Бусыгин Б.С., Коротенко Г.М., Коротенко Л.М. Введение в современную информатику

Подождите немного. Документ загружается.

120

 базовые операторы описания данных и их структур;

 базовые инструкции, с помощью которых реализуются

процедурные компоненты программ;

 базовые операции (операторы): арифметические, логические и др.

 уровни приоритета их выполнения.

Поэтому, можно утверждать, что при знании принципов употребления и

взаимодействия базовых элементов, хотя бы одного языка, можно значительно

облегчить освоение практически любого другого.

Вопросы.

Что вообще называется языком?

Чем отличается язык человека от языка программирования?

Для чего необходимо компилировать или интерпретировать

программы?

Чем отличается процесс и результат компиляции от процесса и

результата интерпретации?

Чем отличается язык программирования системы от языка сценария?

Какие языки программирования сейчас наиболее распространены?

Какие основные стили программирования применяются при

разработке программ?

Как связаны языки программировання с типами задач, которые

требуется решить?

Что определяют приоритеты выполнения операций в языках

программирования и как они влияют на сложность организации

программ?

10.

Какие общие базовые элементы имеют практически все языки

программирования?

Чем отличается выполнение откомпилированной программы от

выполнения интерпретируемой?

121

Разработка решения бизнес-проблемы — это

больше, чем простое написание крутого

приложения с применением новейших

технологий. Разработка приложения должна

вестись, исходя из бизнес-требований. Будучи

разработанным, приложение должно быть

принято конечными пользователями, которым

оно обязано помогать в решении повседневных

проблем.

Дональд Р. Брандт. "Архитектура. Экзамен

Microsoft – экстерном".

6. ИЗМЕНЕНИЯ В МЕТОДОЛОГИИ СОЗДАНИЯ ПРОГРАММ

6.1. Тенденции развития информационно-компьютерных

технологий

Многие изменения, влияющие на информатику, связаны с прогрессом в

развитии компьютерных (электронных) технологий (КТ) и неразрывно

связанных с ними информационных технологий (ИТ, а в английской

транслитерации, IT – Information Technologies), что в комплексе именуется

информационно-компьютерными технологиями (ИКТ). Большинство

постоянно растущих достижений в этой области представляют собой часть

постоянно эволюционного процесса, который длится уже многие годы. Закон

Мура (прогноз, сделанный в 1965 году создателем фирмы Intel Гордоном

Муром, и гласящий, что плотность транзисторов на кристалле микропроцессора

и частота его работы будут удваиваться каждые восемнадцать месяцев) до сих

пор остаётся в силе. В результате можно наблюдать экспоненциальный рост

вычислительных возможностей, благодаря которым стало возможным решение

задач, которые казались неразрешимыми всего лишь несколько ближайших лет

назад. Следует также добавить, что емкость дисковой памяти компьютеров

удваивается еще быстрее – каждые 9 месяцев. И совсем фантастическими

темпами увеличивается пропускная способность линий связи - в два раза

каждые 4-6 месяцев. Только в Китае, в секторе телекоммуникаций совокупный

объем инвестиций в эту сферу, согласно статистическому отчету китайского

правительства, составил в 2003 году $30,1 млрд. Сейчас Китай занимает второе

место после США в мире по размеру своих коммуникационных сетей.

В настоящее время практически для всех организаций характерно

критическое нарастание объемов информации. Рост объема данных в

информационной системе ставит перед IT-персоналом задачу построения

современной системы хранения данных. По сведениям компании Meta Group

(Стэмфорд, шт. Коннектикут, США) в 2002 году, объем аккумулируемой в

любой организации США информации удваивается каждые 18 месяцев. По

данным International Data Corp., плата за поддержку неизбежно возрастающих

122

объемов данных составляет сегодня приблизительно половину всех расходов на

IT-решения. Столь дорогостоящие способы обеспечения постоянного доступа к

информации предпринимаются, для того чтобы избежать еще больших

расходов, связанных с потерями доступа к хранилищам информации (до

нескольких миллионов долларов в час в зависимости от приложения). Эти

потери складываются из суммы ущерба от снижения эффективности труда

сотрудников из-за простоя системы хранения данных, стоимости работы,

которая не может быть выполнена в период простоя, а также стоимости

ремонта вышедших из строя элементов системы.

Область информатики, в которую вкладываются огромные средства и

которая приносит, в свою очередь, невероятные доходы, постоянно находится

под пристальным вниманием ведущих научных и государственных организаций

практически всех развитых стран мира (рис. 6.1, здесь и далее данные с

сервера: http://www.nsda.ru/home.asp).

Рис. 6.1. Сравнение вкладываемых передовыми странами мира средств в ИКТ

отрасль по данным на 2002 год

К основным факторам, которые определяют развитие отрасли ИКТ, можно

отнести следующие:

 активное внедрение ИКТ во все структуры и отрасли материального

производства в последнее время является стратегичеким направлением,

который поддерживается правительствами всех развитых стран мира;

 уровень сложности проблем, которые решаются компьютерными

средствами постоянно повышается;

 количество специалистов, которые владеют необходимым

комплексом знаний по информатики значительно меньше необходимого

(поэтому только в 2002 г. в ряде развитых государств были дополнительно

123

выделены десятки и сотни тысяч так называемых "зелёных карт" для въезда в

страну " продвинутых" специалистов в области информационных технологий;

 постояннно расширяется спектр новых и "новейших" технологий и,

соответственно, новых отраслей применения ИКТ.

Уже давно не секрет, что приоритеты и уровень развития компьютерной

индустрии определяет группа государств, возглавляемая США. Красноречивее

всего об этом говорят цифры. На конец 2002 г. географическое распределение

доходов рынка информационных технологий выглядело так: США –46%,

Европа – 29%, Япония – 13%, Азия – 4%; Канада –3%, остальные страны – 5%

(рис. 6.2).

Рис. 6.2. Развитие мирового рынка ИТ по регионам мира в 2001 г.

В непрекращающейся гонке за информационное «господство»

выигрывают вкладываемые в отрасль капиталы. Неудивительно, что среди

«гегемонов» – производителей базового компонента информационных систем

(ИС) – микропроцессоров, из нескольких десятков стартовавших в 70-е годы

лидерами остались фактически двое: Intel и AMD (США), которые вывели их

рабочие частоты в 2003 году за отметку 3 Ггц. Рынком операционных систем и

офисных приложений в 3002 г. монопольно владела Microsoft (США) (по

данным 2000 г. соответственно 90% и 86%), а среди разработчиков баз данных

– Oracle (США). Это и неудивительно, по экспертным оценкам 2003 года, в

российской отрасли информационно-компьютерных технологий (ИКТ)

работало около 0,54 млн. человек, а в США – около 10,5 миллионов. Следует

отметить, что в это число, естественно, не вошли те специалисты ИТ, которые

за деньги США выполняют их заказы на создание программного обеспечения

на своей родине: в Индии

, Ирландии

, Украине и других странах мира. По

В 2003 г. Индия входила в первую десятку стран мира по ряду показателей производства. По объему ВВП она

уже на 4-м месте в мире после США, КНР и Японии. В этом же году в Индии было выпущено около 2,5 млн.

ПК, 10,5 млн. телевизоров, 20 млн. радиоприемников и магнитол, 35 млн. электронных часов, 1 млн.

видеомагнитофонов. Страна занимает 3-е в мире место по численности научно-технического персонала и

второе - по количеству профессионалов компьютерного программирования.

Одной из причин 10-процентного экономического роста в Ирландии в 1999 году явилось то, что она

превратилась в настоящую "Силиконовую долину" Европы. Здесь расположилась европейская штаб-квартира

Microsoft. Фирма Intel изготавливает здесь свои процессоры Pentium, а Аррlе, IВМ и Dell ведут здесь научные

исследования. По производству программного обеспечения Ирландия вышла на 2-е место в мире после США.

Исследовательские центры Ирландии участвуют в разработке новых микрочипов и языков программирования.

124

оценкам международной исследовательской компании International Data

Corporation (IDC), объем мирового рынка информационных технологий (IT-

рынок) в 2000 г. достиг 395 млрд. дол., а в 2001 г. - 440 млрд. дол. и будет

продолжать расти (см. рис. 6.3).

Рис. 6.3. Прогноз развития мирового рынка ИТ во времени (2001 г.)

Рост совокупного дохода ИКТ индустрии ещё более впечатляющ (рис. 6.4).

Данные на 2003 г. 2680 млрд. Евро является прогнозом.

Рис. 6.4. Данные по развитию мирового рынка ИКТ на 2002 г.,(в млрд. Евро)

Международная исследовательская корпорация IDG/IDC для определения

уровня развития высокотехнологичной отрасли вычисляет сводный индекс ISI

(Information Society Index, сводный индекс развития информационного

общества) на основании ряда показателей:

 количества персональных компьютеров на душу населения;

125

 уровня использования ПК в промышленности, государственных органах

и образовании;

 стоимости программного обеспечения на компьютер;

 доли ПК, подключенных к Интернету; пропускной способности и

стоимости каналов связи.

Согласно этим показателям, сводный индекс развития и ВВП на душу

населения некоторых стран в 2003 году выглядел следующим образом (таблица

6.1):

Таблица 6.1.

Сводные индексы ISI и ВВП на душу населения по странам мира в 2003 году.

Страна

ISI

ВВП

Страна

ISI

ВВП

Швеция

5062

20,7

США

5041

33,9

Япония

4093

23,4

Сингапур

4014

27,8

Германия

3558

22,7

Тайвань

3177

16,1

Ирландия

3144

20,3

Израиль

3140

18,3

Франция

3140

23,3

Ю.Корея

2931

13,3

Италия

2703

21,4

Чехия

2130

11,7

Польша

1808

7,2

Чили

1635

12,4

Аргентина

1651

Малайзия

1583

10,7

ЮАР

1537

6,9

Венесуэлла

1491

Россия

1444

4,2

Филиппины

1012

3,6

Китай

915

3,8

Индонезия

888

2,8

Индия

871

1,8

Пакистан

719

Интересно отметить, что, первые три места по ВВП на душу населения

занимают США, Сингапур и Япония. Неудивительно, что в недавно

опубликованном в США (2003 г.) отчете под названием "The Digital Work

Force: Building InfoTech Skills at the Speed of Innovation", сказано, что

потребность в США в работниках со знаниями информационных технологий

более чем удвоится к 2006 году, в то время как потребность во всех других

специальностях возрастет в среднем только на 14%.

Согласно данным многочисленных зарубежных и отечественных

источников главную роль во всех компьютерных направлениях (см. Введение)

играет у первую очередь программирование.

На смену программированию процедурному, с которого и начиналось

программирование как таковое, пришло программирование объектно-

ориентированное. Объектно-ориентированный метод имеет столь

существенные преимущества, что подавляющее большинство создаваемого

программного обеспечения использует преимущества объектных технологий в

той или иной форме. В некоторых языках программирования имеется

возможность создания объектов разными способами: либо с "нуля", либо

используя механизм наследования и объекты заготовки – классы. Языки

сценариев применяются для работы с готовыми объектами: объектам можно

посылать сообщения и получать от них реакцию в виде выполняемых методов

либо данных и т.д

126

Вместе с тем, продолжает оставаться открытым и наиболее обсуждаемым

на всех уровнях специалистов главный вопрос ИКТ отрасли:

Какой же язык наиболее универсален для написания программ и,

соответственно, какой же язык в первую очередь следует изучать?

Чтобы попытаться объективно подойти к ответу на данный вопрос,

вначале следует ответить на несколько следующих вопросов:

 Что собой представляет программа?

 В какой среде пишутся программы и приложения?

 В какой среде работают программы и приложения?

 Как проектируются приложения?

 Какие существуют приложения?

6.2. Что собой представляет программа?

Для ответа на этот вопрос реализуем на языке Турбо Паскаль стандартный

вывод знакомого всем программистам текста "Hallo, World!" на дисплей

компьютера (рис. 6.5).

Фрагмент текста, который приведен на рисунке 6.5 и который состоит из

четырёх инструкций (операторов или предложений) языка ТП, с точки зрения

современных информационных представлений можно одновременно назвать

следующим образом (то есть рассматривать с таких точек зрения) (табл. 6.2).

Таблица 6.2.

Наименования набора инструкций в языках программирования

№

пп

Наименования набора инструкций языка программирования и его сущность

Инструкции, это данные, предназначенные для управления конкретными

компонентами системы обработки данных в целях реализации некоторого алгоритма.

Код – описание действий, которые должен выполнять компьютер, записанные на

языке низкоуровневого программирования или в машинных кодах.

Программный код или просто код – последовательность команд или операторов

любого языка программирования, которая после декодирования её компьютером и

транслирующей программой, заставляет последний выполнить некоторую работу.

Фрагмент кода – то же самое, что и код.

Программа – описание операций, которые необходимо выполнить для решения

поставленной задачи. Действия, которые описываются программой, называются

операторами. Командой именуют элементарное предписание, которое

предусматривает выполнение какой-нибудь операции.

Program Hallo;

Begin

Writeln(‘Hallo, World’);

End.

Рис. 6.5. Вывод на дисплей ПК текста "Hallo, World!" в языке ТП

127

Продолжение таблицы 6.2.

№

пп.

Наименования набора инструкций языка программирования и его сущность

Последовотельность операторов – упорядоченная последовательность команд,

которая подлежит обработке.

Модуль – программа, которая рассматривается как отдельное целое в процессах

хранения, трансляции и объединения с другими программными модулями при их

загрузке в оперативную память компьютера для выполения.

Подпрограмма – поименованная часть программы, которая вызывается и получает

параметры, ввыполнят определённые действий и возвращает результат своей работы

и управление в точку вызова. Во многих языках программирования различают два

вида подпрограмм:

–процедуры, действие которых заключается в изменении значений параметров и

некотором побочном эффекте. Обычно являются операторами или инструкциями

языка программирования;

–функции, которые возвращают зависящий от параметров результат. Являются

операндами в конструкциях языка программирования и описываемых с их помощью

выражениях.

Процедура-подпрограмма, процедура-функция (в языке VBA) – соответственно

подпрограмма и функция. Подпрограмма в VBA может выполнять роль программы.

Метод – это процедура или просто набор команд, сообщающих объекту, что

необходимо выполнить некоторую задачу и реализуют алгоритм её выполнения.

Приложение – прикладная программа, то есть программа, которая выполняется под

управлением операционной системы.

Решение (термин из Microsoft Solution Framework (MSF))

1)Программный продукт.

2)Координированная поставка набора элементов (таких, как программно-технические

средства, документация, обучение и сопровождение), необходимых для

удовлетворения некоторого бизнес–требования конкретного заказчика (MSF).

3)Множество файлов разного типа, в рамках одного решения (solution) составляют

приложение (application) среды разработки Visual Studio.Net 7.0.

Операция (operation)-сервис или услуга, которые могут быть заказаны у объекта в виде

результата его поведения. Операция имеет сигнатуру, которая может иметь

параметры (UML).

Сигнатура (signature) - имя и параметры поведенческого свойства. Сигнатура может

включать опционально возвращаемые параметры.

Метод (method)- реализация операции. Она специфицирует алгоритм или процедуру,

которые связаны с операцией (UML).

Первый тезис, что программа это данные, подтверждается тем простым

фактом, что все без исключения оттранслированные программы хранятся на

магнитных дисках или в базах данных (тоже на дисках !) и начинают выполнять

свою работу под управлением операционной системы только на командный

стимул и, как правило, после загрузки в оперативную память компьютера (рис.

6.6).

Более того, текстовые строки программного кода являются входными

данными для трансляторов (компиляторов) и интерпретаторов, преобразующих

их в конкретные машинные команды, выполняемые микропроцессором.

128

Кроме того, просмотрев таблицу 6.2. сверху вниз, можно увидеть

насколько многогранным является представление программной компоненты в

виде кода на любом из языков программирования.

В большинстве современных программных систем инструкции исходных

программ записываются в восьмибитных ASCII ("аски") кодах. И поэтому,

вообще говоря, коды программ на многих языках программирования можно

набирать в любых текстовых редакторах файл-менеджеров (Norton Commander,

Far Manager, Total Commander и др.), либо редакторах операционных систем

типа Блокнот (Notepad). То же касается и кодов языков разметки: HTML, XML

и некоторых других.

6.3. В какой среде пишутся программы и приложения?

Если текст программы уже существует, каким образом можно подать этот

текстовой фрагмент кода на вход транслятора?

Наиболее простыми в использовании для этих целей являются

Интегрированные среды разработки (ИСР, а на английском языке – IDE –

Integrated Development Environment), которые широко представлены

продуктами фирмы Borland International (Turbo Pascal, Turbo C, Turbo Prolog),

Microsoft Visual Basic, PowerBuilder, Inprise Delphi Object Pascal, Oracle

Developer PL/SQL и некоторые другие, которые относятся к языкам 4-го

поколения (4GL, Generation Language 4). Эти продукты являются

Магнитный диск (содержит):

1.Файлы программ в текстовом виде (ASCII коды)

2.Файлы программ в откомпилированном виде (.OBJ)

3.Файлы программ в двоичном виде (с расширением

.EXE, .DLL)

4.Файлы данных (входные для программ в ОЗУ

и выходные на диске, как результат деятельности

программы и пользователя)

Операционная система

(ОС)

ОЗУ

Устройства ПК

Дисководы (HDD, FDD, CD-ROM, CD-RW).

Диски (физические, логич.:A:, C:, D: и т.д.).

Дисплей.

Память (выделение, распределение и т.д.).

Клавиатура, мышь, сетевая карта и т.д.

Взаимодей-

ствие

ПК с

пользователем

3.Управление

операционной

системой

устройствами

ПК, с целью

обработки и

ввода/вывода

данных

2.Вызов из

ОЗУ

программой

системных

функций ОС

Отправка

данных и

программ

в сеть и

приём их

из сети

1.По команде пользователя ОС с диска загружает

откомпилированные программы (.EXE, .DLL) в ОЗУ

Рис. 6.6. Типовой процесс выполнения программы на ПК

129

продолжением развития языков программирования (типа Fortran, Algol, С, C++,

COBOL, Ada, Pascal), которые в прошлом не имели многих сервисных

возможностей существующих ныне систем и поэтому возлагали на

программистов выполнение всех действий по организации ввода текстов

программ в компьютер, вызова транслятора, загрузку оттранслированных

модулей в память ПК и т.д. Их называют языками 3

-го поколения 3GL

(Generation Language 3), потому что они не были встроены в интегрированные

интерактивные среды разработки программного обеспечения.

Чтобы лучше уяснить принцип их работы, рассмотрим работу с типичным

приложением. Обычно, пользователь, прежде всего, должен подготовить текст

приложения (программы), подать его на вход транслятора, получить двоичный

код и записать его на диск в файл с расширением ЕХЕ. Затем, считать

двоичный код приложения в память компьютера, выполнить ту часть кода, что

отвечает за организацию диалога с пользователем, который должен определить

необходимый для работы набор данных. Затем приложение читает набор

данных с диска (возможно удаленного). Далее пользователь взаимодействует с

приложением, манипулируя представлением данных в основной памяти. Эта

фаза продолжается бóльшую части времени работы приложения до тех пор,

пока, в конце концов, модифицированный набор данных не запишется на диск.

Для организации такой технологии работы в ИСР включаются все

инструменты, обеспечивающие осуществление всего описанного выше фронта

работ. Поэтому прохождение решения типовой задачи, к примеру, в рамках

ИСР Турбо Паскаль, можно представить следующим образом (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Этапы выполнения программы в ИСР ТП

Операционная система

Интегрированная среда разработки (ИСР)

Ввод текста

программы

Редактор

текста

Компилятор

(транслятор)

Редактор связей

загрузчик

Данные

на

экране

Расширения

.PAS.

Расширения

.TPU, .TPL, TPW

Расширения

.EXE, .DLL

Запуск задачи на выполнение (Ctrl + F9)

Просмотр результатов на экране и возврат в текстовой редактор

(Alt + F5)

Текст

программы

(Исходный

текстовой

файл, ASCII

коды)

Скомпилированная

(оттранслированная)

програма

(объектный код)

Программа,

настроена по

есту в

памяти

(двоичный

код)

ОЗУ