К инструментальному программному обеспечению относятся средства разработки программного обеспечения. Это системы программирования, включающие программные средства, необходимые для автоматического построения машинного кода. Они являются инструментами для программистов- профессионалов и позволяют разрабатывать программы на различных языках программирования.

В состав средств разработки программного обеспечения входят следующие программы:

• ассемблеры – компьютерные программы, осуществляющие преобразование программы в форме исходного текста на языке ассемблера в машинные команды в виде объектного кода;
• трансляторы – программы, выполняющие трансляцию программы;
• компиляторы – программы, переводящие текст программы на языке высокого уровня в эквивалентную программу на машинном языке;
• интерпретаторы – программы, анализирующие команды или операторы программы и тут же выполняющие их;
• компоновщики (редакторы связей) – программы, которые производят компоновку – принимают на вход один или несколько объектных модулей и собирают по ним исполнимый модуль;
• препроцессоры исходных текстов – это компьютерные программы, принимающие данные на входе, и выдающие данные, предназначенные для входа другой программы, например такой, как компилятор;
• отладчики (debugger) – программы, являющиеся модулем среды разработки или отдельным приложением, предназначенным для поиска ошибок в программе;
• специализированные редакторы исходных текстов – программы, необходимые для создания и редактирования исходного кода программ. Специализированный редактор исходных текстов может быть отдельным приложением или встроенным в интегрированную среду разработки и др.

Языки, представляющие алгоритмы в виде последовательности читаемых (не двоично-кодированных) команд, называются алгоритмическими языками. Алгоритмические языки подразделяются на машинно-ориентированные, процедурно-ориентированные и проблемно-ориентированные.

Машинно-ориентированные языки относятся к языкам программирования низкого уровня – программирование на них наиболее трудоемко, но позволяет создавать оптимальные программы, максимально учитывающие функционально-структурные особенности конкретного компьютера. Программы на этих языках, при прочих равных условиях, будут более короткими и быстрыми. Кроме того, знание основ программирования на машинно-ориентированном языке позволяет специалисту подробнейшим образом разобраться с архитектурой компьютера. Большинство команд машинно-ориентированных языков при трансляции (переводе) на машинный (двоичный) язык генерируют одну машинную команду.

Процедурно-ориентированные и проблемно-ориентированные языки относятся к языкам высокого уровня, использующим макрокоманды. Макрокоманда при трансляции генерирует много машинных команд (для процедурноориентированного языка это соотношение в среднем "1 к десяткам машинных команд", а для проблемно-ориентированного – "1 к сотням машинных команд". Процедурноориентированные языки программирования являются самыми используемыми (Basic, Visual Basic, Pascal, Borland Delphi, С и др.). В этом случае программист должен описывать всю процедуру решения задачи, тогда как проблемно-ориентированные языки (их называют также непроцедурными) позволяют лишь формально идентифицировать проблему и указать состав, структуры представления и форматы входной и выходной информации для задачи.

При выполнении инструкций программ компьютеру необходимо преобразовать удобные для человеческого восприятия операторы, написанные на каком-либо языке программирования, в форму, попятную для компьютера. Инструментальное программное обеспечение имеет специальные программы, транслирующие (translate) текст программ, написанных на различных языках программирования, в машинные коды, которые затем выполняются компьютером. Этот вид программного обеспечения называется компилятором или интерпретатором. Текст программы, написанной на языке программирования высокого уровня, до того как быть преобразованным в машинные коды, называется исходным кодом (source code). Компилятор (compiler) преобразует исходный код в машинные коды, называемые объектным кодом (object code) – программой на выходном языке транслятора. Перед выполнением происходит процесс редактирования связей (linkage editing), заключающийся в том, что модули выходной программы объединяются с другими модулями объектного кода, содержащими, например, данные. Результирующий загрузочный модуль – это команды, непосредственно выполняемые компьютером. Некоторые языки программирования содержат не компилятор, а интерпретатор (interpreter), который преобразует каждое отдельное выражение исходного кода в машинные коды и сразу выполняет их. Интерпретатор удобен на этапе отладки программы, так как обеспечивает быструю обратную связь при обнаружении ошибки в исходном коде. Основы программирования на языке высокого уровня Visual Basic изложены в гл. 12 настоящего учебника.

К инструментальному ПО относят также некоторые системы управления базами данных (СУБД). СУБД – это специализированный комплекс программ, предназначенный для организации и ведения баз данных. Так как системы управления базами данных не являются обязательным компонентом вычислительной системы, их не относят к системному программному обеспечению. А так как отдельные СУБД осуществляют лишь служебную функцию при работе других видов программ (веб-серверы, серверы приложений), их не всегда можно отнести к прикладному программному обеспечению. По этим причинам их часто относят к инструментальному программному обеспечению.

Основные функции таких СУБД:

• управление данными во внешней памяти (на дисках);
• управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;
• фиксация изменений в специальных журналах, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;
• поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

Теоретические основы СУБД описаны выше (параграф 3.2), а практическое применение описано в гл. 10.

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.

Предмет: Технология разработки программных продуктов.

Тема:Инструментальные средства коллективной разработки программного обеспечения.

Образовательная

Ознакомление с инструментальными средствами коллективной разработки ПО.

Развивающая:

Развивать умение слушать других, делать выводы и обобщать полученные знания

Воспитательная:

Воспитывать чувство значимости предмета в профессиональной деятельности, аккуратности в работе

Межпредметные связи:

Английский язык

Операционные системы

Информационные технологии

Основы алгоритмизации и программирования

Оборудование: доска, мел, письменные принадлежности, проектор, ПК

Тип урока: комбинированный

Метод обучения: Объяснительно иллюстративный

Ход урока:

1.Организационный момент

Проверка готовности кабинета

Объявление темы

2. Постановка цели урока

3.Повторение пройденного материала

Инструменты разработки программных средств.

Инструментальные среды разработки и сопровождения программных средств и принципы их классификации

Основные классы инструментальных сред разработки и сопровождения программных средств

Инструментальные среды программирования

4.Сообщение новых знаний

Понятие компьютерной технологии разработки программных средств и ее рабочие места

Инструментальные системы технологии программирования

Инструментальные средства разработки программ

5. Восприятие и осознание учащимися нового материала

6. Осмысление обобщение и систематизация знаний

7. Подведение итогов урока ипостановка домашнего задания

Выучить содержимое темы

Гагарина Л.Г. стр. С.257-259.

Ответить на вопросы:

16.4. Понятие компьютерной технологии разработки программных средств и ее рабочие места

Имеются некоторые трудности в выработке строгого определения CASE-технологии (компьютерной технологии разработки ПС). CASE - это абревиатура от английского Computer-Aided Software Engineering (Компьютерно-Помогаемая Инженерия Программирования). Но без помощи (поддержки) компьютера ПС уже давно не разрабатываются (используется хотя бы компилятор). В действительности, в это понятие вкладывается более узкий (специальный) смысл, который постепенно размывается (как это всегда бывает, когда какое-либо понятие не имеет строгого определения). Первоначально под CASE понималась инженерия ранних этапов разработки ПС (определение требований, разработка внешнего описания и архитектуры ПС) с использованием программной поддержки (программных инструментов). Теперь под CASE может пониматься и инженерия всего жизненного цикла ПС (включая и его сопровождение), но только в том случае, когда программы частично или полностью генерируются по документам, полученным на указанных ранних этапах разработки. В этом случае CASE-технология стала принципиально отличаться от ручной (традиционной) технологии разработки ПС: изменилось не только содержание технологических процессов, но и сама их совокупность.

В настоящее время компьютерную технологию разработки ПС можно характеризовать использованием

• программной поддержки для разработки графических требований и графических спецификаций ПС,
• автоматической генерации программ на каком-либо языке программирования или в машинном коде (частично или полностью),
• программной поддержки прототипирования.

Говорят также, что компьютерная технология разработки ПС является "безбумажной", т.е. рассчитанной на компьютерное представление программных документов. Однако, уверенно отличить ручную технологию разработки ПС от компьютерной по этим признакам довольно трудно. Значит, самое существенное в компьютерной технологии не выделено.

На наш взгляд, главное отличие ручной технологии разработки ПС от компьютерной заключается в следующем. Ручная технология ориентирована на разработку документов, одинаково понимаемых разными разработчиками ПС, тогда как компьютерная технология ориентирована на обеспечение семантического понимания (интерпретации) документов программной поддержкой компьютерной технологии. Семантическое понимание документов дает программной поддержке возможность автоматически генерировать программы. В связи с этим существенной частью компьютерной технологии становится использование формальных языков уже на ранних этапах разработки ПС: как для спецификации программ, так и для спецификации других документов. В частности, широко используются формальные графические языки спецификаций. Именно это позволяет рационально изменить и саму совокупность технологических процессов разработки и сопровождения ПС.

Из проведенного обсуждения можно определить компьютерную технологию разработки ПС как технологию программирования, в которой используются программные инструменты для разработки формализованных спецификаций программ и других документов (включая и графические спецификации) с последующей автоматической генерацией программ и документов (или хотя бы значительной их части) по этим спецификациям.

Теперь становятся понятными и основные изменения в жизненном цикле ПС для компьютерной технологии. Если при использовании ручной технологии основные усилия по разработке ПС делались на этапах собственно программирования (кодирования) и отладки (тестирования), то при использовании компьютерной технологии - на ранних этапах разработки ПС (определения требований и функциональной спецификации, разработки архитектуры). При этом существенно изменился характер документации. Вместо целой цепочки неформальных документов, ориентированной на передачу информации от заказчика (пользователя) к различным категориям разработчикам, формируются прототип ПС, поддерживающий выбранный пользовательский интерфейс, и формальные функциональные спецификации (иногда и формальные спецификации архитектуры ПС), достаточные для автоматического синтеза (генерации) программ ПС (или хотя бы значительной их части). При этом появилась возможность автоматической генерации части документации, необходимой разработчикам и пользователям. Вместо ручного программирования (кодирования) - автоматическая генерация программ, что делает не нужной автономную отладку и тестирование программ: вместо нее добавляется достаточно глубокий автоматический семантический контроль документации. Появляется возможность автоматической генерации тестов по формальным спецификациям для комплексной (системной ) отладки ПС. Существенно изменяется и характер сопровождения ПС: все изменения разработчиком-сопроводителем вносятся только в спецификации (включая и прототип), остальные изменения в ПС осуществляются автоматически.

С учетом сказанного жизненный цикл ПС для компьютерной технологии можно представить следующей схемой (рис. 16.3).

Рис. 16.3. Жизненный цикл программного средства для компьютерной технологии.

Прототипирование ПС является необязательным этапом жизненного цикла ПС при компьютерной технологии, что на рис. 16.3 показано пунктирной стрелкой. Однако использование этого этапа во многих случаях и соответствующая компьютерная поддержка этого этапа является характерной для компьютерной технологии. В некоторых случаях прототипирование делается после (или в процессе) разработки спецификаций ПС, например, в случае прототипирования пользовательского интерфейса. Это показано на рис. 16.3 пунктирной возвратной стрелки. Хотя возврат к предыдущим этапам мы допускаем на любом этапе, но здесь это показано явно, так как прототипирование является особым подходом к разработке ПС (см. лекцию 3). Прототипирование пользовательского интерфейса позволяет заменить косвенное описание взаимодействия между пользователем и ПС при ручной технологии (при разработке внешнего описания ПС) прямым выбором пользователем способа и стиля этого взаимодействия с фиксацией всех необходимых деталей. По существу, на этом этапе производится точное описание пользовательского интерфейса, понятное программной поддержке компьютерной технологии, причем с ответственным участием пользователя. Все это базируется на наличие в программной поддержке компьютерной технологии настраиваемой оболочки с обширной библиотекой заготовок различных фрагментов и деталей экрана. Такое прототипирование, по-видимому, является лучшим способом преодоления барьера между пользователем и разработчиком.

Разработка спецификаций ПС распадается на несколько разных процессов. Если исключить начальный этап разработки спецификаций (определение требований), то в этих процессах используются методы, приводящие к созданию формализованных документов, т. е. используются формализованные языки спецификаций. При этом широко используются графические методы спецификаций, приводящие к созданию различных схем и диаграмм, которые определяют структуру информационной среды и структуру управления ПС. К таким структурам привязываются фрагменты описания данных и программ, представленные на алгебраических языках спецификаций (например, использующие операционную или аксиоматическую семантику), или логических языках спецификаций (базирующихся на логическом подходе к спецификации программ). Такие спецификации позволяют в значительной степени или полностью автоматически генерировать программы. Существенной частью разработки спецификаций является создание словаря именованных сущностей, используемых в спецификациях.

Автоматизированный контроль спецификаций ПС использует то обстоятельство, что значительная часть спецификаций представляется на формальных языках. Это позволяет автоматически осуществлять различные виды контроля: синтаксический и частичный семантический контроль спецификаций, контроль полноты и состоятельности схем и диаграмм (в частности, все их элементы должны быть идентифицированы и отражены в словаре именованных сущностей), сквозной контроль сбалансированности уровней спецификаций и другие виды контроля в зависимости от возможностей языков спецификаций.

Генерация программ ПС. На этом этапе автоматически генерирует скелеты кодов программ ПС или полностью коды этих программ по формальным спецификациям ПС.

Автоматизированное документирование ПС. Предполагает возможность генерации различных форм документов с частичным заполнением их по информации, хранящейся в репозитории. При этом количество видов документов сокращается по сравнению с традиционной технологией.

Комплексное тестирование и отладка ПС. На этом этапе тестируются все спецификации ПС и исправляются обнаруженные при этом ошибки. Тесты могут создаваться как вручную, так и автоматически (если это позволяют используемые языки спецификаций) и пропускаются через сгенерированные программы ПС.

Аттестация ПС имеет прежнее содержание.

Сопровождение ПС существенно упрощается, так как основные изменения делаются только в спецификациях.

Рабочее место компьютерной технологии разработки ПС представляет собой инструментальную среду, поддерживающую все этапы жизненного цикла этой технологии. В этой среде существенно используется репозиторий. В репозитории хранится вся информация, создаваемая в процессе разработки ПС (в частности, словарь именованных сущностей и все спецификации). По существу, рабочее место компьютерной технологии является интегрированным хотя бы по пользовательскому интерфейсу и по данным. Основными инструментами такого рабочего места являются:

• конструкторы пользовательских интерфейсов;
• инструмент работы со словарем именованных сущностей;
• графические и тестовые редакторы спецификаций;
• анализаторы спецификаций;
• генератор программ;
• документаторы.

14.5. Инструментальные системы технологии программирования

Инструментальная система технологии программирования - это интегрированная совокупность программных и аппаратных инструментов, поддерживающая все процессы разработки и сопровождения больших ПС в течение всего его жизненного цикла в рамках определенной технологии. Выше уже отмечалось (см. п. 14.3), что она помимо интегрированности обладает еще свойствами комплексности и ориентированности на коллективную разработку. Это означает, что она базируется на согласованности продукции технологических процессов. Тем самым, инструментальная система в состоянии обеспечить, по крайней мере, контроль полноты (комплектности) создаваемой документации (включая набор программ) и согласованности ее изменения (версионности). Поддержка инструментальной системой фазы сопровождения ПС, означает, что она должна обеспечивать управление конфигурацией ПС . Кроме того, инструментальная система поддерживает управление работой коллектива и для разных членов этого коллектива обеспечивает разные права доступа к различным фрагментам продукции технологических процессов и поддерживает работу менеджеров по управлению коллективом разработчиков. Инструментальные системы технологии программирования представляют собой достаточно большие и дорогие ПС, чтобы как-то была оправданна их инструментальная перегруженность. Поэтому набор включаемых в них инструментов тщательно отбирается с учетом потребностей предметной области, используемых языков и выбранной технологией программирования.

С учетом обсужденных свойств инструментальных систем технологии программирования можно выделить три их основные компоненты:

• репозиторий,
• инструментарий,
• интерфейсы.

Инструментарий - набор инструментов, определяющий возможности, предоставляемые системой коллективу разработчиков. Обычно этот набор является открытым и структурированным. Помимо минимального набора (встроенные инструменты ), он содержит средства своего расширения (импортированными инструментами ). Кроме того, в силу интегрированности по действиям он состоит из некоторой общей части всех инструментов (ядра ) и структурных (иногда иерархически связанных) классов инструментов.

Интерфейсы разделяются на пользовательский и системные. Пользовательский интерфейс обеспечивает доступ разработчикам к инструментарию. Он реализуется оболочкой системы. Системные интерфейсы обеспечивают взаимодействие между инструментами и их общими частями. Системные интерфейсы выделяются как архитектурные компоненты в связи с открытостью системы - их обязаны использовать новые (импортируемые ) инструменты, включаемые в систему.

Самая общая архитектура инструментальных систем технологии программирования представлена на рис. 16.4.

Рис. 16.4. Общая архитектура инструментальных систем технологии программирования.

Различают два класса инструментальных систем технологии программирования: инструментальные системы поддержки проекта и языково-зависимые инструментальные системы.

Инструментальная система поддержки проекта - это открытая система, способная поддерживать разработку ПС на разных языках программирования после соответствующего ее расширения программными инструментами, ориентированными на выбранный язык. Набор инструментов такой системы поддерживает разработкой ПС, а также содержит независимые от языка программирования инструменты, поддерживающие разработку ПС (текстовые и графические редакторы, генераторы отчетов и т.п.). Кроме того, он содержит инструменты расширения системы. Ядро такой системы обеспечивает, в частности, доступ к репозиторию.

Языково-зависимая инструментальная система - это система поддержки разработки ПС на каком-либо одном языке программирования, существенно использующая в организации своей работы специфику этого языка. Эта специфика может сказываться и на возможностях ядра (в том числе и на структуре репозитория), и на требованиях к оболочке и инструментам. Примером такой системы является среда поддержки программирования на Аде (APSE ).

7.1. Инструментальные средства разработки программ

Инструментальное программное обеспечение (Software tools) - программное обеспечение, используемое в ходеразработки, корректировки или развития других программ:

редакторы, компиляторы, отладчики, вспомогательные системныепрограммы, графические пакеты и др.

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

7.1.2. Выбор языка программирования

Существующие на сегодняшний день языкипрограммирования 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 C++. Действительно, он имеет ряд достоинств:

Масштабируемость. На языке C++ разрабатываютпрограммы 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, требуетосторожного использования;

Возможность создания обобщенных алгоритмов для разных типов данных, их специализация и вычисления на этапе компиляции, используя шаблоны.

При этом язык C++ обладает рядом существенныхнедостатков:

Подключение интерфейса внешнего модуля через препроцессорную вставку заголовочного файла (#include)серьезно замедляет компиляцию при подключении большогоколичества модулей;

Недостаток информации о типах данных во времякомпиляции;

Сложность для изучения и компиляции;

Некоторые преобразования типов неинтуитивны. Вчастности, операция над беззнаковым и знаковым числамивыдает 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 второстепенныхпроектов иногда используется Visual Basic. Язык Javaрассматривался 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 компиляторомбольшого количества не только синтаксических, но и семантических ошибок.

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

Создателем языка является сотрудник Microsoft Андреас Хейлсберг. Он стал известным в мире программистов задолго дотого, 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, С# создавался как язык компонентного программирования, и в этом одно из главных достоинств языка, направленное на возможностьповторного использования созданных компонентов.

Другие достоинства языка С#:

Сохраняет лучшие черты популярных языковпрограммирования 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 С# хотя идопускаются, но не поощряются такие опасные свойства C++,

как указатели, адресация, разыменование, адреснаяарифметика;

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 С# создавался параллельно с данной средой;

Благодаря каркасу Framework .Net, ставшему надстройкой над операционной системой, программисты С# 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 удобствопостроения 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 инекоторые другие. Каждый из вышеописанных языков имеет своиособенности и, соответственно, свою область применения. В настоящее время универсальные языки программированияприменяются 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, TeX);

Удаленная обработка информации (Perl, PHP, 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 чистотеоретический интерес (Focal, PL/1 и др.). В значительной степени это связано с такими факторами:

Наличие среды программирования, поддерживающейразработку приложений на конкретном языкепрограммирования;

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 длясоздания конкретных типов программного обеспечения. К нимотносят:

Языки баз данных;

Языки создания сетевых приложений;

Языки создания систем искусственного интеллекта и т. д.

Специализированные языки пользователя обычно являютсячастью профессиональных сред пользователя, характеризуютсяузкой направленностью и разработчиками программногообеспечения не используются.

Языки низкого уровня позволяют осуществлятьпрограммирование практически на уровне машинных команд. При этомполучают самые оптимальные как с точки зрения времени

выполнения, так и с точки зрения объема необходимой памятипрограммы. Недостатком их является то, что они не поддерживают принципов структурного программирования .

В настоящее время языки типа ассемблера обычноиспользуют:

При написании сравнительно простых программ, дляобращения 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 программированияопределяется опытом разработчика, требованиями ведущей разработку организации или просто устоявшимся мнением.

7.7.3. Выбор среды программирования

Интегрированной средой разработки программного обеспечения называют систему программных средств, используемуюпрограммистами для разработки программного обеспечения .

Обычно среда разработки включает в себя текстовыйредактор, компилятор и/или интерпретатор, компоновщик, отладчик и справочную систему. Иногда также содержит системууправления версиями и разнообразные инструменты для упрощения конструирования графического интерфейса пользователя.

Многие современные среды разработки также включают инспектор объектов, браузер классов и диаграмму иерархии классов,которые используются для объектно-ориентированной разработки ПО.

Обычно среда разработки предназначается для одногоопределенного языка программирования, как, например, Visual Basic или Deiphi, но существуют среды разработки, предназначенные для нескольких языков, такие как Eclipse или Microsoft Visual Studio.

Примеры сред разработки - Turbo Pascal, Borland C++, GNU toolchain, DrPython.

В последнее время, с развитием объектно-ориентированного программирования, широкое распространение получилиупоминавшиеся ранее среды визуального программирования, в

которых наиболее распространенные блоки программного кодапредставлены в виде графических объектов.

Наиболее часто используемыми являются визуальные среды Delphi, C++ Builder фирмы Borland (Inprise Corporation), Visual C++, Visual Basic фирмы Microsoft, Visual Ada фирмы IBM и др.

Большую популярность в наши дни получила технология.NET Framework, предложенная фирмой Microsoft в качестве платформы для создания как обычных программ, так ивеб-приложений. Основным преимуществом.NET являетсясовместимость различных служб, написанных на разных языках.

Например, служба, написанная на C++ для.NET, может обратиться к методу класса из библиотеки, написанной на Delphi; на С#можно написать класс, наследующий от класса, написанного на Visual Basic .NET, а исключение, выброшенное методом, написанным на С#, может быть поймано и обработано в Delphi.

Так же как и в случае с выбором языка программирования, выбор среды программирования определяется характеромпроекта, привычками и навыками разработчика, веяниями времени, требованиями заказчика и просто общественным мнением: «Все подобные разработки должны выполняться в среде...

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.

Технология программирования в целом и средства поддержки разработки ПО, в частности, развиваются настолько быстро, что даже простое перечисление основ­ных инструментальных систем заняло бы в этой книге слишком много места. Вот почему ниже мы остановимся кратко лишь на нескольких проектах в области технологии программирования, которые интересны в контексте данного издания.

Любая развитая технологическая система должна поддерживать все основные этапы создания проектируемого программного комплекса. Для достижения этой цели в общей структуре типовой технологической системы поддержки разработ­ки (рис. 6.3) обычно выделяют базу данных проекта; подсистему автоматизации проектирования и программирования; подсистемы отладки, документирования и сопровождения, а также подсистему управления ходом выполнения проекта.

Рис. 6.3. Общая структура типовой технологической системы поддержки разработки

Развитые библиотечные системы поддержки разработки используются в настоя­щее время во всем мире во всех сколько-нибудь серьезных программных проек­тах. Но в подавляющем большинстве случаев такие системы достигли уровня удобства работы с ними квалифицированных программистов. Нас же, прежде всего, интересуют системы и проекты, в которых имеются тенденции к экспли­цитному представлению технологических знаний, даже если они и не базируют­ся на идеях и методах ИИ.

Один из таких проектов - Gandalf - ориентирован на ав­томатизированную генерацию систем разработки программного обеспечения. Исследования, выполняемые в рамках проекта Gandalf, касаются трех аспектов поддержки проектирования ПО: управление проектом, контроль версий и инкрементное программирование, а также интеграция их в единую среду. Управление в Gandalf-среде базируется на предположении, что разрабатываемый проект дол­жен трактоваться как множество абстрактных типов данных, над которыми могут выполняться лишь определенные операции. Средством, реализующим данную концепцию, явилась система SDC (Software Development Control), представляю­щая собой набор программ, первоначально реализованных на языке Shell в систе­ме UNIX, а позднее переведенная на язык С.

Исследования в области контроля версий были начаты еще Л. Коопридером на базе проекта FAFOS , где изначально анализировались возможности создания семейства операционных систем. Была разработана нота­ция для описания взаимодействия между подсистемами, для описания различ­ных версий подсистем (исходного и объектного кода, документации и т. п.) и для описания действующих на этапе разработки механизмов (компиляция, редакти­рование связей и т. п.). Затем был создан специальный язык Intercol как средство описания взаимосвязи и версий модулей в системе. И, наконец, в систему были встроены знания о том, как конструировать систему из частей, не заставляя зани­маться этим пользователя. В развитие этих работ была создана система SUCE, в рамках которой отслеживались различия между реализациями (версиями, кото­рые действительно дают код для ряда спецификаций) и композициями (версия­ми, определяющими новые подсистемы как группы существующих подсистем).

В системе LOIPE (Language-Oriented Incremental Programming Environment) инкрементная компиляция выполняется на уровне отдельной процедуры. Достоин­ством такого подхода является то, что при коррекции процедуры на уровне ло­кальных объектов или типов перекомпилируется только она. Если же меняется спецификация, то перекомпилируются и все зависящие от нее процедуры. Поль­зовательский интерфейс с LOIPE-системой базируется на подсистеме синтакси­чески-ориентированного редактирования ALOE (A Language-Oriented Editor). Целью разработки этой подсистемы было исследование возможности создания и использования синтаксически-ориентированных редакторов в качестве базиса для сред программирования.

Анализ литературы последних лет по технологии программирования показыва­ет, что новой ветвью в технологии промышленной разработки и реализации, сложных и значительных по объему систем программного обеспечения явля­ется CASE-технология (Computer Aided Software Engineering) .

Первоначально CASE-технология появилась в проектах создания промышлен­ных систем обработки данных. Это обстоятельство наложило свой отпечаток и на инструментальные средства CASE-технологии, где самое серьезное внимание уделялось, по крайней мере, в ранних CASE-системах, поддержке проектирова­ния информационных потоков. В настоящее время наблюдается отход от ориен­тации на системы обработки данных, и инструментальные средства CASE-тех­нологии становятся все более универсальными.

Все средства поддержки CASE-технологии делятся на две большие группы: САSE-Toolkits и CASE-Workbenches. Хороших русских эквивалентов этим терми­нам нет. Однако первые часто называют «инструментальными сундучками» (па­кетами разработчика, технологическими пакетами), а вторые - «станками для производства программ» (технологическими линиями).

По определению CASE-Toolkit - коллекция интегрированных программных средств, обеспечивающих автоматическое ассистирование в решении задач одно­го типа в процессе создания программ.

Такие пакеты используют общее «хранилище» для всей технической и управля­ющей информации по проекту (репозиторий), снабжены общим интерфейсом с пользователем и унифицированным интерфейсом между отдельными инстру­ментами пакета. Как правило, CASE-Toolkit концентрируются вокруг поддерж­ки разработки одной фазы производства программ или на одном типе приклад­ных задач.

Все вышесказанное справедливо и по отношению к CASE-WorkBench. Но здесь, кроме того, обеспечивается автоматизированная поддержка анализа решаемых задач по производству программного обеспечения, которая базируется на общих предположениях о процессе и технологии такой деятельности; поддерживается автоматическая передача результатов работ от одного этапа к другому, начиная со стадии проектирования и кончая отчуждением созданного программного продук­та и его сопровождением.

Таким образом, CASE-WorkBench является естественным «замыканием» технологии разработки, реализации и сопровождения программного обеспечения.

В настоящее время «типовая» система поддержки CASE-технологии имеет функци­ональные возможности, представленные на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Функциональные возможности типовой системы поддержки CASE-технологии

Как следует из этой Н-диаграммы, в CASE-среде должны поддерживаться все ос­новные этапы разработки и сопровождения процессов создания программных систем. Однако уровень такой поддержки существенно различен. Так, например, если говорить об этапах анализа и проектирования, большинство инструмен­тальных пакетов поддерживает экранные и отчетные формы, создание прототипов, обнаружение ошибок. Значительная часть этих средств предназначена для ПЭВМ. Многие поддерживают такие широко используемые методологии, как структурный анализ DeMarco или Gane/Sarson, структурное проектирование Yourdan/Jackson и некоторые другие. Существуют специализированные пакеты разработчиков для создания информационных систем, например Ana Tool (Ad­vanced Logical Software) для Macintosh; CA-Universe/Prototype (Computer Asso­ciates International) для ПЭВМ. Имеются CASE-среды и для поддержки разра­ботки систем реального времени.

В среде разработчиков ПО существуют две оценки данного подхода: часть из них считает, что CASE-технология кардинально меняет процессы разработки и эксп­луатации ПО, другие отрицают это и оставляют за инструментальными сред­ствами CASE лишь функцию автоматизации рутинных работ . Од­нако анализ литературы показывает, что CASE средства все-таки «сдвигают» технологии разработки ПО с управления выполнением проектов в сторону мето­да прототипизации. И этот сдвиг, на наш взгляд, чрезвычайно важная тенденция в современной технологии программирования.