Основные этапы программирования как науки 1 этап - «Стихийное» программирование (до середины 60х годов XX века) 2 этап - Структурный подход к программированию. - презентация

1 Основные этапы программирования как науки 1 этап - «Стихийное» программирование (до середины 60х годов XX века) 2 этап - Структурный подход к программированию (60-70-е годы XX в.) 3 этап - Объектный подход к программированию (с середины 80-х до конца 90-х годов) 4 этап - Компонентный подход и CASE-технологии (с середины 90-х годов XX в. до наст. времени)

2 «Стихийное» программирование - отсутствие технологий, программирование - искусство. Программы простейшей структуры: состояли из программы на машинном языке и обрабатываемых ею данных:. Сложность программ в машинных кодах ограничивалась способностью программиста одновременно мысленно отслеживать последовательность выполняемых операций и местонахождение данных при программировании

3 «Стихийное» программирование Появление ассемблеров - вместо двоичных и 16- ричных кодов стали использоваться символические имена данных и мнемоники кодов операций более «читаемые» программы Создание ЯП высокого уровня (FORTRAN, ALGOL) упростило программирование вычислений, снизив уровень детализации операций. Это позволило увеличить сложность программ

4 «Стихийное» программирование Революционным стало появление средств работы с подпрограммами (п/п). (Идея написания п/п появилась раньше, но отсутствовали средства поддержки) снижало эффективность их применения.) П/п можно было сохранять и использовать в других программах. В результате были созданы огромные библиотеки расчетных и служебных подпрограмм.

5 «Стихийное» программирование Программа состояла из основной программы, области глобальных данных и набора п/п (библиотечных), выполняющих обработку всех данных или их части. Слабое место - при числа п/п возрастала вероятность искажения части глобальных данных какой-либо подпрограммой

6 «Стихийное» программирование Для количество таких ошибок - в п/п размещать локальные данные : Сложность разрабатываемого ПО по-прежнему ограничивалась возможностью программиста отслеживать процессы обработки данных, но уже на новом уровне. Но появление средств поддержки п/п позволило осуществлять разработку ПО нескольким программистам параллельно.

7 «Стихийное» программирование В начале 60-х г XX в. -«кризис программирования»: фирмы, разрабатывающие сложное ПО, срывали сроки завершения проектов. Проект устаревал раньше, чем был готов к внедрению, увеличивалась его стоимость, многие проекты никогда не были завершены.

8 «Стихийное» программирование Объективная причина - несовершенство ТП. Стихийно использовалась разработка «снизу-вверх»: вначале проектировали и реализовывали простые п/п, из них строили сложную программу. Без четких моделей описания и методов проектирования создание п/п – сложная задача, интерфейсы получались сложными, при сборке программы - ошибки согласования. Исправление ошибок изменение п/п в п/п вносились новые ошибки, которые необходимо исправлять... В итоге процесс тестирования и отладки > 80% времени разработки или вообще не заканчивался. Встал вопрос разработки технологии создания сложных программных продуктов, снижающей вероятность ошибок проектирования.

9 Структурный подход -совокупность рекомендуемых технологических приемов, охватывающих выполнение всех этапов разработки ПО. В основе - декомпозиция сложных систем с целью последующей реализации в виде отдельных небольших (до 50 операторов) п/п. С появлением других принципов декомпозиции (объектной, логической и т.д.) данный способ получил название процедурной декомпозиции.

10 Структурный подход Структурный подход - представление задачи в виде иерархии подзадач простейшей структуры. Проектирование - «сверху-вниз»: реализация общей идеи + проработка интерфейсов п/п. Вводились ограничения на конструкции алгоритмов, рекомендовались формальные модели их описания, метод проектирования алгоритмов - пошаговой детализации. Поддержка принципов структурного программирования была заложена в основу процедурных ЯП. Они включали основные «структурные» операторы передачи управления, поддерживали вложение подпрограмм, локализацию и ограничение области «видимости» данных. ЯП: PL/1, ALGOL-68, Pascal, С.

11 Структурный подход Одновременно появилось множество языков, базирующихся на других концепциях. Большинство из них не выдержало конкуренции, какие-то были забыты, идеи других были в использованы в следующих версиях развиваемых языков. Дальнейший рост сложности и размеров ПО потребовал развития структурирования данных. Появляется возможность определения пользовательских типов данных. Для количество ошибок - стремление разграничить доступ к глобальным данным программы. Появилась и начала развиваться технология модульного программирования.

12 Модульное программирование -выделение групп п/п с общими глобальными данными в отдельно компилируемые модули (библиотеки п/п): модуль графических ресурсов и др. Связи между модулями - через специальный интерфейс, доступ к реализации модуля запрещен. Эту технологию поддерживают современные версии языков Pascal, C++, языки Ада и Modula

13 Модульное программирование Модульное программирование упростило разработку ПО несколькими программистами. Каждый мог разрабатывать свои модули независимо, обеспечивая взаимодействие модулей через межмодульные интерфейсы. Модули можно было использовать в других разработках, это повысило производительность труда программистов. Практика показала, что структурный подход в сочетании с модульным программированием позволяет получать надежные программы размером до операторов. Узкое место - ошибка в интерфейсе выявляется только при выполнении п/п (из-за раздельной компиляции модулей). При размера программы возрастает сложность межмодульных интерфейсов Для разработки ПО большого объема было предложено использовать объектный подход.

14 Объектный подход: Программа - совокупность О. Каждый О - экземпляр класса. Классы - иерархию с наследованием свойств. Взаимодействие О - путем передачи сообщений. Объектная структура программы - впервые в языках имитационного моделирования Simula (60-е г.), Smalltalk (70-е г.), затем - в новых версиях ЯП: Pascal, C++, Modula, Java.

15 Объектный подход Достоинство ООП - «более естественная» декомпозиция ПО, это облегчает разработку более полная локализация данных возможность вести независимую разработку отдельных частей (объектов) программы. Объектный подход - новые способы организации программ на механизмах наследования, полиморфизма, инкапсуляции, композиции, что позволяет конструировать сложные объекты из простых. В результате - показатель повторного использования кодов, возможность создания библиотек классов.

16 Объектный подход Развитие ООП: созданы визуальные среды: Delphi, C++ Builder, Visual C++ для проектирования интерфейсов. Результат - заготовка программы, в которую уже внесены коды. Недостатки ООП в конкретных реализациях ЯП: нет стандартов компоновки результатов компиляции объектов в единое целое необходимость разработки ПО с использованием одного языка ЯП и компилятора необходимо наличие исходных кодов библиотек классов; изменение реализации одного программного О связано с перекомпиляцией модуля и перекомпоновкой всего ПО. Сохраняется зависимость модулей от адресов, полей, методов, структур и форматов данных. Модули взаимодействуют между собой. Связи модулей нельзя разорвать, но можно стандартизировать их взаимодействие - на этом основан компонентный подход к программированию.

17 Компонентный подход -построение ПО из компонентов – физически отдельных частей ПО, взаимодействие - через стандартизованные двоичные интерфейсы. Объекты-компоненты можно собрать в динамически вызываемые библиотеки (DLL), исполняемые файлы, распространять в двоичном виде без исходных текстов, использовать в ЯП, поддерживающем технологию. Рынок объектов - реальность, в Internet – множество компонентов возможность создания программ, состоящих из повторно использованных частей. Компонентный подход - в основе COM-технологий (Component Object Model), и технологии создания распределенных приложений CORBA (Common Object Request Broker Architecture). Технологии используют сходные принципы и различаются лишь особенностями их реализации.

18 Компонентный подход определяет общую парадигму взаимодействия программ любых типов: библиотек, приложений, ОС; позволяет одной части ПО использовать функции (службы), другой, независимо от того, где функционируют ли эти части: в пределах одного процесса, в разных процессах на одном компьютере или на разных компьютерах Технология СОМ (Microsoft) - развитие технологии OLEI (Object Linking and Embedding – связывание и внедрение объектов) DCOM (Distributed COM) – распределенная СОМ для передачи вызовов между ПК -

19 Компонентный подход На базе СОМ и DCOM: -OLE-automation - технология создания программируемых приложений для доступа к внутренним службам приложений ActiveX – на базе OLE-automation для создания ПО на одном и распределенных в сети ПК. Использует компоненты – элементы управления ActiveX Преимущества ActiveX: - быстрое написание программного кода; - открытость и мобильность – спецификации технологии в Open Group как основа открытого стандарта; - написание приложений с использованием знакомых средств разработки; - большое количество бесплатных программных элементов ActiveX; - стандартность - ActiveX основана на стандартах Internet (TCP/IP, HTML, Java) и стандартах COM, OLE.

20 Компонентный подход -MTS (Microsoft Transaction Server – сервер управления транзакциями) – технология безопасной и стабильной работы распределенных приложений при больших объемах передаваемых данных. - MIDAS (Multitier Distributed Application Server - сервер многозвенных распределенных приложений) – технология, организующая доступ к данным разных ПК с учетом балансировки нагрузки сети. Технология CORBA (разработка OMG - Object Management Group) - подход, аналогичный СОМ, но на базе объектов и интерфейсов CORBA. Программное ядро реализовано для всех основных аппаратных и программных платформ. CORBA - для создания распределенного ПО в гетерогенной вычислительной среде.

21 CASE - технологии Особенность современного этапа развития ТП - создание и внедрение автоматизированных технологий разработки и сопровождения программного обеспечения - CASE-технологий (Computer-Aided Software/System Engineering). Без средств автоматизации разработка сложного ПО невозможна: человек не в состоянии фиксировать все детали, необходимые при разработке ПО. Существуют CASE-технологии, поддерживающие структурный, объектный и компонентный подходы к программированию.

22 Проблемы разработки сложных программных систем Современные программные системы объективно очень сложны. Главная причина - логическая сложность решаемых задач В процесс компьютеризации вовлекаются новые предметные области, а для освоенных усложняются постановки задач. Другие факторы, увеличивающие сложность разработки ПС: сложность формального определения требований к ПС; отсутствие средств описания поведения дискретных систем с большим числом состояний при недетерминированной последовательности входных воздействий; коллективная разработка; необходимость увеличения степени повторяемости кодов.

23 Блочно-иерархический подход к созданию сложных систем В сложных системах - иерархическая внутренняя структура: связи элементов различны по типу и по силе, система - совокупность взаимозависимых подсистем. Внутренние связи элементов подсистем сильнее связей между подсистемами. Подсистемы разделяют на подсистемы и т.д. до нижнего «элементарного» уровня, где система состоит из немногих типов подсистем, по-разному организованных. Иерархии такого типа - «целое-часть». Поведение системы сложнее поведения отдельных частей, особенности системы обусловлены отношениями между ее частями, а не частями как таковыми.

24 Блочно-иерархический подход к созданию сложных систем. Другой вид иерархии – «простое - сложное»: любая система - результат развития более простой системы. Этот вид иерархии реализуется механизмом наследования ООП. Программные системы также иерархические. На этих свойствах - блочно-иерархический подход к исследованию и созданию систем: сначала создаются части объектов, затем из них собирается объект. Процесс разбиения сложного объекта на независимые части - декомпозиция. В процессе декомпозиции необходимо определить все виды связей частей между собой.

25 Блочно-иерархический подход к созданию сложных систем. При создании сложных объектов - многократная декомпозиция - метод пошаговой детализации. Выделяют аналогичные блоки, это степень повторяемости кодов и стоимость разработки. Результат декомпозиции - схема иерархии, на нижнем уровне - простые блоки, на верхнем – сам объект. На каждом уровне - описание блоков с определенной степенью детализации, абстрагируясь от несущественных деталей. Для каждого уровня - свои формы документации и свои модели. Для объекта в целом - общие требования, блоки нижнего уровня специфицируют так, чтобы из них можно собрать работающий объект. Чем больше блок, тем более абстрактно его описание.

26 Блочно-иерархический подход к созданию сложных систем. Соотношение абстрактного и конкретного в описании блоков при блочно-иерархическом подходе

27 Блочно-иерархический подход к созданию сложных систем В основе блочно-иерархического подхода - декомпозиция и иерархическое упорядочение. Другие принципы: непротиворечивость - контроль согласованности элементов; полнота - контроль на присутствие лишних элементов; формализация – строгость методического подхода; повторяемость – выделение одинаковых блоков; локальная оптимизация – в пределах уровня иерархии. Совокупность языков моделей, постановок задач, методов описаний иерархического уровня - уровень проектирования. Блочно-иерархический подход: упрощает проверку работоспособности системы и блоков; обеспечивает возможность модернизации систем.