрал пользователь. Например, если диалоговое окно используется для получения от пользователя информации о том, по каким столбцам и строкам должно выполняться упорядочение рабочего листа, необходимо иметь возможность выяснить, какие значения пользователь ввел после закрытия диалогового окна и до действительного начала операции упорядочивания.

В других случаях может потребоваться динамическое изменение заголовков кнопок (или других элементов управления) диалогового окна, динамическое обновление надписи или поля, связанного со счетчиком, или динамическое подтверждение введенных в диалоговое окно данных.

В VBAпоявляется возможность значительно расширить набор функций встроенных в стандартное приложение, например MicrosoftExcel, а также создавать функции, значения которых зависят от некоторых условий и событий.

VBA позволяет программировать табличные функции. Чтобы создать отдельный рабочий лист для программного модуля, предусмотрена закладка Insert Module из меню Visual, команда Module из меню Insert Macro. После этого появится новый рабочий лист "Modele1". В программном модуле нужно описать функцию на языке VBA. В окне программного модуля можно работать, как в окне небольшого текстового редактора.

Встраивание функций осуществляется командой Object Browser из меню View. Функции, определенные пользователем, рассматриваются в программе как самостоятельные объекты. VBA обладает значительным набором встроенных функций, разделяя их на типы.

Visual Basic позволяет резервировать переменные, с указанием размера и без него, работать с различными типами данных, использовать константы, работать с математическими операторами и функциями, использовать дополнительные операторы. Предусмотрено использование операторов циклов For Next, Do, объектов типа “таймер” (невидимый секундомер в программе). Точность установления времени в программе составляет 1 миллисекунду, или 1/1000 сек. Запущенный таймер постоянно работает - т.е. выполняется соответствующая процедура обработки прерывания через заданный интервал времени - до тех пор, пока пользователь не остановит таймер или не отключит программу.

В VBA можно задать любое свойство для формы, включая заголовок, размер, тип рамки, цвет фона и символов, шрифт текста и фоновый рисунок.

Если обобщить все функции программы, то Visual Basic forApplication позволяет:

1) работать со средствами управления

Достоинства :

1. Высокая скорость создания приложений с графическим интерфейсом для MS Windows.

2. Простой синтаксис, позволяющий очень быстро освоить язык.

3. Возможность компиляции как в машинный код, так и в P-код (по выбору программиста). В режиме отладки программа всегда (вне зависимости от выбора) компилируется в P-код, что позволяет приостанавливать выполнение программы, вносить значительные изменения в исходный код, а затем продолжать выполнение: полная перекомпиляция и перезапуск программы при этом не требуется.

4. Защита от ошибок, связанных с применением указателей и доступом к памяти. Этот аспект делает Visual Basic приложения более стабильными, но также является объектом критики.

5. Возможность использования большинства WinAPI функций для расширения функциональных возможностей приложения. Данный вопрос наиболее полно исследован Дэном Эпплманом, написавшим книгу «Visual Basic Programmer"s Guide to the Win32 API».

Критика :

1. Часто критике подвергаются такие аспекты Visual Basic, как возможность отключить средства слежения за объявленными переменными, возможность неявного преобразования переменных, наличие типа данных «Variant». По мнению критиков, это даёт возможность писать крайне плохой код. С другой стороны, это можно рассматривать как плюс, так как VB не навязывает «хороший стиль», а даёт больше свободы программисту.

2. Отсутствие указателей, низкоуровневого доступа к памяти, ASM-вставок. Несмотря на то, что парадигма Visual Basic позволяет среднему VB-программисту обходиться без всего этого, перечисленные вещи также нередко становятся объектами критики. И хотя, используя недокументированные возможности и определённые ухищрения, всё это можно реализовать и на VB (например, с помощью функций для получения указателей VarPtr(), StrPtr() и ObjPtr()); пользоваться этими трюками гораздо сложнее, чем, например, на Си++.

Однако стоит отметить, что все недостатки языка вытекают из его основного достоинства - простоты разработки графического интерфейса. Поэтому многие программисты используют Visual Basic для разработки интерфейса пользователя, а функциональность программы реализуют в виде динамически подключаемых библиотек (DLL), написанных на другом языке (чаще всего C++).

4. Практическая часть

4.1 Постановка задачи

Составить блок-схему и написать программу на языке Pascal. Рассчитать внутреннюю стоимость ценных бумаг. Внутренняя стоимость актива определяется будущим потоком доходов от этого актива

pv – текущая внутренняя стоимость акции

c – ожидаемое поступление от рассматриваемого актива

r – норма доходности, ожидаемая инвестором для дохода с соответствующим уровнем риска

n – фактор времени (в месяцах).

Выполнить анализ рынка и упорядочить результат по возрастанию полученных данных.

4.2 Текст программы на языке Pascal

pv: array of real;

writeLn (‘Введите ожидаемое поступление от ‘,i,’-го актива c:’);

writeLn (‘Введите норму доходности, ожидаемую инвестором r:’);

pv:=c/exp(ln(1+r)*i);

writeLn (‘текущая внутренняя стоимость актива равна’, pv[i]:1:3);

writeLn (‘Внутренняя стоимость актива равна’, s);

for j:=1 to 4 do

if pv[j] > pv then

writeLn (‘Стоимость активов, отсортированная по возрастанию’);

for i:=1 to 5 do

writeLn (pv[i]:1:3);

4.3 Контрольный пример

4.4Результат выполнения программы на контрольном примере

Заключение

Итак, подытожив все вышесказанное, следует отметить, что инструментальное программное обеспечение является одним из видов программного обеспечения, обладая его общими задачами и функциями.

Однако, являясь узкоспециализированным видом программного обеспечения, обладает определенным набором уникальных свойств и функций, обеспечивающих решение свойственных ему задач.

Необходимо отметить наметившуюся тенденцию к упрощению процесса программирования и создания определенного подкласса – полупрофессиональное программирование для прикладных целей.

Именно это позволит опытному пользователю компьютера, но не профессиональному программисту, создавать некие приложения и небольшие исполняемые в среде MicrosoftOffice файлы, используемые в первую очередь для целей учета и обеспечения документооборота в небольших компаниях.

Именно с этой целью Microsoft был разработан программный комплекс VisualBasicforApplication, позволяющий облегчить процесс программирования и давший возможность заниматься прикладным программированием пользователям, а не программистам. Данная возможность была реализована в первую очередь путем создания раздела программы – «Редактор сценариев» и возможности записывать и исполнять «Макросы», как отдельную разновидность графически программируемых модулей. Реализована возможность создания приложений с графическим интерфейсом для MS Windows. Также достоинством данного вида инструментального программного обеспечения является простой синтаксис, позволяющий очень быстро освоить язык, и применять его для программирования во всех стандартных приложениях MicrosoftOffice.

Поэтому трудно переоценить значение инструментального обеспечения в целом, и VisualBasicforApplication в частности, хотя недостатки, а о них было сказано выше, также имеют место. Но это скорее даже не негативные стороны продукта, а ориентиры для дальнейшего совершенствования инструментального обеспечения в лице VisualBasicforApplication.

1. Алгоритмические языки реального времени /Под ред. Янга С./ 2004 г.

2. Журнал PC Magazine Russian Edition №2 2008г. Компьютер сегодня.

3. Информатика. /Под ред. Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К/ – М.: ACADEMIA, 2000.

4. Информатика и информационные технологии: Учебник /Под ред. Романова Д.Ю./ ООО «издательство «Эксмо», 2007.

5. Новейшая энциклопедия персонального компьютера /Под ред. Леонтьева В. /Москва, 1999 год. – 271 с.

6. Новые языки программирования и тенденции их развития /Под ред. Ушковой В./ 2001 г.

7. Педагогика /Под ред. Пидкасистого П.И./ – М.: Педагогическое общество Россия, 2000.

8. Программирование для Microsoft Excel 2000 за 21 день. /Под ред. Хариса М./ – М.: Вильямс, 2000.

9. Симонович С. Информатика: базовый курс. Учеб. для ВУЗов. СПб, Питер, 2002 г.

10. С Excel 2000 без проблем. /Под ред. Ковальски/ – М.: Бином, 2000.

11. «Эффективная работа в Windows 98» /Под ред. Стинсона К./ 2000 год. – 247 с.

12. Языки программирования. кн.5 /Под ред. Ваулина А.С./ 2003 г.

13. Языки программирования: разработка и реализация /Под ред. Терренса П./ 2001 г.

14. Электронный учебник по информатике. Алексеев Е.Г. http://www.stf.mrsu.ru/economic/lib/Informatics/text/Progr.html\

Разработка программного обеспечения осуществляется с использованием различных инструментальных средств, обеспечивающих:

оригинальное программирование;

использование пакетов прикладных программ – типовые программы, реализующие функции обработки данных;

автоматизацию основных этапов разработки программ.

Наиболее традиционными средствами разработки являются языки и системы программирования. Языки программирования принято делить на машинные и алгоритмические языки.

Машинные языки содержат машинные команды, соответствующие простейшим операциям обработки. Машинные команды привязаны к определенному классу компьютеров и/или операционных систем.

Алгоритмические языки программирования описывают алгоритм задачи, обеспечивают наглядность алгоритма и удобство сопровождения программы. Алгоритмические языки делятся на машинно-ориентированные, процедурно-ориентированные и проблемно-ориентированные языки.

Машинно -ориентированные языки программирования являются языками низкого уровня, поскольку они учитывают архитектуру и тип компьютеров. Программирование на таких языках трудоемко, но программы оптимальны с точки зрения потребных ресурсов компьютера. Примеры машинно-ориентированных языков программирования - различные ассемблеры 1 (Macro Assembler, Turbo Assembler и др.) определенного класса компьютеров.

Процедурно -ориентированные языки программирования, такие как Visual Basic, Pascal, C++, Ada, Cobol, PL1 и др. позволяют описать набор процедур обработки, реализуют типовые вычислительные структуры:

1. Последовательности блоков (инструкций): 1, 2, 3, 4 и т.д.

Все блоки (инструкции) выполняются в строгой последовательности (Рис.5 А)

2. Условный переход (Рис.5 Б) – проверка заданного условия (2) и выбор альтернативного действия: если условие истинно – 3, иначе - 4. После этого управление передается блоку 5.

3. Альтернативный выбор (Рис.5 В) – проверка условия (2), если условие истинно – выполнение действия 3, иначе проверка условия (4); если условие истинно – выполнение действия 5 и т.д. Если не выполнилось ни одного условия или выполнились действия (3 или 5 и т.п.), управление передается блоку 6.

А Б В

Рисунок 5

4. Циклический процесс – цикл «пока» (Рис. 6А). Цикл повторяется, пока истинно условие (2) – блок 3. Если условие (2) ложно, передача управления блоку 4.

5. Циклический процесс – цикл «до» (Рис. 6Б). Цикл выполняется как минимум один раз – блок 2. После проверки условия (3), если оно истинно, выполняется блок (2), иначе управление передается блоку 4.

Рисунок 6

Языки программирования объектного типа используют в программном коде класса объектов или процедурах обработки событий также элементы структурного программирования.

Проблемно -ориентированные языки программирования - реляционные языки запросов высокого уровня, генераторы отчетов и т.д. позволяют идентифицировать проблему, входную и выходную информацию, не указывая конкретных процедур обработки.

Пакеты прикладных программ (ППП) делятся на классы:

Проблемно-ориентированные ППП – обеспечивают решение задач определенной предметной области;

Методо-ориентированные ППП – поддерживают определенного вида модели и методы решения задач, применяются независимо от предметной области;

ППП общего назначения – обеспечивают поддержку информационных технологий (текстовые работы, графические работы, стандартные вычисления и т.п.).

Инструментальное программное обеспечение (Software tools) - программное обеспечение, используемое в ходе разработки, корректировки или развития других программ: редакторы, компиляторы, отладчики, вспомогательные системные программы, графические пакеты и др.

Сюда входят языки программирования, интегрированные среды разработки программ, CASE-системы и др.

Выбор языка программирования

Существующие на сегодняшний день языки программирования можно выделить в следующие группы :

• универсальные языки высокого уровня;
• специализированные языки разработчика программного обеспечения;
• специализированные языки пользователя;
• языки низкого уровня.

В группе универсальных языков высокого уровня безусловным лидером на сегодня является язык С++. Действительно, он имеет ряд достоинств:

• масштабируемость. На языке С++ разрабатывают программы для самых различных платформ и систем;
• возможность работы на низком уровне с памятью, адресами, портами, что при неосторожном использовании может легко превратиться в недостаток;
• C++ имеет мощный препроцессор, унаследованный от С, но, как и любой другой мощный инструмент, требует осторожного использования;
• возможность создания обобщенных алгоритмов для разных типов данных, их специализация и вычисления на этапе компиляции, используя шаблоны.

При этом язык C++ обладает рядом существенных недостатков:

• подключение интерфейса внешнего модуля через препро-цессорную вставку заголовочного файла (#include) серьезно замедляет компиляцию при подключении большого количества модулей;
• недостаток информации о типах данных во время компиляции;
• сложность для изучения и компиляции;
• некоторые преобразования типов неинтуитивны. В частности, операция над беззнаковым и знаковым числами выдает беззнаковый результат.

Для C++ существует большое количество библиотек классов, поддерживающих создание пользовательского интерфейса, клиент-серверных приложений, работу с базами данных и т. д., поэтому пока альтернативы C++ нет . Для второстепенных проектов иногда используется Visual Basic. Язык Java рассматривался как альтернатива Basic, но из-за отсутствия визуального средства разработки форм он пока остается малопригодным. Современный Object Pascal, как и Pascal, предложенный Н. Виртом в середине 70-х годов XX в., остается наиболее привлекательным для обучения основам программирования в силу своей простоты, структурированности и обнаружения компилятором большого количества не только синтаксических, но и семантических ошибок.

В нынешнее время в отличие от 60-х годов XX в. языки программирования создаются крайне редко. За последние 15 лет можно отметить лишь две новинки, получившие широкое распространение - это Java (Sun Microsystems, 1995 г.), ставший популярным во многом благодаря технологии его использования в Интернете и появления такого понятия, как виртуальная Java-машина, и C# (Microsoft, 2000 г.), созданный на основе C++.

Создателем языка является сотрудник Microsoft Андреас Хейлсберг. Он стал известным в мире программистов задолго до того, как пришел в Microsoft. Хейлсберг входил в число ведущих разработчиков одной из самых популярных сред разработки - Delphi. В Microsoft он участвовал в создании версии Java - J++, так что опыта в написании языков и сред программирования ему не занимать. Как отмечал сам Андреас Хейлсберг, C# создавался как язык компонентного программирования, и в этом одно из главных достоинств языка, направленное на возможность повторного использования созданных компонентов.

Другие достоинства языка С#:

• сохраняет лучшие черты популярных языков программирования C/C++, на основе которых он создан. В связи с этим облегчается переход программистов от C++ к С#;
• является проще и надежнее C++. Простота и надежность главным образом связаны с тем, что на C# хотя и допускаются, но не поощряются такие опасные свойства C++, как указатели, адресация, разыменование, адресная арифметика;
• является полностью объектно-ориентированным языком, где даже типы, встроенные в язык, представлены классами;
• реализует возможности наследования и универсализации;
• учитывает все возможности Framework .Net, так как C# создавался параллельно с данной средой;
• благодаря каркасу Framework .Net, ставшему надстройкой над операционной системой, программисты C# получают те же преимущества работы с виртуальной машиной, что и программисты Java. Эффективность кода даже повышается, поскольку исполнительная среда CLR представляет собой компилятор промежуточного языка, в то время как виртуальная Java-машина является интерпретатором байт-кода;
• мощная библиотека каркаса поддерживает удобство построения различных типов приложений на С#, позволяя легко строить Web-службы, другие виды компонентов, достаточно просто сохранять и получать информацию из базы данных и других хранилищ данных;
• является источником надежного и эффективного кода.

Кроме вышеописанных языков к группе универсальных

принадлежат также Modula, Ada, COBOL, FORTRAN и некоторые другие. Каждый из вышеописанных языков имеет свои особенности и, соответственно, свою область применения. В настоящее время универсальные языки программирования применяются в самых различных областях человеческой деятельности, таких как:

• научные вычисления (языки C++, FORTRAN, Java);
• системное программирование (языки C++, Java);
• обработка информации (языки C++, COBOL, Java);
• искусственный интеллект (LISP, Prolog);
• издательская деятельность (Postscript, ТеХ);
• удаленная обработка информации (Perl, РНР, Java, C++);
• описание документов (HTML, XML).

С течением времени одни языки развивались, приобретали новые черты и остались востребованными, другие утратили свою актуальность и сегодня представляют в лучшем случае чисто теоретический интерес (Focal, PL/1 и др.). В значительной степени это связано с такими факторами:

• наличие среды программирования, поддерживающей разработку приложений на конкретном языке программирования;
• удобство сопровождения и тестирования программ;
• стоимость разработки с применением конкретного языка программирования;
• четкость и ортогональность конструкций языка;
• применение объектно-ориентированного подхода.

Специализированные языки разработчика используют для создания конкретных типов программного обеспечения. К ним относят:

• языки баз данных;
• языки создания сетевых приложений;
• языки создания систем искусственного интеллекта и т. д.

Специализированные языки пользователя обычно являются частью профессиональных сред пользователя, характеризуются узкой направленностью и разработчиками программного обеспечения не используются.

Языки низкого уровня позволяют осуществлять программирование практически на уровне машинных команд. При этом получают самые оптимальные как с точки зрения времени выполнения, так и с точки зрения объема необходимой памяти программы. Недостатком их является то, что они не поддерживают принципов структурного программирования .

В настоящее время языки типа ассемблера обычно используют:

• при написании сравнительно простых программ, для обращения к техническим средствам, например драйверов;
• в виде вставок в программы на языках высокого уровня, например, для ускорения преобразования данных в циклах с большим количеством повторений.

В большей степени выбор языка программирования определяется опытом разработчика, требованиями ведущей разработку организации или просто устоявшимся мнением.

Этап 1: до середины 50-х .

Основные затраты связаны с кодированием (в машинных кодах). Появляются автокоды (языки с использованием мнемонических обозначений команд) и трансляторы с них (ассемблеры).

Реализуются возможности раздельной компиляции и перемещаемости программ. Появляются загрузчики и компоновщики программ.

Этап 2: середина 50-х – середина 60-х гг.

Увеличиваются размеры программ, выявляется разрыв между понятиями проблемных областей и машинно-ориентированных языков. Появляются различные языки высокого уровня (алгоритмические, универсальные):

Fortran (1954-1957);

Algol-60 (1958-1960);

Cobol (1959-1961);

и трансляторы с них (компиляторы). Изобретаются и опробуются почти все основные типы данных, операции над ними, управляющие структуры и способы изображения их в программах, различные варианты параметризации подпрограмм.

Этап 3: середина 60-х – начало 70-х гг.

Резко увеличиваются размеры ПО, происходит переход к коллективному характеру работ. Повышаются требования к ПО вследствие перехода к товарному производству.

Изменяется соотношение затрат на разработку ПО (40% и более тратится на отладку, проектирование и документирование), кодирование – один из самых простых видов работ. Используются и создаются "большие" языки программирования – ПЛ/1, АЛГОЛ-68, СИМУЛА-67, обобщающие и интегрирующие ранее найденные решения.

Появляются развитые системы программирования с оптимизирующими и отладочными трансляторами, макробиблиотеками, библиотеками стандартных программ, специализированных текстовыми редакторами, средствами анализа и диалоговой отладки в терминах входного языка. Разрабатываются развитые операционные системы, первые СУБД, многочисленные системы автоматизации документирования, системы управления программной конфигурацией (отслеживания модификаций и сборки версий ПО).

Этап 4 (“этап кризиса в развитии ПО”): начало 70-х–середина 70-х гг.

Несмотря на развитие инструментальных средств, производительность труда программистов не растёт. Более того, вследствие повышения требований к ПО и нелинейного роста его сложности, производительность труда падает. Срываются сроки разработки ПО, растёт его стоимость, непредсказуемо его качество, не срабатывают традиционные методы (предоставление дополнительных человеческих и материальных ресурсов), что характеризуется как "кризис ПО".

Получают признание методологии структурного программирования (Дейкстра, 1968г.), формируются основы технологии программирования (язык Паскаль (Н.Вирт), 1971г.).

Этап 5:1976г.– наше время. Этап посткризисного развития инструментальных средств.

1976г. – публикация работы Боэма, где вводится понятие жизненного цикла ПО и указывается, что основные затраты приходятся не на разработку, а на сопровождение программ.

Языки программирования:

C (начало 1970-х, впервые достаточно полно описан в 1978 г.);

Modula-2 (1978 г., развитие – язык Oberon (1988));

Prolog (1972 г., распространение получил с 1980 г.);

Smalltalk (1970-е годы, в 1980 был представлен как Smalltalk-80);

C++ (начало 1980-х гг., название – 1983, в привычном сегодня виде существует с 1990 г.);

Java (версия Java 1.0 – 1996 г., Java 2.0 – 1998, Java 5 – 2004...);

C# (1998–2001, версия 1.0 – 2000–2002, версия 2.0 – 2003-2005, версия 3.0 – 2004–2008, версия 4.0 – 2008–2010).

Развиваются интегрированные инструментальные среды разработки программ. Получает признание объектно-ориентированный подход к проектированию и программированию. Разрабатываются программы, поддерживающие создание ПО на каждом этапе.

Контрольные вопросы:

1. Какие действия включает в себя разработка программного продукта?

2. Какие этапы в разработке программ выделяются в рамках Rational Unified Process (RUP)?

3. Что обеспечивает использование инструментальных средств?

4. Какие составные части входят в программу? Назначение каждой из частей.

5. Определения программы и программного обеспечения.

6. Какими свойствами должно обладать программное обеспечение?

7. Какие языки программирования применяют при разработке программ?

8. Определение инструментального программного обеспечения.

9. На какие четыре группыможно разбить инструментальное ПО? Примеры ПО для каждой группы.

10. По каким критериям можно сравнивать программы из одного класса?

11. Какие этапы выделяют в развитии инструментальных средств разработки ПО?

12. Назначение и основные характеристики компиляторов (ассемблеров) и редакторов связей.

13. Назначение и основные характеристикиредакторов текстов.

14. Назначение и основные характеристикиотладчиков.

15. Назначение и основные характеристикипрограмм создания инсталляторов.

16. Назначение и основные характеристикиредакторов ресурсов.

17. Назначение и основные характеристикипрофилировщиков.

18. Назначение и основные характеристикипрограмм поддержки версий.

19. Назначение и основные характеристикипрограмм создания файлов помощи (документации).

20. Назначение и основные характеристикигенераторов документации.

21. Назначение и основные характеристикидизассемблеров и декомпиляторов.

22. Назначение и основные характеристикипрограмм отслеживания активности системы и изменений, происходящих в системе.

23. Назначение и основные характеристикипрограмм-вериферов и контейнеров.

24. Назначение и основные характеристики программ для защиты разрабатываемого программного обеспечения (протекторов).

25. Назначение и основные характеристикиSDK.

26. Назначение и основные характеристики парсеров.

27. Назначение технологических стандартов.

ТЕМА: Методологии разработки ПО.

Литература: 1. Зелковиц М., Шоу А., Гэннон Дж. Принципы разработки программного обеспечения.

2. Гецци К., Джазайери М., Мандриоли Д. Основы инженерии программного обеспечения.

3. Камаев В. А., Костерин В. В. Технологии программирования.

Рассмотрим понятия методологии, метода и средства.

Определение 1: Метод (от греч. methodos - способ исследования или познания, теория или учение) - прием или система приемов практического осуществления чего-нибудь в какой-либо предметной области, совокупность приемов или операций практического или теоретического освоения действительности, подчиненных решению конкретных задач.

Метод включает средства - с помощью чего осуществляется действие и способы - каким образом осуществляется действие.

Определение 2: Методология - это система принципов, а также совокупность идей, понятий, методов, способов и средств, определяющих стиль разработки программного обеспечения.

Методология - это реализация стандарта. Сами стандарты лишь говорят о том, что должно быть, оставляя свободу выбора и адаптации.

Конкретные вещи реализуются через выбранную методологию. Именно она определяет, как будет выполняться разработка. Существует много успешных методологий создания программного обеспечения. Выбор конкретной методологии зависит от размера команды, от специфики и сложности проекта, от стабильности и зрелости процессов в компании и от личных качеств сотрудников.

Методологии представляют собой ядро теории управления разработкой программного обеспечения.

В зависимости от используемой модели жизненного цикла методологии делятся на:

Водопадные (каскадные);

Итерационные (спиральные).

Также существует и более общая классификация на:

Прогнозируемые;

Адаптивные.

Прогнозируемые методологии фокусируются на детальном планировании будущего. Известны запланированные задачи и ресурсы на весь срок проекта. Команда с трудом реагирует на возможные изменения. План оптимизирован исходя из состава работ и существующих требований. Изменение требований может привести к существенному изменению плана, а также дизайна проекта. Часто создается специальный комитет по «управлению изменениями», чтобы в проекте учитывались только самые важные требования.

Адаптивные методологии нацелены на преодоление ожидаемой неполноты требований и их постоянного изменения. Когда меняются требования, команда разработчиков тоже меняется. Команда, участвующая в адаптивной разработке, с трудом может предсказать будущее проекта. Существует точный план лишь на ближайшее время. Более удаленные во времени планы существуют лишь как декларации о целях проекта, ожидаемых затратах и результатах.

Каскадная разработка или модель водопада (англ. waterfall model) - модель процесса разработки программного обеспечения, в которой процесс разработки выглядит как поток, последовательно проходящий фазы анализа требований, проектирования, реализации, тестирования, интеграции и поддержки.

Принципиальной особенностью каскадного подхода является: переход на следующую стадию осуществляется только после того, как будет полностью завершена работа на текущей стадии, и возвратов на пройденные стадии не предусматривается . Каждая стадия заканчивается получением некоторых результатов, которые служат в качестве исходных данных для следующей стадии (рис. 1).

Рис. 1. Каскадная модель жизненного цикла.

Каждая стадия завершается выпуском комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков. Критерием качества разработки при таком подходе является точность выполнения спецификаций технического задания.

Преимущества применения каскадного способа:

На каждой стадии формируется законченный набор проектной документации, отвечающий требованиям полноты и согласованности;

Выполняемые в логической последовательности стадии работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении электронных информационных систем, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования, с тем, чтобы предоставить разработчикам свободу реализовать их технически как можно лучше.

В то же время этот подход обладает рядом недостатков, вызванных, прежде всего тем, что реальный процесс создания программного обеспечения никогда полностью не укладывается в такую жесткую схему. Процесс создания ПО носит, как правило, итерационный характер: результаты очередной стадии часто вызывают изменения в проектных решениях, выработанных на предыдущих стадиях. Таким образом, постоянно возникает потребность в возврате к предыдущим стадиям и уточнении или пересмотре ранее принятых решений (рис. 2). Изображенную схему можно отнести к отдельной модели - модели с промежуточным контролем, в которой межстадийные корректировки обеспечивают большую надежность по сравнению с каскадной моделью, хотя увеличивают весь период разработки.

Основным недостатком каскадной модели является существенное запаздывание с получением результатов и, как следствие, высокий риск создания системы, не удовлетворяющей изменившимся потребностям пользователей. Это объяснятся двумя причинами:

Пользователи не в состоянии сразу изложить все свои требования и не могут предвидеть, как они изменятся в ходе разработки;

За время разработки могут произойти изменения во внешней среде, которые повлияют на требования к системе.

Рис. 2. Каскадная модель ЖЦ на практике.

В рамках каскадного подхода требования к разрабатываемому продукту фиксируются в виде технического задания на все время его создания, а согласование получаемых результатов с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждой стадии (при этом возможна корректировка результатов по замечаниям пользователей, если они не затрагивают требования, изложенные в техническом задании). Таким образом, пользователи могут внести существенные замечания только после того, как работа над системой будет полностью завершена. Пользователи могут получить систему, не удовлетворяющую их потребностям. В результате приходится начинать новый проект, который может постигнуть та же участь.

Для преодоления перечисленных проблем в середине 80-х годов была предложена спиральная модель жизненного цикла (рис.3).

Рис. 3. Спиральная (итерационная) модель ЖЦ.

Ее принципиальной особенностью является следующее: прикладное ПО создается не сразу, как в случае каскадного подхода, а по частям с использованием метода прототипирования .

Под прототипом понимается действующий программный компонент, реализующий отдельные функции и внешние интерфейсы разрабатываемого ПО. Создание прототипов осуществляется в несколько итераций, или витков спирали. Каждая итерация соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на ней уточняются цели и характеристики проекта, оценивается качество полученных результатов и планируются работы следующей итерации. На каждой итерации производится тщательная оценка риска превышения сроков и стоимости проекта, чтобы определить необходимость выполнения еще одной итерации, степень полноты и точности понимания требований к системе, а также целесообразность прекращения проекта.

Спиральная модель избавляет пользователей и разработчиков от необходимости точного и полного формулирования требований к системе на начальной стадии, поскольку они уточняются на каждой итерации. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта, и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

Спиральная модель - классический пример применения эволюционной стратегии конструирования. Спиральная модель (автор Барри Боэм, 1988) базируется на лучших свойствах классического жизненного цикла и макетирования, к которым добавляется новый элемент - анализ риска, отсутствующий ранее.

Спиральная модель определяет четыре действия, представляемые отдельными секторами спирали:

1. Планирование - определение целей, вариантов и ограничений.

2. Анализ риска - анализ вариантов и распознавание/выбор риска.

3. Конструирование - разработка продукта следующего уровня.

4. Оценивание - оценка заказчиком текущих результатов конструирования.

Интегрирующий аспект спиральной модели очевиден при учете радиального измерения спирали. С каждой итерацией по спирали (продвижением от центра к периферии) строятся все более полные версии ПО.

В первом витке спирали определяются начальные цели, варианты и ограничения, распознается и анализируется риск. Если анализ риска показывает неопределенность требований, на помощь разработчику и заказчику приходит макетирование (используемое в квадранте проектирования). Для дальнейшего определения проблемных и уточненных требований может быть использовано моделирование. Заказчик оценивает инженерную (конструкторскую) работу и вносит предложения по модификации. Следующая фаза планирования и анализа риска базируется на предложениях заказчика. В каждом цикле по спирали результаты анализа риска формируются виде «продолжать, не продолжать». Если риск слишком велик, проект может быть остановлен.

В большинстве случаев движение по спирали продолжается, с каждым шагом продвигая разработчиков к более общей модели системы.

При итеративном способе недостающую часть работы можно выполнять на следующей итерации. Главная же задача - как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

Спиральная модель не исключает каскадного подхода на завершающих стадиях проекта в тех случаях, когда требования к системе оказываются полностью определенными.

Основная проблема спирального цикла - определение момента перехода на следующую стадию. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждую из стадий ЖЦ. Переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. План составляется на основе статистических данных, полученных на предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков.

Достоинства спиральной модели:

Наиболее реально (в виде эволюции) отображает разработку программного обеспечения;

Позволяет явно учитывать риск на каждом витке эволюции разработки;

Включает шаг системного подхода в итерационную структуру разработки;

Использует моделирование для уменьшения риска и совершенствования программного изделия.

Недостатки спиральной модели:

Новизна (отсутствует достаточная статистика эффективности модели);

Повышенные требования к заказчику;

Трудности контроля и управления временем разработки.

На сегодняшний день можно выделить следующие итеративные методологии разработки программного обеспечения:

Rational Unified Process (RUP)

Гибкие методологии разработки (SCRUM, KANBAN, DSDM, MSF, ALM, XP)

Гибкая методология разработки (англ. Agile software development).

Большинство гибких методологий нацелены на минимизацию рисков, путём сведения разработки к серии коротких циклов, называемых итерациями , которые обычно длятся одну-две недели. Каждая итерация сама по себе выглядит как программный проект в миниатюре, и включает все задачи, необходимые для выдачи мини-прироста по функциональности: планирование, анализ требований, проектирование, кодирование, тестирование и документирование. Хотя отдельная итерация, как правило, недостаточна для выпуска новой версии продукта, подразумевается, что гибкий программный проект готов к выпуску в конце каждой итерации. По окончании каждой итерации, команда выполняет переоценку приоритетов разработки.

Agile-методы делают упор на непосредственное общение лицом к лицу. Большинство agile-команд расположены в одном офисе. Как минимум она включает и «заказчиков» (заказчики которые определяют продукт, также это могут быть менеджеры продукта, бизнес-аналитики или клиенты). Офис может также включать тестировщиков, дизайнеров интерфейса, технических писателей и менеджеров.

Одной из наиболее известных и передовых гибких методик является методология SCRUM.

SCRUM - методология, предназначенная для небольших команд (до 10 человек). Весь проект делится на итерации (спринты) продолжительностью 30 дней каждый. Выбирается список функций системы, которые планируется реализовать в течение следующего спринта. Самые важные условия - неизменность выбранных функций во время выполнения одной итерации и строгое соблюдение сроков выпуска очередного релиза, даже если к его выпуску не удастся реализовать весь запланированный функционал. Руководитель разработки проводит ежедневные 20 минутные совещания, которые так и называют - scrum, результатом которых является определение функции системы, реализованных за предыдущий день, возникшие сложности и план на следующий день. Такие совещания позволяют постоянно отслеживать ход проекта, быстро выявлять возникшие проблемы и оперативно на них реагировать.

KANBAN – гибкая методология разработки программного обеспечения, ориентированная на задачи.

Основные правила:

Визуализация разработки:

o разделение работы на задачи;

o использование отметок о положение задачи в разработке;

Ограничение работ, выполняющихся одновременно, на каждом этапе разработки;

Измерение времени цикла (среднее время на выполнение одной задачи) и оптимизация процесса.

Преимущества KANBAN:

Уменьшение числа параллельно выполняемых задач значительно уменьшает время выполнения каждой отдельной задачи;

Быстрое выявление проблемных задач;

Вычисление времени на выполнение усредненной задачи.

DYNAMIC SYSTEM DEVELOPMENT METHOD (DSDM) появился в результате работы консорциума из 17 английских компаний. Целая организация занимается разработкой пособий по этой методологии, организацией учебных курсов, программ аккредитации и т.п. Кроме того, ценность DSDM имеет денежный эквивалент.

Все начинается с изучения осуществимости программы и области ее применения. В первом случае, вы пытаетесь понять, подходит ли DSDM для данного проекта. Изучать область применения программы предполагается на короткой серии семинаров, где программисты узнают о той сфере бизнеса, для которой им предстоит работать. Здесь же обсуждаются основные положения, касающиеся архитектуры будущей системы и план проекта.

Далее процесс делится на три взаимосвязанных цикла: цикл функциональной модели отвечает за создание аналитической документации и прототипов, цикл проектирования и конструирования - за приведение системы в рабочее состояние, и наконец, последний цикл - цикл реализации - обеспечивает развертывание программной системы.

Базовые принципы, на которых строится DSDM:

Активное взаимодействие с пользователями;

Частые выпуски версий;

Самостоятельность разработчиков в принятии решений;

Тестирование в течение всего цикла работ.

Как и большинство других гибких методологий, DSDM использует короткие итерации, продолжительностью от двух до шести недель каждая. Особый упор делается на высоком качестве работы и адаптируемости к изменениям в требованиях.

MICROSOFT SOLUTIONS FRAMEWORK (MSF) - методология разработки программного обеспечения, предложенная корпорацией Microsoft. MSF опирается на практический опыт Microsoft и описывает управление людьми и рабочими процессами в процессе разработки решения.

Базовые концепции и принципы модели процессов MSF:

Единое видение проекта - все заинтересованные лица и просто участники проекта должны чётко представлять конечный результат, всем должна быть понятна цель проекта;

Управление компромиссами - поиск компромиссов между ресурсами проекта, календарным графиком и реализуемыми возможностями;

Гибкость – готовность к изменяющимся проектным условиям;

Концентрация на бизнес-приоритетах - сосредоточенность на той отдаче и выгоде, которую ожидает получить потребитель решения;

Поощрение свободного общения внутри проекта;

Создание базовых версии - фиксация состояния любого проектного артефакта, в том числе программного кода, плана проекта, руководства пользователя, настройки серверов и последующее эффективное управление изменениями, аналитика проекта.

MSF предлагает проверенные методики для планирования, проектирования, разработки и внедрения успешных IT-решений. Благодаря своей гибкости, масштабируемости и отсутствию жестких инструкций MSF способен удовлетворить нужды организации или проектной группы любого размера. Методология MSF состоит из принципов, моделей и дисциплин по управлению персоналом, процессами, технологическими элементами и связанными со всеми этими факторами вопросами, характерными для большинства проектов.

Application Lifecycle Management (ALM) - разработанная и поддерживаемая компанией Borland.

Extreme Programming (XP) -экстремальное программирование, поддерживаемое открытым сообществом независимых разработчиков.