Введение в информационные технологии Лепустин А.В. старший преподаватель каф. ВТ ИК

2 Структура курса Лекции – 8 шт (16 часов) Лаб. работы – 7 шт х 6 = 42 балла Реферат – 12 баллов Контрольная работа – 6 баллов Экзамен Письменная часть – 30 баллов Устная часть – 10 баллов Всего за курс – 100 баллов Материалы: персональная страница преподавателя

3 Оформление ЛР цель работы постановка задачи схема алгоритма (в соответствии с ГОСТ ) листинг программы (с комментариями основных действий) результаты работы программы и ручного тестирования выводы по работе

4 Правила Начисление баллов за ЛР, КР, реферат: Сдача в срок – в соответствии с качеством исполнения / защиты Сдача не в срок – 60% от баллов, начисленных в соответствии с качеством исполнения / защиты Дополнительные баллы (до 10 баллов) – за выступление на лекции с докладом по доп. темам

5 Экзамен Студент допускается к экзамену, если выполняются все следующие условия: защищены все лабораторные работы подготовлен и защищен реферат реферат отправлен лектору (через ЛК) сдана самостоятельная работа (через ЛК) набрано 33 и более баллов Во время экзамена нельзя: Книги/лекции/шпаргалки/«парашюты»/пр. Телефоны/калькуляторы/пр. гаджеты Экзамен проводится: по темам лекций, рефератов в письменной форме (решение задач) в устной форме (ответы на вопросы) «Расскажите всё, что знаете про…» «Чем … отличается от …» «Сравните … и …, что лучше и почему?»

6 А если не набрано 33 балла? Других способов набора баллов в рейтинг-плане нет PS: такого пока не было, но Вы можете быть первым!

7 Общие сведения

8 Информационные технологии (ИТ, от англ. information technology, IT) широкий класс дисциплин и областей деятельности, относящихся к технологиям управления и обработки данных, в том числе, с применением вычислительной техники. Информационные технологии = компьютерные технологии? ИТ имеют дело с использованием компьютеров и программного обеспечения для хранения, преобразования, защиты, обработки, передачи и получения информации. Специалистов по компьютерной технике и программированию часто называют ИТ-специалистами.

9 Общие сведения ЮНЕСКО: ИТ это комплекс взаимосвязанных научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы. Сами ИТ требуют сложной подготовки, больших первоначальных затрат и наукоемкой техники. Их введение должно начинаться с создания математического обеспечения, формирования информационных потоков в системах подготовки специалистов.

10 Общие сведения Основные черты современных ИТ: компьютерная обработка информации по заданным алгоритмам хранение больших объёмов информации на машинных носителях передача информации на любые расстояния в ограниченное время.

11 Общие сведения Дисциплина информационных технологий: В широком понимании ИТ охватывает все области передачи, хранения и восприятия информации (не только компьютерные технологии).

12 Информа- ционные системы

13 Информационные системы В широком смысле информационная система есть совокупность технического, программного и организационного обеспечения, а также персонала, предназначенная для того, чтобы своевременно обеспечивать надлежащих людей надлежащей информацией.

14 Информационные системы Федеральный закон Российской Федерации от 27 июля 2006 г. N 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации»: Информационная система – совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих ее обработку информационных технологий и технических средств» Включать ли персонал в ИС? в ФЗ нет уточнений мнения специалистов расходятся

15 Информационные системы В узком смысле информационной системой называют только подмножество компонентов ИС в широком смысле, включающее базы данных, СУБД и специализированные прикладные программы

16 Информационные системы Основная задача ИС: удовлетворение конкретных информационных потребностей в рамках конкретной предметной области. Современные ИС де-факто немыслимы без использования баз данных и СУБД, поэтому термин «информационная система» на практике сливается по смыслу с термином «система баз данных».

17 Информационные системы ИС по степени распределённости различают: настольные (desktop), или локальные ИС, в которых все компоненты (БД, СУБД, клиентские приложения) работают на одном компьютере распределённые (distributed) ИС, в которых компоненты распределены по нескольким компьютерам.

18 Информационные системы Распределённые ИС: файл-серверные ИС (ИС с архитектурой «файл-сервер») - база данных находится на файловом сервере, а СУБД и клиентские приложения находятся на рабочих станциях клиент-серверные ИС (ИС с архитектурой «клиент-сервер») - база данных и СУБД находятся на сервере, а на рабочих станциях находятся клиентские приложения

19 Информационные системы клиент-серверные ИС: В двухзвенных (two-tier) ИС всего два типа «звеньев»: сервер баз данных, на котором находятся БД и СУБД, и рабочие станции, на которых находятся клиентские приложения (КП). Клиентские приложения обращаются к СУБД напрямую. Бизнес-логика может быть размещена либо в БД, либо на КП В многозвенных (multi-tier) ИС добавляются промежуточные «звенья»: серверы приложений (application servers). Пользовательские клиентские приложения не обращаются к СУБД напрямую, они взаимодействуют с промежуточными звеньями. Бизнес-логика может быть размещена в БД, на СП, в КП. Размещение логики в БД или на СП позволяет реализовать «тонкий клиент» (особенно актуально при реализации мультиплатформенности)

20 Базы данных

21 Базы данных Базой данных является представленная в объективной форме совокупность самостоятельных материалов (статей, расчетов, нормативных актов, судебных решений и иных подобных материалов), систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью электронной вычислительной машины (Гражданский кодекс РФ, ст. 1260).

22 Базы данных База данных совокупность данных, хранимых в соответствии со схемой данных, манипулирование которыми выполняют в соответствии с правилами средств моделирования данных. ( ISO/IEC TR 10032:2003 Information technology Reference model of data management) База данных совокупность данных, организованных в соответствии с концептуальной структурой, описывающей характеристики этих данных и взаимоотношения между ними, причём такое собрание данных, которое поддерживает одну или более областей применения (ISO/IEC :1993. Information technology Vocabulary Part 1: Fundamental terms)

23 Базы данных База данных организованная в соответствии с определёнными правилами и поддерживаемая в памяти компьютера совокупность данных, характеризующая актуальное состояние некоторой предметной области и используемая для удовлетворения информационных потребностей пользователей (Когаловский М. Р. Энциклопедия технологий баз данных) База данных некоторый набор перманентных (постоянно хранимых) данных, используемых прикладными программными системами какого-либо предприятия (Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных) База данных совместно используемый набор логически связанных данных (и описание этих данных), предназначенный для удовлетворения информационных потребностей организации (Коннолли Т., Бегг К. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика)

24 Базы данных Отличительные признаки: База данных хранится и обрабатывается в вычислительной системе. Таким образом, любые вне компьютерные хранилища информации (архивы, библиотеки, картотеки и т. п.) базами данных не являются. Данные в базе данных логически структурированы (систематизированы) с целью обеспечения возможности их эффективного поиска и обработки в вычислительной системе. Структурированность подразумевает явное выделение составных частей (элементов), связей между ними, а также типизацию элементов и связей, при которой с типом элемента (связи) соотносится определённая семантика и допустимые операции (оценивается не физическое хранение, а уровень модели) База данных включает метаданные, описывающие логическую структуру БД в формальном виде (в соответствии с некоторой метамоделью).

25 Базы данных Совокупность данных – БД или нет? Определяется общепринятой практикой Не называют базами данных файловые архивы, Интернет-порталы или электронные таблицы, несмотря на то, что они в некоторой степени обладают признаками БД. Принято считать, что эта степень в большинстве случаев недостаточна (хотя могут быть исключения).

26 Базы данных Классификация БД по модели данных: Иерархические Сетевые Реляционные Объектные Объектно-ориентированные Объектно-реляционные

27 Базы данных Классификация БД по технологии хранения: БД во вторичной памяти (традиционные): хранение на HDD, кэш – в ОП БД в оперативной памяти (in-memory databases): вся БД в ОП БД в третичной памяти (tertiary databases): магнитные ленты и оптические диски, кэш и оперативные данные – на HDD, загрузка данных – спец процедура.

28 Базы данных Классификация БД по степени распределённости: Централизованные (сосредоточенные) Распределённые

29 Базы данных Отдельно: пространственные (spatial) временные или темпоральные (temporal) пространственно-временные (spatial- temporal)

30 Базы данных БД и СУБД Многие специалисты указывают на распространённую ошибку, состоящую в некорректном использовании термина база данных вместо термина система управления базами данных. Эти понятия, следовательно, необходимо различать.

31 Базы данных СУБД – специализированная программа (чаще комплекс программ), предназначенная для организации и ведения базы данных. Для создания и управления информационной системой СУБД необходима в той же степени, как для разработки программы на алгоритмическом языке необходим транслятор

32 Базы данных Функции СУБД управление данными во внешней памяти (на дисках) управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

33 Базы данных Компоненты СУБД: ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти, и журнализацию процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.

34 Базы данных Классификация СУБД по модели данных: Иерархические Сетевые Реляционные Объектно-ориентированные

35 Базы данных Классификация СУБД по степени распределённости: локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере) распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).

36 Базы данных Классификация СУБД по способу доступа к БД: Файл-серверные. Файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимущество: низкая нагрузка на ЦП сервера. Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость централизованного управления; затруднённость обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro В настоящее время практически не используются

37 Базы данных Классификация СУБД по способу доступа к БД: Клиент-серверные. СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно. Недостаток: повышенные требования к серверу Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Примеры: Oracle, MS SQL Server, Firebird, MySQL, Interbase, IBM DB2, Sybase, PostgreSQL, ЛИНТЕР, MDBS.

38 Базы данных Классификация СУБД по способу доступа к БД: Встраиваемая СУБД. Библиотека, которая позволяет унифицированным образом хранить большие объёмы данных на локальной машине. Доступ к данным может происходить через SQL либо через особые функции СУБД. Встраиваемые СУБД быстрее обычных клиент- серверных и не требуют установки сервера, поэтому востребованы в локальном ПО, которое имеет дело с большими объёмами данных (например, геоинформационные системы). Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, один из вариантов Firebird, MySQL, Sav Zigzag, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР.

39 Transaction consistency Eventually consistency

40 Стадии разработки ПО и ПД

41 ИС. Стадии разработки ПО и ПД Жизненный цикл информационной системы – это процесс ее построения и развития. Жизненный цикл информационной системы период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания информационной системы и заканчивается в момент ее полного изъятия из эксплуатации

42 ИС. Стадии разработки ПО и ПД

43 ИС. Стадии разработки ПО и ПД Регламентируются ГОСТами: ГОСТ Стадии разработки ГОСТ Автоматизированные системы. Стадии создания ГОСТ Р ИСО/МЭК Процессы жизненного цикла программных средств

44 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ Техническое задание 2. Эскизный проект 3. Технический проект 4. Рабочий проект 5. Внедрение ГОСТ Формирование требований к АС 2. Разработка концепции АС 3. Техническое задание 4. Эскизный проект 5. Технический проект 6. Рабочая документация 7. Ввод в действие 8. Сопровождение АС

45 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ ГОСТ Формирование требований к АС 2. Разработка концепции АС 1. Техническое задание 3. Техническое задание 2. Эскизный проект 4. Эскизный проект 3. Технический проект 5. Технический проект 4. Рабочий проект 6. Рабочая документация 5. Внедрение 7. Ввод в действие 8. Сопровождение АС

46 ИС. Стадии разработки ПО и ПД Стадии разработк и Этапы работ Содержание работ 1. Техническо е задание Обоснование необходимости разработки программы Постановка задачи Сбор исходных материалов Выбор и обоснование критериев эффективности и качества разрабатываемой программы. Обоснование необходимости проведения научно-исследовательских работ. Научно- исследовательск ие работы Определение структуры входных и выходных данных. Предварительный выбор методов решения задач. Обоснование целесообразности применения ранее разработанных программ. Определение требований к техническим средствам. Обоснование принципиальной возможности решения поставленной задачи Разработка и утверждение технического задания Определение требований к программе. Разработка технико-экономического обоснования разработки программы. Определение стадий, этапов и сроков разработки программы и документации на неё. Выбор языков программирования. Определение необходимости проведения научно-исследовательских работ на последующих стадиях. Согласование и утверждение технического задания. ГОСТ

47 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ Стадии разработки Этапы работ Содержание работ 2. Эскизный проект Разработка эскизного проекта Предварительная разработка структуры входных и выходных данных. Уточнение методов решения задачи. Разработка общего описания алгоритма решения задачи Разработка технико-экономического обоснования. Утверждение эскизного проекта Разработка пояснительной записки. Согласование и утверждение эскизного проекта.

48 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ Стадии разработки Этапы работ Содержание работ 3. Технический проект Разработка технического проекта Уточнение структуры входных и выходных данных. Разработка алгоритма решения задачи. Определение формы представления входных и выходных данных. Определение семантики и синтаксиса языка. Разработка структуры программы. Окончательное определение конфигурации технических средств. Утверждение технического проекта Разработка плана мероприятий по разработке и внедрению программ. Разработка пояснительной записки. Согласование и утверждение технического проекта.

49 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ Стадии разработ ки Этапы работ Содержание работ 4. Рабочий проект Разработка программы Программирование и отладка программы. Разработка программно й документаци и Разработка программных документов в соответствии с требованиями ГОСТ Виды программ и программных документов. Испытания программы Разработка, согласование и утверждение порядка и методики испытаний. Проведение предварительных государственных, межведомственных, приёмо- сдаточных и других видов испытаний. Корректировка программы и программной документации по результатам испытаний.

50 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ Стадии разработки Этапы работ Содержание работ 5. Внедрение Подготовка и передача программы. Подготовка и передача программы и программной документации для сопровождения и (или) изготовления. Оформление и утверждение акта о передаче программы на сопровождение и (или) изготовление. Передача программы в фонд алгоритмов и программ.

51 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ Стадии разработки Этапы работ Содержание работ 1. Формирование требований к АС 1.1. Обследование объекта и обоснование необходимости создания АС - сбор данных об объекте автоматизации и осуществляемых видах деятельности; - оценку качества функционирования объекта и осуществляемых видов деятельности, выявление проблем, решение которых возможно средствами автоматизации; - оценку (технико-экономической, социальной и т. п.) целесообразности создания АС Формирование требований пользователя к АС - подготовку исходных данных для формирования требований к АС (характеристика объекта автоматизации, описание требований к системе, ограничения допустимых затрат на разработку, ввод в действие и эксплуатацию, эффект, ожидаемый от системы, условия создания и функционирования системы); - формулировку и оформление требований пользователя к АС Оформление отчета о выполненной работе и заявки на разработку АС (тактико- технического задания) Проводят оформление отчета о выполненных работах на данной стадии и оформление заявки на разработку АС (тактико- технического задания) или другого заменяющего ее документа с аналогичным содержанием.

52 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ Стадии разработки Этапы работ Содержание работ 2. Разработка концепции АС 2.1. Изучение объекта Организация-разработчик проводит детальное изучение объекта автоматизации и необходимые научно-исследовательские работы (НИР), связанные с поиском путей и оценкой возможности реализации требований пользователя, оформляют и утверждают отчеты о НИР Проведение необходимых научно- исследовательских работ 2.3. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователя Проводят разработку альтернативных вариантов концепции создаваемой АС и планов их реализации; оценку необходимых ресурсов на их реализацию и обеспечение функционирования; оценку преимуществ и недостатков каждого варианта; сопоставление требований пользователя и характеристик предлагаемой системы и выбор оптимального варианта; определение порядка оценки качества и условий приемки системы; оценку эффектов, получаемых от системы Оформление отчета о выполненной работе Подготавливают и оформляют отчет, содержащий описание выполненных работ на стадии, описание и обоснование предлагаемого варианта концепции системы.

53 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ Стадии разработки Этапы работ Содержание работ 3. Техническое задание 3.1. Разработка и утверждение технического задания на создание АС Проводят разработку, оформление, согласование и утверждение технического задания на АС и, при необходимости, технических заданий на части АС. 4. Эскизный проект 4.1. Разработка предварительн ых проектных решений по системе и ее частям Определяют: функции АС; функции подсистем, их цели и эффекты; состав комплексов задач и отдельных задач; концепции информационной базы, ее укрупненную структуру; функции системы управления базой данных; состав вычислительной системы; функции и параметры основных программных средств Разработка документации на АС и ее части Проводят разработку, оформление, согласование и утверждение документации в объеме, необходимом для описания полной совокупности принятых проектных решений и достаточном для дальнейшего выполнения работ по созданию АС. Виды документов - по ГОСТ

54 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ Стадии разработки Этапы работ Содержание работ 5. Технический проект 5.1. Разработка проектных решений по системе и ее частям Обеспечивают разработку общих решений по системе и ее частям, функционально-алгоритмической структуре системы, по функциям персонала и организационной структуре, по структуре технических средств, по алгоритмам решений задач и применяемым языкам, по организации и ведению информационной базы, системе классификации и кодирования информации, по программному обеспечению Разработка документации на АС и ее части Проводят разработку, оформление, согласование и утверждение документации в объеме, необходимом для описания полной совокупности принятых проектных решений и достаточном для дальнейшего выполнения работ по созданию АС. Виды документов - по ГОСТ Виды, комплектность и обозначения документов при создании автоматизированных систем.

55 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ Стадии разработки Этапы работ Содержание работ 5. Технический проект 5.3. Разработка и оформление документации на поставку изделий для комплектования АС и (или) технических требований (технических заданий) на их разработку Проводят подготовку и оформление документации на поставку изделий для комплектования АС; определение технических требований и составление ТЗ на разработку изделий, не изготавливаемых серийно Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта объекта автоматизации Осуществляют разработку, оформление, согласование и утверждение заданий на проектирование в смежных частях проекта объекта автоматизации для проведения строительных, электротехнических, санитарно- технических и других подготовительных работ, связанных с созданием АС.

56 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ Стадии разработки Этапы работ Содержание работ 6. Рабочая документация 6.1. Разработка рабочей документации на систему и ее части Осуществляют разработку рабочей документации, содержащей все необходимые и достаточные сведения для обеспечения выполнения работ по вводу АС в действие и ее эксплуатации, а также для поддерживания уровня эксплуатационных характеристик (качества) системы в соответствии с принятыми проектными решениями, ее оформление, согласование и утверждение. Виды документов - по ГОСТ Виды, комплектность и обозначения документов при создании автоматизированных систем Разработка или адаптация программ Проводят разработку программ и программных средств системы, выбор, адаптацию и (или) привязку приобретаемых программных средств, разработку программной документации в соответствии с ГОСТ Виды программ и программных документов.

57 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ Стадии Этапы работ Содержание работ 7. Ввод в действие 7.1. Подготовка объекта автоматизации к вводу АС в действие Проводят работы по организационной подготовке объекта автоматизации к вводу АС в действие, в т. ч.: реализацию проектных решений по организационной структуре АС; обеспечение подразделений объекта управления инструктивно-методическими материалами; внедрение классификаторов информации Подготовка персонала Проводят обучение персонала и проверку его способности обеспечить функционирование АС Комплектация АС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями) Обеспечивают получение комплектующих изделий серийного и единичного производства, материалов и монтажных изделий. Проводят входной контроль их качества Строительно-монтажные работы Проводят: выполнение работ по строительству специализированных зданий (помещений) для размещения технических средств и персонала АС; сооружение кабельных каналов; выполнение работ по монтажу технических средств и линий связи; испытание смонтированных технических средств; сдачу технических средств для проведения пусконаладочных работ.

58 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ Стадии Этапы работ Содержание работ 7. Ввод в действие 7.1. Подготовка объекта автоматизации к вводу АС в действие Проводят работы по организационной подготовке объекта автоматизации к вводу АС в действие, в т. ч.: реализацию проектных решений по организационной структуре АС; обеспечение подразделений объекта управления инструктивно-методическими материалами; внедрение классификаторов информации Подготовка персонала Проводят обучение персонала и проверку его способности обеспечить функционирование АС Комплектация АС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями) Обеспечивают получение комплектующих изделий серийного и единичного производства, материалов и монтажных изделий. Проводят входной контроль их качества Строительно-монтажные работы Проводят: выполнение работ по строительству специализированных зданий (помещений) для размещения технических средств и персонала АС; сооружение кабельных каналов; выполнение работ по монтажу технических средств и линий связи; испытание смонтированных технических средств; сдачу технических средств для проведения пусконаладочных работ.

59 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ Стадии Этапы работ Содержание работ 7. Ввод в действие 7.5. Пусконаладоч ные работы Проводят автономную наладку технических и программных средств, загрузку информации в базу данных и проверку системы ее ведения; комплексную наладку всех средств системы Проведение предварительных испытаний Осуществляют: - испытания АС на работоспособность и соответствие техническому заданию в соответствии с программой и методикой предварительных испытаний; - устранение неисправностей и внесение изменений в документацию на АС, в т. ч. эксплуатационную в соответствии с протоколом испытаний; - оформление акта о приемке АС в опытную эксплуатацию Проведение опытной эксплуатации Проводят опытную эксплуатацию АС; анализ результатов опытной эксплуатации АС; доработку (при необходимости) программного обеспечения АС; дополнительную наладку (при необходимости) технических средств АС; оформление акта о завершении опытной эксплуатации Проведение приемочных испытаний проводят: - испытания на соответствие техническому заданию согласно программе и методике приемочных испытаний; - анализ результатов испытаний АС и устранение недостатков, выявленных при испытаниях; - оформление акта о приемке АС в постоянную эксплуатацию.

60 ИС. Стадии разработки ПО и ПД ГОСТ Стадии разработки Этапы работ Содержание работ 8. Сопровождение АС 8.1. Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами Осуществляют работы по устранению недостатков, выявленных при эксплуатации АС в течение установленных гарантийных сроков, внесению необходимых изменений в документацию на АС Послегаранти йное обслуживание Осуществляют работы по: - анализу функционирования системы; - выявлению отклонений фактических эксплуатационных характеристик АС от проектных значений; - установлению причин этих отклонений; - устранению выявленных недостатков и обеспечению стабильности эксплуатационных характеристик АС; - внесению необходимых изменений в документацию на АС.

61 ИС. Стадии разработки ПО и ПД

62 Схемы алгоритмов

63 Схемы алгоритмов ГОСТ Единая система программной документации. СХЕМЫ АЛГОРИТМОВ, ПРОГРАММ ДАННЫХ И СИСТЕМ

64 Схемы алгоритмов 1.1. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем (далее – схемы) состоят из имеющих заданное значение символов, краткого пояснительного текста и соединяющих линий Схемы могут использоваться на различных уровнях детализации, причем число уровней зависит от размеров и сложности задачи обработки данных. Уровень детализации должен быть таким, чтобы различные части и взаимосвязь между ними были понятны в целом В стандарте используются следующие понятия: 1) основной символ - символ, используемый в тех случаях, когда точный тип (вид) процесса или носителя данных неизвестен или отсутствует необходимость в описании фактического носителя данных; 2) специфический символ - символ, используемый в тех случаях, когда известен точный тип (вид) процесса или носителя данных или когда необходимо описать фактический носитель данных; 3) схема - графическое представление определения, анализа или метода решения задачи, в, котором используются символы для отображения операций, данных, потока, оборудования и т.д.

65 Схемы алгоритмов 2.2. Схема программы Схемы программ отображают последовательность операций в программе Схема программы состоит из: 1) символов процесса, указывающих фактические операции обработки данных (включая символы, определяющие путь, которого следует придерживаться с учетом логических условий); 2) линейных символов, указывающих поток управления; 3) специальных символов, используемых для облегчения написания и чтения схемы.

66 Схемы алгоритмов Основные символы Данные (носитель не определен) Дисплей Документ (данные в удобочитаемой форме) Ручной ввод Бумажная лента Процесс Предопределе нный процесс Решение Цикл Соединитель Комментарий Терминатор

67 Схемы алгоритмов Оператор «решение»

68 Схемы алгоритмов Специальные условные обозначения Каждый выход из символа должен сопровождаться соответствующими значениями условий, чтобы показать логический путь, который он представляет, с тем, чтобы эти условия и соответствующие ссылки были идентифицированы.

69 Схемы алгоритмов { int n, a[100]; cin>>n; for (int i=0; i<n; i++) cin>>a[i]; for (int i=0; i<n; i++) for (int j=0; j<n; j++) if (a[j]>a[j+1]) { int b=a[j]; a[j]=a[j+1]; a[j+1]=b; } for (int i=0; i<n; i++) cout<<a[i]; }

70 Схемы алгоритмов Ещё раз: Уровень детализации должен быть таким, чтобы различные части и взаимосвязь между ними были понятны в целом.

71 Схемы алгоритмов (Мартин Голдинг) Пишите код так, как будто сопровождать его будет склонный к насилию психопат, который знает, где вы живете. Стив Макконнелл. «Совершенный код» В 1998 году читатели журнала «Software Development» признали Стива одним из трех наиболее влиятельных людей в отрасли разработки ПО наряду с Биллом Гейтсом и Линусом Торвальдсом.

72 Схемы алгоритмов

73 Массивы и списки

74 Массивы и списки Массив (индексный массив) – набор однотипных компонентов (элементов), расположенных в памяти непосредственно друг за другом, доступ к которым осуществляется по индексу (индексам). (Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных). Размерность массива – количество индексов, необходимое для однозначного доступа к элементу массива.

75 Массивы и списки Массив – структура с произвольным доступом А – начало массива L – размер данных (элемента массива) A[k] => A + L*k

76 Массивы и списки Достоинства массивов: лёгкость вычисления адреса элемента по его индексу одинаковое время доступа ко всем элементам малый размер элементов: они состоят только из информационного поля Недостатки массивов: для статического массива отсутствие динамики, невозможность удаления или добавления элемента без сдвига других для динамического и/или гетерогенного массива более низкое (по сравнению с обычным статическим) быстродействие и дополнительные накладные расходы на поддержку динамических свойств и/или гетерогенности. при работе с массивом в стиле C (с указателями) и при отсутствии дополнительных средств контроля угроза выхода за границы массива и повреждения данных

77 Массивы и списки Динамические массивы – массивы с возможностью изменения размера 1. Выделить память нового размера 2. Скопировать старые данные в новую область 3. Объявить новую память «старым» массивом 4. Освободить старую память Гетерогенные массивы – массивы с возможностью хранения разнотипных данных (реализовано не во всех ЯП)

78 Массивы и списки Список – структура с последовательным доступом

79 Массивы и списки Добавление элемента в середину списка

80 Массивы и списки Удаление элемента из середины списка

81 Массивы и списки Ассоциативный массив (словарь) абстрактный тип данных, позволяющий хранить пары вида (ключ, значение) и поддерживающий операции insert, find, remove C++: string name, phone; map book; cin >> name >> phone; book[ name ] = phone;

82 Массивы и списки Возвращаясь к динамическим спискам… Каким образом должен возрастать размер буфера? Начальные условия: Изначальный размер – 1 байт Буфер растёт по 1 байту до тех пор, пока не достигнет размера 1 МиБ. Каков суммарный объём памяти был задействован? … + 1,048, ,048,576 = 549,756,338,176 байт = 512 ГБайт

83 Массивы и списки Экспоненциальный рост: Коэф. = … = байт = 3 Мбайт Коэф. = … = байт = 2 МБайт

84 Массивы и списки Проблема линейного роста – в большом количестве выделяемой памяти Общая проблема роста – кусочно разбросанные остающиеся области памяти

85 Массивы и списки 99 маленьких багов в коде, Один нашли, пофиксили, 127 маленьких багов в коде…

86 Тестирование и отладка программы или Базовые принципы работы начинающих пре-альфа-программистов

87 Тестирование и отладка программ

88 Тестирование и отладка программ Аксиома 1 Тестирование проводится для того, чтобы найти ошибки, а не показать работоспособность программы Хорош тот тест, для которого высока вероятность обнаружить ошибку, а не тот, который демонстрирует правильную работу программы Тестирование может доказать, что дефекты в программном обеспечении существуют, но если дефектов не найдено, это не дает гарантии, что их нет.

89 Тестирование и отладка программ Аксиома 2 Наилучшее решение проблемы надежности – не допускать ошибок в программе Роль тестирования – определить местонахождение немногочисленных ошибок, оставшихся в хорошо спроектированной программе. Попытки с помощью тестирования достичь надежности плохо спроектированной программы безнадежны.

90 Тестирование и отладка программ Аксиома 3 Совершенное тестирование невозможно Сколько входных данных нужно перебрать для программы (x, y, z – integer) z = x + y чтобы быть уверенным, что она работает правильно?

91 Тестирование и отладка программ Хорошая привычка Тестирование программы должен производить не автор Простейшие тесты на начальном этапе – автор, далее – человек, не знакомый с задачей У автора глаза «зашорены»

92 Тестирование и отладка программ Хорошая привычка Подготовка исходных данных и результатов ДО запуска программы Эффект «подгонки» результатов

93 Тестирование и отладка программ Хорошая привычка Подготовка тестов для правильных и для неправильных данных Программа должна работать всегда! Сообщения ОС об ошибках программы – недопустимы

94 Тестирование и отладка программ Хорошая привычка Подготовка тестов для правильных и для неправильных данных Программа должна работать всегда! Сообщения ОС об ошибках программы – недопустимы

95 Тестирование и отладка программ Хорошая привычка Не изменять программу для облегчения тестирования А вдруг уберёте ошибку?

96 Тестирование и отладка программ Хорошая привычка Заблаговременное тестирование 1 тестирование (в конце) – 50 ошибок 20 тестирований (в процессе) – по 2 ошибки

97 Тестирование и отладка программ Хорошая привычка Регрессионное тестирование Накопление ошибок При доработке программы возможен «возврат ошибок»

98 Тестирование и отладка программ Хорошая привычка Парадокс пестицида Если один и тот же тестовый модуль многократно применять к той же системе, он в конечном счете перестанет находить ошибки. Тестовый модуль должен постоянно и систематически корректироваться, а новые тесты должны охватывать все составляющие программного обеспечения

99 Тестирование и отладка программ Хорошая привычка Случайное тестирование Много случайных данных иногда позволяют найти ошибки, которые не охватываются «логичными» тестами

100 Тестирование и отладка программ Как это на практике? Тестирование «один из группы» Положит, отриц, нулевые, различные пары… Тестирование граничных условий 2 я лр – какое последнее слагаемое? Массивы все, ни одного, разные выход за границы массива Циклы Ни разу, один раз, максимум, промежуточное количество Тестирование ветвей кода Черный и белый ящик (+серый ящик) Тестирование особых случаев («13 й этаж») Случайное тестирование Регрессионное тестирование

101 Тестирование и отладка программ Ситуации «за гранью добра и зла» -- этот код работает! (SQL) IF 1 = 0 BEGIN SET FMTONLY OFF END Но это уже совсем другая история…

102

103 Простейшие сортировки

104 Простейшие сортировки Сортировка пузырьком (простыми обменами) for (int i = 0; i < N - 1; i++) for (int j = 0; j < N - 1; j++) if (a[j] > a[j + 1]) swap(a[j], a[j + 1]); for (int i = 0; i < N - 1; i++) for (int j = 0; j < N - i - 1; j++) if (a[j] > a[j + 1]) swap(a[j], a[j + 1]);

105 Простейшие сортировки Шейкерная сортировка модификация сортировки пузырьком: движение слева направо движение справа налево Сортировка «расчёской» достаточно большое расстояние между сравниваемыми элементами фактор уменьшения

106 Простейшие сортировки Сортировка выбором находим номер минимального значения в текущем списке производим обмен этого значения со значением первой не отсортированной позиции (обмен не нужен, если минимальный элемент уже находится на данной позиции) теперь сортируем хвост списка, исключив из рассмотрения уже отсортированные элементы

107 Простейшие сортировки Сортировка вставками выбираем текущий элемент находим для него место в отсортированной части, сдвигая элементы вправо вставляем на новое место переходим к следующему элементу

108 Простейшие сортировки

109 Системы счисления

110 Системы счисления Непозиционные Единичная Алфавитные Древнеегипетская Римская Позиционные Двоичная Десятичная Восьмеричная …

111 Системы счисления В непозиционных системах счисления значение (величина) числа определяется как сумма или разность цифр в числе. MCMLXXXVIII = 1000+( )+( ) = 1988 Недостатки непозиционных систем счисления Существует постоянная потребность введения новых знаков для записи больших чисел. Невозможно представлять дробные и отрицательные числа. Сложно выполнять арифметические операции, т.к. не существует алгоритмов их выполнения

112 Системы счисления В позиционных системах счисления значение цифры зависит от ее места (позиции) в числе, а в непозиционных не зависит. В позиционной системе счисления один и тот же числовой символ приобретает различные значения (имеет различный вес) в зависимости от позиции. Каждая позиция соответствует определенной степени основания системы счисления. Основание определяет, во сколько раз отличаются значения одинаковых цифр, стоящих в соседних позициях Достоинства позиционных систем счисления Простота выполнения арифметических операций Ограниченное количество символов (цифр) для записи любых чисел Алфавит СС – набор цифр, доступных для использования в данной СС, например, 7: 0..6 Основание СС – мощность алфавита СС

113 Системы счисления Перевод чисел в 10 ю СС: Пронумеровать разряды справа налево, начиная с 0 Вычислить вес каждого разряда, возведя основание в степень номера разряда Для каждого разряда найти произведение цифры в нём на его вес Найти сумму произведений

114 Системы счисления

115 Системы счисления Перевод из 10 й СС: Деление исходного числа нацело с остатком на основание целевой СС Деление полученного частного нацело с остатком на основание целевой СС Деление продолжается до получения в частном значения 0 Составление из остатков (в обратном порядке) числа в целевой СС

116 Системы счисления Ответ:

117 Системы счисления Ответ: 1Е3 17

118 Системы счисления Прямой перевод из одной СС в другую (X->Y) Возможен только в случае, если X=Y n или X n =Y = (n=3) = (n=2)

119 Системы счисления Двойной прямой перевод из одной СС в другую (X->Y->Z) Возможен только в случае, если: и X=Y n или X n =Y и Y=Z n или Z n =Y В остальных случаях перевод X->10->Z

120 Системы счисления Арифметические операции в различных СС При сложении (умножении) необходимо учитывать, получается ли в результате цифра или число: 3+2 = 5 – это цифра в 7-ричной СС 4+5 = 9 – это число в 7-ричной СС 9:7 = 1 (остаток 2) 2 – остаток, пишется в текущий разряд 1 – частное, переносится в старший разряд

121 Системы счисления Арифметические операции в различных СС При вычитании необходимо учитывать, что при займе «1» в более старшем разряде в младший попадает значение, совпадающее с основанием СС 59–19–14+146–16–

122 Системы счисления Уравновешенная троичная СС «Знак числа» отсутствует

123 Системы счисления Благодаря тому что основание 3 нечётно, в троичной системе возможно симметричное относительно нуля расположение цифр: 1, 0, 1. Свойства: Естественность представления отрицательных чисел; Отсутствие проблемы округления: обнуление ненужных младших разрядов округляет приближает число к ближайшему «грубому». Для изменения знака представляемого числа нужно изменить ненулевые цифры на симметричные. При суммировании большого количества чисел значение для переноса в следующий разряд растёт с увеличением количества слагаемых не линейно, а пропорционально квадратному корню числа слагаемых. По затратам количества знаков на представление чисел она равна троичной несимметричной системе.

124 Системы счисления Примеры выполнения операций в уравновешенной троичной СС

125 Системы счисления Фибоначчиева система счисления Алфавит – цифры 0 и 1 Базис (веса разрядов) – последовательность чисел Фибоначчи: 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, … Преимущество кодов Фибоначчи для практики – в их «естественной» избыточности, которая может быть использована для целей контроля числовых преобразований. Избыточность проявляет себя в свойстве множественности представлений одного и того же числа.

126 Системы счисления Разные представления: операция свертки операция развертки = 21*1 + 13*0 + 8*1 + 5*0 + 3*1 + 2*0 + 1* fib - минимальная форма, в которой рядом не встречаются две единицы fib fib fib – максимальная (развернутая) форма, в которой рядом не встречаются два нуля

127 Системы счисления Примеры выполнения операций в ФСС:

128 Системы счисления Вещественная часть числа

129 Системы счисления Вещественная часть числа Результат – бесконечная периодическая дробь Округление для дальнейших действий недопустимо

130 Системы счисления Общий алгоритм перевода = = 0.1(02) 3

131 Системы счисления Перевод X->Y при Y = k*X, где k - целое

132 Системы счисления Прямой перевод из одной СС в другую (X->Y) Возможен только в случае, если X=Y n или X n =Y = (n=3) = (n=2)

133 Единицы измерения информации Информатика – единственная наука, в которой объём называется весом и измеряется в метрах Автор неизвестен

134 Единицы измерения информации 1 бит (1 б) – неделимая единица 1 байт (1 Б) = 8 битов Всё просто? 1 Кбайт (1 КБ) = 1024 Б 1 Мбайт (1 МБ) = 1024 КБ … Всё просто?

135 Единицы измерения информации Б КБ МБ ГБ Всё просто?

136 Единицы измерения информации Говорил или не говорил – теперь уже не важно !!!!!

137 Единицы измерения информации

138 Единицы измерения информации Оперативная память (проводники!): 512 MB = 512 * 1024 * 1024 байтов Жесткие диски:

139 Единицы измерения информации Flash drives USB flash drives, flash-based memory cards like CompactFlash or Secure Digital, and flash- based SSDs use SI prefixes; for example, a "256 MB" flash card provides at least 256 million bytes, not 256×1024×1024. These devices usually physically contain the binary capacities, but some space is reserved for internal functions of the flash drive. In other words, there are physically 256×1024×1024 bytes of storage on a typical "256MB" flash drive, but some space is needed for functions like wear leveling. In the case of a "256MB" flash drive, the manufacturer can allocate approximately 12MB to internal functions, and still provide 256 million usable bytes.

140 Единицы измерения информации DVD: 4.7 GB = 4.7 * 1000 * 1000 * 1000 CD: 700 MB = 700 * 1024 * 1024 Floppy: 1.44 MB = 1.44 * 1000 * 1024

141 Единицы измерения информации IEC (1999): Киби, Меби, …?

142 Единицы измерения информации ГОСТ : 1 кБ = 1000 Б, 1 КБ = 1024 Б (неофициально) Всё просто?

143 Единицы измерения информации Постановление Правительства РФ 879 от «Об утверждении положения о единицах величин, допускаемых к применению в РФ» (с изм. от ):

144 Единицы измерения информации

145 Единицы измерения информации

146 Единицы измерения информации 128 МБ = байтов байтов в одном МБ 32 ГБ = байтов при 1 ГБ = 1024 МБ байтов в одном МБ при ГБ = 1000 МБ байтов в одном МБ 8 ГБ = байтов при 1 ГБ = 1024 МБ байтов в одном МБ при 1 ГБ = 1000 МБ байтов в одном МБ

147 Представление целых чисел в памяти ЭВМ

148 Представление целых чисел Под каждое число выделяется область памяти определённого размера Целые числа: Знаковые (все биты – информационные), хранение только неотрицательных чисел Беззнаковые (старший бит – знаковый, остальные – информационные), имеется возможность хранения отрицательных значений Переполнение – ситуация, при которой результат операции требует больше памяти, чем выделено Факт переполнения означает, что полученный результат неверен с математической точки зрения

149 Представление целых чисел Беззнаковые числа (n=3) = = = = 8 различных = 3 10 значений = = = = = 0 10

150 Представление целых чисел Беззнаковые числа (n=3) = = 0 10 Признак возникновения переполнения – наличие старшей единицы, которая в дальнейшем отбрасывается При низкоуровневом программировании (например, на ASM) имеется возможность отследить факт возникновения переполнения Нет числовой прямой, есть числовое кольцо

151 Представление целых чисел 0 – 1 => max max + 1 => >0 max

152 Представление целых чисел Знаковые числа Прямой код (ПК) числа – код, полученный простым переводом числа из 10 й в 2 ю СС Обратный код (ОК) числа – код, полученный инвертированием всех разрядов ПК Дополнительный код (ДК) числа – ОК, к которому выполнили арифметическое +1

153 Представление целых чисел ДК позволяет заменить операцию вычитания операцией сложения (числа А и B – положительные): a - b = a + (-b) = a + c Целое положительное число C ведёт себя так же, как отрицательное число (-b) Это возможно из-за того, что числовой набор представляет не прямую, а кольцо ДК унифицирует алгоритмы выполнения операций знаковых и беззнаковых чисел в ЭВМ (упрощение архитектуры)

154 Представление целых чисел Считается, что в ДК переводятся только отрицательные числа Представления неотрицательных чисел в ПК и ДК совпадают Алгоритмы перевода ПК->ДК и ДК->ПК совпадают: Инвертирование +1

155 Представление целых чисел N=5 (жирным – знаковый разряд) ПК->ДК ПК числа +12: ОК числа -12: ДК числа -12: ДК->ПК ДК числа -12: Инверсия ДК: (это не ОК!) ПК числа +12:

156 Представление целых чисел Знаковые числа (n=3) = = = = 8 различных = 3 10 значений = (переполнение!) = = = = 0 10

157 Представление целых чисел min – 1 => max max + 1 => min >0 max 0 min <0

158 Представление целых чисел (n=5) Пример выполнения операции 12-5: 12: ПК = : ПК = (+5) ОК = (-5) ДК = (-5) = = (1) = 7 10 Ноль в знаковом разряде – признак ПК (1) 00111

159 Представление целых чисел Признак переполнения – наличие нечётного суммарного количества «единиц» в четырёх знаковых разрядах операндов и результата (включая теряющийся разряд – при наличии) -6: ПК= , ОК= , ДК= : ПК= , ОК= , ДК= Переполнение произошло, результат неверен > +15(1) 01111

160 Представление целых чисел Единица в знаковом разряде – признак ДК (n=5) Пример выполнения операции 8+10: 8: ПК= :ПК= Переполнение произошло, результат неверен ДК= , х= , ПК= = > -14(0) 10010

161 Представление целых чисел Допускается запись в память числа без знака, а чтение со знаком (и наоборот), например: BC++ 3.1: unsigned int k = -200; short int p = 40000; cout<<k<<p; MS VS 2008 (C#) short x = 20000, y = 20000; short z = (short)(x + y); MessageBox.Show(z.ToString());

162 Представление целых чисел Диапазоны хранимых значений: беззнаковые – [0; 2 n -1] Знаковые – [-2 n-1 ; 2 n-1 -1] Стандартные типы в ЭВМ 8 битов (unsigned char, byte / char, shortint) – [0; 255], [-128; 127] 16 битов (unsigned short int, word / short int, integer) – [0; 65535], [-32768; 32767] 32 бита (unsigned long int, cardinal / long int, longint) – [0; 4.2 млрд], [-2.1 млрд; 2.1 млрд] 64 бита (int64) – [0; ], [-2 63 ; ]

163 Кодирование символьной информации

164 Кодирование символьной информации Таблица ASCII – American Standard Code for Information Interchange 1 символ = 8 битов 2 8 =256 символов: – базовая часть – расширенная часть

165 Кодирование символьной информации КОИ8-Р CP-1251 CP866ISO Пример: юяЁюёшЄх фтр фюяюыэшЄхыэї срыыр є ыхъЄюЁр ш эшъюьє юс ¤Єюь эх ЁрёёърчтрщЄх

166 Кодирование символьной информации Unicode – стандарт 1991 года 1 символ = 16 бит 2 16 = символов совпадает с ASCII (для совместимости) Кодирует символы почти всех письменных языков Избавляет от необходимости переключать кодовые страницы Поддерживает написание LTR и RTL Поддерживает кодирование little-endian и big- endian – определяется в начале файла после маркера последовательности байтов

167 Кодирование символьной информации Не поддерживает вертикальное письмо (поддержку должны обеспечивать текстовые редакторы) Поддерживает формы нормализации (композиции и декомпозиции) Поддерживает таблицы совместимой декомпозиции