Сущность и понятие инструментального программного обеспечения
Инструментальное программное обеспечение (ИПО) - программное обеспечение, предназначенное для использования в ходе проектирования, разработки и сопровождения программ.
Применяется инструментальное обеспечение в фазе разработки. Инструментальное программное обеспечение - это совокупность программ, используемых для помощи программистам в их работе, для помощи руководителям разработки программного обеспечения в их стремлении проконтролировать процесс разработки и получаемую продукцию. Наиболее известными представителями этой части программного обеспечения являются программы трансляторов с языков программирования, которые помогают программистам писать машинные команды. Инструментальными программами являются трансляторы с языков Фортран, Кобол, Джо-виал, Бейсик, АПЛ и Паскаль. Они облегчают процесс создания новых рабочих программ. Однако трансляторы с языков это только наиболее известная часть инструментальных программ; существует же их великое множество.
Использование вычислительных машин для помощи в создании новых программ далеко не очевидно для людей, не являющихся профессиональными программистами. Часто же бывает так, что профессионалы рассказывают об инструментальном (фаза разработки) и системном (фаза использования) программном обеспечении на едином дыхании, предполагая, что не посвященному в тайны их мастерства известно об этой роли инструментального программного обеспечения. Так же как и в фазе использования (для прикладных программ), системное обеспечение работает и в фазе разработки, но только совместно с инструментальным обеспечением. Инструментальное ПО или системы программирования - это системы для автоматизации разработки новых программ на языке программирования.
В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования (языке системного программирования) нужно иметь следующие компоненты:
1. Текстовый редактор для создания файла с исходным текстом программы.
2. Компилятор или интерпретатор. Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в промежуточный объектный код. Исходный текст большой программы состоит из нескольких модулей (файлов с исходными текстами). Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом, которые затем надо объединить в одно целое.
3. Редактор связей или сборщик, который выполняет связывание объектных модулей и формирует на выходе работоспособное приложение - исполнимый код.
Исполнимый код - это законченная программа, которую можно запустить на любом компьютере, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась. Как правило, итоговый файл имеет расширение.ЕХЕ или.СОМ.
В последнее время получили распространение визуальный методы программирования (с помощью языков описания сценариев), ориентированные на создание Windows-приложений. Этот процесс автоматизирован в средах быстрого проектирования. При этом используются готовые визуальные компоненты, которые настраиваются с помощью специальных редакторов.
Наиболее популярные редакторы (системы программирования программ с использованием визуальных средств) визуального проектирования:
Borland Delphi - предназначен для решения практически любых задачи прикладного программирования.
Borland C++ Builder - это отличное средство для разработки DOS и Windows приложений.
Microsoft Visual Basic - это популярный инструмент для создания Windows-программ.
Microsoft Visual C++ - это средство позволяет разрабатывать любые приложения, выполняющиеся в среде ОС типа Microsoft Windows
Таким образом, сущность инструментального программного обеспечения заключается в создании любой исполняемой программы, путем преобразования формально логических выражений в исполняемый машинный код, а также его контроль и корректировка.
Задачи и функции инструментального программного обеспечения
Для инструментального программного обеспечения, как особой разновидности программного обеспечения, характерны общие и частные
функции, как и для всего программного обеспечении в целом. Общие функции рассмотрены нами выше, а специализированными функциями, присущими только данному типу программ, являются:
1. Создание текста разрабатываемой программы с использованием специально установленных кодовых слов (языка программирования), а также определенного набора символов и их расположения в созданном файле - синтаксис программы.
2. Перевод текста создаваемой программы в машинно-ориентированный код, доступный для распознавания ЭВМ. В случае значительного объема создаваемой программы, она разбивается на отдельные модули и каждый из модулей переводится отдельно.
3. Соединение отдельных модулей в единый исполняемый код, с соблюдением необходимой структуры, обеспечение координации взаимодействия отдельных частей между собой.
4. Тестирование и контроль созданной программы, выявление и устранение формальных, логических и синтаксических ошибок, проверка программ на наличие запрещенных кодов, а также оценка работоспособности и потенциала созданной программы.
Виды инструментального программного обеспечения
Исходя из задач, поставленных перед инструментальным программным обеспечением, можно выделить большое количество различных по назначению видов инструментального программного обеспечения:
Текстовые редакторы
Интегрированные среды разработки
Компиляторы
Интерпретаторы
Линковщики
Парсеры и генераторы парсеров (см. Javacc)
Ассемблеры
Отладчики
Профилировщики
Генераторы документации
Средства анализа покрытия кода
Средства непрерывной интеграции
Средства автоматизированного тестирования
Системы управления версиями и др.
Следует отметить, что оболочки для создания прикладных программ создаются также инструментальными программами и поэтому могут быть отнесены к прикладным программам. Рассмотрим кратко назначения некоторых инструментальных программ.
Текстовые редакторы.
Текстовый редактор - компьютерная программа, предназначенная для обработки текстовых файлов, такой как создание и внесение изменений.
Состав САПР
САПР - система, объединяющая технические средства, математическое и программное обеспечение, параметры и характеристики которых выбирают с максимальным учетом особенностей задач инженерного проектирования и конструирования. В САПР обеспечивается удобство использования программ за счет применения средств оперативной связи инженера с ЭВМ, специальных проблемно-ориентированных языков и наличия информационно-справочной базы.
Структурными составными составляющими САПР являются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Это выделенные по некоторым признакам части САПР, обеспечивающие выполнение некоторых законченных проектных задач с получением соответствующих проектных решений и проектных документов.
По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и обслуживающие.
К проектирующим относятся подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции, например:
· подсистема компоновки машины;
· подсистема проектирования сборочных единиц;
· подсистема проектирования деталей;
· подсистема проектирования схемы управления;
· подсистема технологического проектирования.
К обслуживающим относятся подсистемы, предназначенные для поддержания работоспособности проектирующих подсистем, например:
· подсистема графического отображения объектов проектирования;
· подсистема документирования;
· подсистема информационного поиска и др.
В зависимости от отношения к объекту проектирования различают два вида проектирующих подсистем:
· объектно-ориентированные (объектные);
· объектно-независимые (инвариантные).
К объектным подсистемам относят подсистемы, выполняющие одну или несколько проектных процедур или операций, непосредственно зависимых от конкретного объекта проектирования, например:
· подсистема проектирования технологических систем;
· подсистема моделирования динамики, проектируемой конструкции и др.
К инвариантным подсистемам относят подсистемы, выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, например:
· подсистема расчетов деталей машин;
· подсистема расчетов режимов резания;
· подсистема расчета технико-экономических показателей и др.
Процесс проектирования реализуется в подсистемах в виде определенной последовательности проектных процедур и операций. Проектная процедура соответствует части проектной подсистемы, в результате выполнения которой принимается некоторое проектное решение. Она состоит из элементарных проектных операции, имеет твердо установленный порядок их выполнения и направлена на достижение локальной цели в процессе проектирования. Под проектной операцией понимают условно Выделенную часть проектной процедуры или элементарное действие, совершаемое конструктором в процессе проектирования. Примерами проектных процедур могут служить процедуры разработки кинематической или компоновочной схемы станка, технологии обработки изделий и т. п., а примерами проектных операций - расчет припусков, решение какого-либо уравнения и т. п.
Структурное единство подсистем САПР обеспечивается строгой регламентацией связей между различными видами обеспечения, объединенных общей для данной подсистемы целевой функцией. Различают следующие виды обеспечения:
· методическое обеспечение - документы, в которых отражены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования;
· лингвистическое обеспечение - языки проектирования, терминология;
· математическое обеспечение - методы, математические модели, алгоритмы;
· программное обеспечение - документы с текстами программ, программы на машинных носителях и эксплуатационные документы;
· техническое обеспечение - устройства вычислительной и организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие устройства и их сочетания;
· информационное обеспечение - документы, содержащие описание стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий, материалов и другие данные;
· организационное обеспечение - положения и инструкции, приказы, штатное расписание и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений и их взаимодействие с комплексом средств автоматизации проектирования.
· 64 CALS-технологии .
CALS-технологии служат средством, интегрирующим промышленные автоматизированные системы в единую многофункциональную систему. Целью интеграции автоматизированных систем проектирования и управления является повышение эффективности создания и использования сложной техники.
В современных условиях становления глобального информационного общества роль информации и информационных технологий в подготовке будущего специалиста значительно возрастает. В ближайшем будущем стратегический потенциал общества будут составлять не энергетические ресурсы, а информация и научные знания. Информация становится главным ресурсом научно-технического и социально-экономического развития общества, существенно влияет на ускоренное развитие науки, техники и различных отраслей производства, играет значительную роль в процессе модернизации образования. Ценностно-смысловая характеристика образования в вузе и профессиональная деятельность специалистов должна выражаться в формировании интеллектуальной профессиональной среды, наиболее полно реализующей задачи научно-исследовательской и проектной деятельности.
Широкая компьютеризация всех видов деятельности человечества: от традиционных интеллектуальных задач научного характера до автоматизации производственной, торговой, коммерческой, банковской и других видов деятельности служит для повышения эффективности производства. В условиях рыночной экономики конкурентную борьбу успешно выдерживают только предприятия, применяющие в своей деятельности современные информационные технологии.
Именно информационные технологии, наряду с прогрессивными технологиями материального производства, позволяют существенно повышать производительность труда и качество продукции и в то же время значительно сокращать сроки постановки на производство новых изделий, отвечающих запросам и ожиданиям потребителей. Все сказанное в первую очередь относится к сложной наукоемкой продукции, в том числе к продукции технического назначения.
Опыт, накопленный в процессе внедрения разнообразных автономных информационных систем, позволил осознать необходимость интеграции различных информационных технологий в единый комплекс, базирующийся на создании в рамках предприятия или группы предприятий (виртуального предприятия) интегрированной информационной среды, поддерживающей все этапы жизненного цикла выпускаемой продукции. Профессиональная среда наиболее полно раскрывает возможности для профессионального совершенствования, используя новые информационные технологии в науке и в сфере управления производственными процессами. Инновационные технологии в области индустрии переработки информации с внедрением CALS-(Continuous Acquisition and Life cycle Support) технологии – непрерывной информационной поддержки жизненного цикла проектируемого объекта, переводит автоматизацию управления производственными процессами на новый уровень.
Использование информационных технологий, основанных на идеологии CALS, является одним из факторов, способствующих более эффективному внедрению системы автоматизированного управления предприятием.
CALS-технологии служат средством, интегрирующим промышленные автоматизированные системы в единую многофункциональную систему. Целью интеграции автоматизированных систем проектирования и управления является повышение эффективности создания и использования сложной техники.
Суть концепции CALS состоит в применении принципов и технологий информационной поддержки на всех стадиях жизненного цикла продукции, основанного на использовании интегрированной информационной среды, обеспечивающей единообразные способы управления процессами и взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции (включая государственные учреждения и ведомства), поставщиков (производителей) продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала. Эти принципы и технологии реализуются в соответствии с требованиями международных стандартов, регламентирующих правила управления и взаимодействия преимущественно посредством электронного обмена данными .
При использовании CALS-технологии повышается качество изделий за счет более полного учета имеющейся информации при проектировании и принятии управленческих решений, а также сокращаются материальные и временные затраты на проектирование и изготовление продукции. В процессе внедрения данной технологии обоснованность решений, принимаемых в автоматизированной системе управления предприятием (АСУП), будет выше, если лицо, принимающее решение и соответствующие программы управления, имеет оперативный доступ не только к базе данных АСУП, но и к базам данных других автоматизированных систем и, следовательно, может оптимизировать планы работ, содержание заявок, распределение исполнителей, выделение финансов и т.п. При этом под оперативным доступом следует понимать не просто возможность считывания данных из базы данных, но и легкость их правильной интерпретации, т.е. согласованность по синтаксису и семантике с протоколами, принятыми в АСУП. Технологические подсистемы должны с высокой точностью воспринимать и правильно интерпретировать данные, поступающие от подсистем автоматизированного конструирования. Этого не так легко добиться, если основное предприятие и организации-смежники работают с разными автоматизированными системами . Кроме того, становится актуальной проблема защиты информации по всему периметру действия технологических подсистем.
Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить объемы проектных работ, так как описания ранее выполненных удачных разработок компонентов и устройств, многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в базах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю CALS-технологии. Доступность и защита опять же обеспечиваются согласованностью форматов, способов, руководств в разных частях общей интегрированной системы. Кроме того, появляются более широкие возможности для специализации предприятий, вплоть до создания виртуальных предприятий, что также способствует снижению затрат.
В процессе внедрения CALS-технологии существенно снижаются затраты на эксплуатацию, благодаря реализации функций интегрированной логистической поддержки. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации и т.п. Эти преимущества интеграции данных достигаются применением современных CALS-технологий.
Промышленные автоматизированные системы могут работать автономно, и в настоящее время организация процесса управления производством происходит на этой основе. Однако эффективность автоматизации будет заметно выше, если данные, генерируемые в одной из систем, будут доступны в других системах, поскольку принимаемые в них решения станут более обоснованными .
Опыт внедрения CALS-технологии показывает, чтобы достичь должного уровня взаимодействия промышленных автоматизированных систем, требуется создание единого информационного пространства в рамках как отдельных предприятий, так и, что более важно, в рамках объединения предприятий. Единое информационное пространство обеспечивается благодаря унификации как формы, так и содержания информации о конкретных изделиях на различных этапах их жизненного цикла.
Унификация формы достигается использованием стандартных форматов и языков представления информации в межпрограммных обменах и при документировании.
Унификация содержания, понимаемая как однозначная правильная интерпретация данных о конкретном изделии на всех этапах его жизненного цикла, обеспечивается разработкой онтологий (метаописаний) приложений, закрепляемых в прикладных протоколах CALS.
САПР – что это?
Итак, что же собой представляют системы автоматизированного проектирования? Под САПР подразумеваются автоматизированные системы, которые призваны реализовывать ту или иную информационную технологию путем проектирования. На практике САПР представляют собой технические системы, которые позволяют таким образом автоматизировать, обеспечить функционирование процессов, которые составляют разработку проектов. Под САПР в зависимости от контекста может иметься в виду:
программное обеспечение, применяемое в качестве основного элемента соответствующей инфраструктуры;
Совокупность технических и кадровых систем (в том числе и тех, что предполагают использование САПР в виде программного обеспечения), применяемых на предприятии с целью автоматизации процесса разработки проектов;
Таким образом, можно выделить широкую и более узкую трактовку термина, о котором идет речь. Тяжело сказать, какая из этих трактовок чаще применяется в бизнесе. Все зависит от конкретной сферы использования систем автоматизированного проектирования, а также от тех задач, для решения которых предполагается применять данные системы. Так, например, в контексте отдельно взятого цеха на производстве, под САПР предполагается конкретная программа для автоматизированного проектирования. Если речь идет о стратегическом планировании развития организации, то такое понятие как САПР скорее всего будет соответствовать масштабной инфраструктуре, которая задействуется с целью повышения эффективности разработки различных проектов. Необходимо отметить, что сам термин САПР представляет собой аббревиатуру, которая может расшифровываться по-разному. В общем случае данная аббревиатура соответствует сочетанию слов «система автоматизированного проектирования». Также существуют и другие варианты расшифровки данной аббревиатуры. Например, довольно распространен вариант «система автоматизации проектных работ». По смыслу английским аналогом термина САПР является аббревиатура CAD, в некоторых случаях также используется CAX.Давайте более подробно рассмотрим следующий вопрос: в каких целях могут создаваться системы автоматизированного проектирования в машиностроении и других сферах?
САПР: цели создания
Основной целью разработки САПР является повышение эффективности труда специалистов предприятия, которые решают различные производственные задачи, в том числе и те, которые связаны с инженерным проектированием. В данном случае повышение эффективности может осуществляться за счет следующих факторов:
Снижения трудоемкости процесса проектирования;
Сокращения сроков реализации проектов;
Снижения себестоимости проектных работ, и издержек, связанных с эксплуатацией;
Обеспечение повышения качества инфраструктуры проектирования.
Снижение издержек на проведение испытаний и моделирование.
САПР – это инструмент, который позволяет добиться отмеченных преимуществ за счет следующих факторов:
Эффективная информационная поддержка специалистов, участвующих в разработке проектов;
Автоматизация документации;
Применение концепций параллельного проектирования;
Унификация различных решений;
Применение математического моделирования, как альтернативы дорогостоящим испытаниям;
Оптимизация методов проектирования;
Повышение качества процессов управления бизнесом.
Теперь давайте рассмотрим, в какой структуре может быть представлена система автоматического проектирования.
САПР: классификации
К наиболее распространенным критериям классификации САПР относится отраслевое назначение. Выделяют следующие типы:
- Автоматизированное проектирование инфраструктуры машиностроения;
- САПР для электронного оборудования;
- САПР в сфере строительства.
Первый тип систем САПР может быть использован в широком спектре отраслей: авиастроении, автомобилестроении, судостроении, производстве товаров народного потребления. Также соответствующая инфраструктура может быть использована с целью разработки как отдельных деталей, так и различных механизмов при использовании всевозможных подходов в рамках моделирования и проектирования.
Системы САПР второго типа используются для проектирования готового электронного оборудования и его отдельных элементов, например, интегральных микросхем, процессоров, и других типов аппаратного обеспечения.
САПР третьего типа могут быть задействованы с целью проектирования различных сооружений, зданий, элементов инфраструктуры.
Еще одним критерием, по которому можно классифицировать системы автоматизированного проектирования, является целевое назначение. Здесь выделяют:
Средства проектирования, используемые с целью автоматизации двумерных или трехмерных геометрических моделей, для формирования конструкторской документации;
Системы, используемые с целью разработки различных чертежей;
Системы, разработанные для геометрического моделирования;
Системы, предназначенные для автоматизации расчетов в рамках инженерных проектов и динамического моделирования;
Средства автоматизации, применяемые с целью технологической оптимизации проектов;
Системы, предназначенные для компьютерного анализа различных параметров по проектам.
Данная классификация считается условной.
В автоматизированную систему технологического проектирования может входить широкий спектр функций из числа перечисленных выше. Конкретный перечень возможностей САПР прежде всего определяет разработчик данной системы. Давайте рассмотрим, какие задачи он может решать.
Инструментальные системы разработки программного обеспечения Инструментальное программное обеспечение
Общая характеристика инструментальных средств разработки программ
Общая характеристика инструментальных средств разработки программ
Инструментальные системы технологии программирования
CASE-средства. Характеристика современных CASE-средств
Обзор объектно-ориентированных инструментальных средств
Объектно-ориентированное программирование возникло раньше объектно-ориентированного анализа и проектирования, поэтому на сегодняшний день существует достаточно большое количество языков, поддерживающих данную технологию. Первым из них, по дате возникновения, считается язык Smalltalk , хотя многие элементы объектно-ориентированного подхода были использованы еще в языке Simula в 1967г. Наиболее мощным инструментом создания объектно-ориентированных программ на сегодня является язык C++ , созданный на базе языка структурного программирования C . Успешно развивается язык Java , который изначально разрабатывался как объектно-ориентированный.
Разработка крупных программных систем в современных условиях невозможна без использования средств автоматизации разработки программного обеспечения (CASE средств). CASE, поддерживающих объектно-ориентированный подход, не так много. Наиболее известное средство в этом направлении – система Rational Rose , которая поддерживает, в том числе, этапы объектно-ориентированного анализа и проектирования.
Объектно-ориентированное CASE средство Rational Rose
Разработчик Rational Rose - фирма Rational Software Corp., известная своими наработками в области объектно-ориентированных технологий, главной из которых является язык UML. Именно на поддержку UML, как основного языка проектирования ПО, и ориентированна данная CASE система.
Как и любое современное CASE средство, данная система поддерживает все стадии жизненного цикла ПО и предоставляет пользователю широкий спектр функций для анализа, проектирования, построения и сопровождения ПО. При этом используются объектно-ориентированные технологии и широко применяются графические модели.
Rational Rose состоит из следующих основных компонент: репозиторий, графический интерфейс пользователя, средства инспекции проекта (browser), средства контроля проекта, средства сбора статистики и генератор документов и также расширения для поддержки различных языков программирования.
Из основных возможностей можно перечислить следующие:
Мощный графический язык моделирования предметной области, обладающий высоким уровнем формализации и поддерживающий объектно-ориентированную методологию.
Удобная навигация между элементами модели при помощи "инспектора проекта".
Хранение результатов проектирования в виде единой модели.
Поддержка работы над проектом группы разработчиков.
Мощная система подготовки отчетов и документации о проекте.
Возможности синтеза программ практически на всех современных объектно-ориентированных языках, в том числе и на межплатформенном языке Java.
Поддержка компонентных технологий построения программных систем.
Широкие возможности по проектированию ПО различной архитектуры, от простых программ, до крупных "клиент-серверных" систем и Интернет-приложений.
Возможность реинжиниринга модели на основе исходных текстов программы. Этим обеспечивается поддержание единства проектной информации и реализации.
Настройка и расширение функциональных возможностей CASE среды путем установки модулей расширения, в первую очередь для поддержки различных языков программирования.
Принципы разработки программных систем в Rational Rose
Построение объектно-ориентированных систем имеет свою специфику. Очевидно, что для наибольшей эффективности следует использовать единую технологию на всех этапах жизненного цикла. Такую возможность предоставляет универсальный язык моделирования UML. Rational Rose поддерживает все этапы проектирования системы, которые определены в спецификации UML.
Основным способом проектирования является создание различного рода диаграмм и спецификаций, определяющих логическую и физическую структуры модели системы, ее статические и динамические аспекты. В их число входят диаграммы классов, состояний, сценариев, модулей, процессов.
На всех этапах предоставляется возможность применять специализированные графические редакторы элементов модели и использовать инспектор модели для навигации среди ее компонентов. Вся проектная информация сохраняется в едином файле модели (*.mdl).
Работа начинается с построения диаграммы использования (Use Case Diagram), характеризующей основные задачи и окружение проектируемой системы. Далее, для каждого блока использования (Use Case), представленного на диаграмме использования, разрабатываются диаграммы последовательностей (Sequence Diagram), идентифицирующие объекты в системе и описывающие последовательности событий, возникающих в процессе общения объектов. Rational Rose позволяет автоматически связывать диаграммы последовательностей с блоками использования.
Объекты, присутствующие на диаграммах последовательностей, определяются в системе с помощью классов. Классы и их взаимосвязь задается с помощью диаграмм классов, разработка которых также поддерживается Rational Rose . Классы группируются в пакеты. Rational Rose позволяет определить набор пакетов, взаимосвязи между ними и представить составляющие их классы на вложенных диаграммах классов.
Состав компилируемых и выполняемых модулей системы задается в Rational Rose с помощью диаграммы компонентов. На диаграмме определяются зависимости между компонентами. Для компонентов могут задаваться интерфейсы, через которые реализуются зависимости. Диаграммы развертывания в Rational Rose отражают конфигурацию исполняемой программной системы и состоят из узлов и отношений взаимодействия между узлами. Узлы включают в себя компоненты, представленные на диаграмме компонентов системы.
Для полностью определенной модели можно осуществить генерацию исходных программных текстов на различных объектно-ориентированных языках программирования, поддерживаемых Rational Rose , например Java или C++.
Полученные программные тексты могут быть модифицированы вне Rational Rose , а для учета произведенных изменений система позволяет выполнить реинжиниринг текстов в модель.
Проектирование программных средств
Моделирование предметной области . Создание проекта начинается с формирования принципов использования системы. В рамках Rational Rose это этап именуется "Use Case View". Реализация этого этапа позволяет идентифицировать внешних пользователей, блоки использования, объекты системы и связи между ними.
Составляется диаграмма использования, отражающая внешнее функционирование создаваемой системы. Эта модель во многом аналогична диаграмме потоков данных в структурном анализ. Основными ее составляющими являются внешние пользователи (actors), блоки использования (use case) и связи между компонентами. Для создания диаграммы в Rational Rose используется специализированный графический редактор.
Все элементы диаграммы использования выделяются системой как самостоятельные компоненты модели в рамках данного этапа и подлежат дальнейшей спецификации. В первую очередь это касается блоков использования, которые отражают группы функций системы, представляемые как единое целое для внешнего пользователя.
Для каждого блока использования строится диаграмма последовательностей, на которой отображается взаимодействие во времени объектов, выполняющих поставленную задачу. На подобных диаграммах идентифицируются объекты системы и определяются сообщения, с помощью которых эти объекты взаимодействуют. Построение диаграмм проводится в специализированном редакторе.
Каждый объект на диаграмме последовательностей сопровождается именем класса, к которому он принадлежит. Конкретный объект является экземпляром некоторого класса. Классы образуют логическую структуру системы.
Разработка логической структуры. После завершения формирования принципов использования системы, наступает этап разработки ее логической структуры. В Rational Rose он именуется "Logical View". Результатом данного этапа должна стать главная диаграмма, и детализирующие диаграммы для ее элементов.
На этом этапе следует определить классы, которые необходимы в системе. Экземпляры этих классов уже указаны на диаграммах последовательностей. Классы и их связи отражается в модели в виде диаграммы классов. Группы классов на этих диаграммах могут быть объединены в пакеты.
Проектирование логической структуры следует начинать с определения основных пакетов. Пакет – универсальное средство для группировки элементов модели. Применение пакетов позволяет сделать модель более обозримой. Пакеты могут быть вложенными друг в друга. Классы, составляющие каждый пакет, детализируются на вложенной диаграмме.
Встроенный в Rational Rose редактор диаграмм классов представляет удобные средства для таких операций, а инспектор модели облегчает перемещение по иерархии диаграмм.
Для каждого класса задается спецификация, описывающая состав атрибутов и методов, связи, шаблон, на основе которого создан класс, и особенности реализации.
Наличие шаблонов позволяет легко создавать классы различной структуры.
Классы могут импортироваться в систему извне. Rational Rose поддерживает компонентную структуру программного обеспечения и позволяет использовать в модели двоичные компоненты, такие как COM и ActiveX. Их представление в модели выполняется с помощью классов, основанных на интерфейсах данных компонентов.
Кроме диаграмм классов, для описания логики системы применяются на данном этапе применяются диаграммы состояний, диаграммы сценариев и другие элементы языка UML
Проектирование физической структуры приложения. Классы, описанные на предыдущем этапе, связываются с физическими компонентами программы при помощи диаграмм компонент.
Компонент представляет собой выполняемый модуль системы, и связан с файлом исходного текста, двоичным файлом библиотеки, объектным модулем, исполняемым файлом. Компоненты могут включать в себя другие компоненты.
Для визуализации компонентов проектируемой системы используются диаграммы компонент. Этап построения диаграмм компонент в Rose именуется "Component View". Он состоит из построения общей диаграммы и, при необходимости, детализации отдельных компонентов на вложенных диаграммах.
Данные диаграммы отражают взаимосвязь составных частей программного обеспечения. Взаимосвязь реализуется через интерфейсы, которые также отображаются на диаграмме.
Построение диаграмм выполняется в специализированном редакторе. Для компонента задаются составляющие его классы.
Для компонента может производится генерация исходного текста на различных языках программирования, поддерживаемых Rational Rose, или назначаться программные фрагменты, разработанные вне среды Rose . В последнем случае их интерфейс должен соответствовать объявленному в модели.
Последним этапом в проектировании программного обеспечения является подготовка диаграммы развертывания. В Rose этот этап именуется "Deployment View". Диаграммы развертывания показывает конфигурацию исполняемой программной системы. Она состоит из узлов и отношений взаимодействия между узлами и компонентами. Узлы могут включать компоненты и объекты. Узлы являются физическими элементами времени выполнения.
Построение и сопровождение системы
Генерация исходных текстов . После того, как определены конкретные компоненты разрабатываемой системы, наступает время генерации программного кода для каждого компонента.
Фактически, Rose генерирует скелет программы, который в последствии передается программистам на доработку. Автоматически синтезируются определения классов и методов, конкретную реализацию которых следует выполнить вручную.
Исходной информацией для этой операции являются сведения о классах, составляющих данный компонент и выбранном языке реализации данного компонента.
Перед выполнением операции следует определить состав и параметры сохранения полученного кода. Далее, выполнить генерацию, выбрав требуемый язык. При возникновении ошибок система проинформирует об этом.
Возможна выборочная генерация программного кода для отдельных компонентов модели и настройка информации, помещаемой в программные файлы. Этим достигается высокая гибкость при модернизации и модификации модели.
Rational Rose 98 Enterprise Edition позволяет генерировать исходный текст на Visual Basic, C++, Java, а также получать описание интерфейсов компонент на языке IDL и создавать проекты для системы Oracle 8.
Реинжиниринг модели на основе исходных текстов . Возможность реинжиниринга, или, как его еще называют, "обратного проектирования", модели по исходным программным текстам представляется одной из важных и, безусловно, полезных функций Rose . Потребность в такой операции часто возникает при выполнении модификации и модернизации проекта. Сгенерированные по модели шаблоны программы, после их передачи программистам, могут быть модифицированы и необходимо учитывать эти изменения в модели. Кроме того, поскольку Rational Rose поддерживает импорт двоичных компонентов (COM объекты в среде Win32), то поддержка построения классов на основе описания интерфейсов двоичного компонента просто необходима.
Реинжиниринг классов можно выполнить, выбрав язык программирования, на котором реализованы классы, и задав каталог с исходными файлами. Далее можно выбрать необходимые файлы или провести реинжиниринг для всех. При выполнении этих действий надо быть внимательным, и выделять только те элементы, которые действительно могут быть преобразованы в модель. В процесс работы система будет информировать вас о наличии ошибок.
После успешного завершения операции, на диаграмме компонентов (этап "Component View") появится новый элемент, имеющий имя, совпадающее с каталогом исходных файлов. Переход на этап "Logical View" покажет, что все классы и пакеты, составляющие новый компонент, также появились на диаграммах классов.
Теперь становится возможным внести в модель изменения, определяемые добавленными компонентами, и вновь генерировать исходные тексты.
Поддержка этапов разработки
Компоненты и шаблоны. Одной из возможностей Rose является моделирование двоичных компонентов, поддерживающих спецификацию COM. В модели подобные компоненты представляются интерфейсными классами, созданными на основе IDL файлов, сопровождающих COM объект. Это позволяет включать в модель различные готовые компоненты.
Поддержка шаблонов элементов модели позволяет упростить процесс проектирования. В Rose можно создавать и использовать шаблоны для большинства элементов модели, в том числе: блоков использования, пакетов, классов, компонентов, а также для операций над моделью. В процессе создания нового элемента следует указать, какой шаблон используется, и элемент будет включать все свойства шаблона. Такой подход позволяет избавиться от рутинной работы и сконцентрироваться на самом проекте.
Рабочие среды. Логичным развитием идеи использования шаблонов и внешних двоичных компонентов в Rational Rose стало появление рабочей среды (Framework).
Рабочая среда является разновидностью шаблона, устанавливающего окружение для создаваемой модели. Это выполняется путем загрузки базовых элементов, включенных в рабочую среду, которые становятся неотъемлемой частью модели.
Rose предоставляет широкий набор стандартных рабочих сред, кроме того можно создавать собственные. Набор стандартных рабочих сред следующий:
Среда проектирования распределенных приложений (Application Performance Explorer)
Стандартная среда (Standard). Ориентированна на создание приложений на Visual Basic. Включает объявление многих стандартных объектов VB.
Среда проектирования приложений для Интернет (Internet). Включает определение различных компонентов ActiveX и библиотек VB.
Среда проектирования приложений для работы с локальными базами данных (Local Database). Содержит объявление объектов системы DAO
Среда проектирования приложений с использованием RDO (Remote Data Object). Позволяет использовать объекты RDO для создания клиент-серверных приложений.
Среда проектирования приложений для доступа к SQL-серверами (SQL Server Distributed Management Object (SQL-DMO)), поддерживающая доступ к SQL через объекты OLE-Automation.
Среда поддержки Microsoft Transaction Server
Среда поддержки Microsoft Outlook
Среды проектирования приложений на Java (Java JDK 114 Full и Java JDK 114 Quick). Включают модели классов и интерфейсов Java полученные путем реинжиниринга.
Среда поддержки Oracle8
Среда разработки назначается при создании модели. Хранятся среды разработки в виде файлов модели (*.mdl) предназначенных только для чтения (Read only). В процессе создания новой модели необходимые элементы загружаются из выбранной среды разработки, после чего новую модель.
Среды разработки представляют собой замечательный механизм для настройки Rose на конкретный проект. Можно создать собственную среду разработки, которая будет включать необходимые вам элементы из различных стандартных сред. В состав Rational Rose входит "мастер" по созданию рабочих сред.
Поддержка группы разработчиков. Всякий крупный проект обычно выполняется группой разработчиков, в которую входят аналитики, проектировщики, программисты. Процесс разработки представляет собой последовательные итерации с циклом "анализ"-"проектирование"-"реализация". На каждом этапе с моделью работают несколько разработчиков и этапы циклически повторяются. В таких условиях необходимо поддерживать целостность проекта, учитывать изменения, вносимые на разных этапах и согласовывать этапы. Все это требует использования общего репозитория и специальной идеологии проектирования.
Наряду с удобным средством инспектирования модели, облегчающим переключение между этапами, в Rational Rose определены механизмы поддержки группы разработчиков.
Создаются различные рабочие области для разработчиков и рабочая область всего проекта. Каждый разработчик производит изменения в своей части (подмодели), и эти изменения становятся глобальными (переносятся в общую модель) только после их утверждения системой управления проектом. В качестве контроллеров проекта в Rose могут использоваться внешние системы, такие как ClearCase и Microsoft SourceSafe .
Использование модулей расширения . В Rational Rose введен гибкий механизм конфигурации и настройки возможностей системы. Существуют различные модули расширения, устанавливаемые в Rose и решающие различные задачи. Можно выделить два основных типа модулей расширения: расширения, поддерживающие языки программирования и расширения функциональных возможностей среды.
При добавлении нового расширения, оно интегрируется с системой путем добавления пунктов в системные меню и установкой необходимых библиотек и исполняемых файлов. Кроме того, каждое расширение может добавлять в систему собственные типы и шаблоны.
Добавление необходимых расширений обычно производится при начальной установки системы, однако их можно установить и позднее. Поддерживается распространение расширений через сеть Internet
Для управления расширениями в Rose существует менеджер расширений. С его помощью можно активизировать и де активизировать различные модули расширений.
Достоинства и недостатки Rational Rose
Данное CASE средство может быть применено для создания разнообразного объектно-ориентированного программного обеспечения, в первую очередь для платформы Windows, а так же на межплатформенном языке Java.
На всех этапах разработки применяется язык UML, и проект программного средства представляет собой единую модель.
Важными достоинствами являются настройка на различные языки программирования и архитектуры программных систем, а также возможность "обратного проектирования" на основе исходных текстов, на различных языках программирования. Существует поддержка различных способов физической реализации для компонент проектируемой системы.
Очень полезной оказывается возможность конфигурирования системы с помощью модулей расширения. По сути, единственным способом написания приложения для не-Windows операционной системы является использование языка Java.
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...
Введение
В процессе разработки программного обеспечения используется большое количество самого разностороннего программного обеспечения (ПО). Данный курс лекций рассматривает когда и что используется на протяжении всего этапа разработки приложений.
Чтобы дать более полное представление о роли каждой утилиты или срезы разработки в процессе создания ПО, все рассмотренные в данном курсе лекций инструментальные средства будут рассмотрены на примере разработки приложений с использованием одного их высокоуровневых языков. Для простоты, все используемые инструментальные средства можно разделить на 4 группы. Рассмотрим подробнее каждую из групп.
Необходимые
Необходимые инструментальные средства - это те, без которых в принципе невозможно получить исполняемый код; К этой группе можно отнести:
§ редакторы текстов;
§ компиляторы и ассемблеры;
§ компоновщики или редакторы связей (linkers);
Часто используемые
Это средства, использования которых, в отличие от необходимых, можно избежать. Но без них процесс разработки весьма затрудняется и удлиняется; Из часто используемых средств стоит назвать:
§ утилиты автоматической сборки проекта;
§ отладчики;
§ программы создания инсталляторов;
§ редакторы ресурсов;
§ профилировщики;
§ программы поддержки версий;
§ программы создания файлов помощи (документации).
Специализированные
Эти инструментальные средства используются в исключительных случаях, решают довольно специфичные задачи:
§ программы отслеживания зависимостей;
§ дизассемблеры;
§ декомпиляторы;
§ hex-редакторы;
§ программы отслеживания активности системы и изменений, происходящих в системе;
§ программы-вериферы и контейнеры (создают виртуальную среду для отдельных классов программ, в которой можно исследовать поведение программы);
Интегрированные среды разработки
Интегрированные среды разработки содержат большую часть из приведенных выше программ и позволяют упростить процесс создания приложений. По большому счету, среда разработки - это программа, которая собирает вместе несколько инструментальных средств из первой и второй (а иногда и третьей) групп.
В дальнейшем, мы более подробно познакомимся с основными представителями каждой группы, а так же рассмотрим как это всё работает в интегрированной среде разработки.
КЛАССИФИКАЦИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ
ТЕМА 1 ПОНЯТИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ.
КЛАССИФИКАЦИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ.
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.
Инструментальные системы технологии программирования можно выделить три 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.
Рис. 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.
Разработка программного обеспечения осуществляется с использованием различных инструментальных средств, обеспечивающих:
оригинальное программирование;
использование пакетов прикладных программ – типовые программы, реализующие функции обработки данных;
автоматизацию основных этапов разработки программ.
Наиболее традиционными средствами разработки являются языки и системы программирования. Языки программирования принято делить на машинные и алгоритмические языки.
Машинные языки содержат машинные команды, соответствующие простейшим операциям обработки. Машинные команды привязаны к определенному классу компьютеров и/или операционных систем.
Алгоритмические языки программирования описывают алгоритм задачи, обеспечивают наглядность алгоритма и удобство сопровождения программы. Алгоритмические языки делятся на машинно-ориентированные, процедурно-ориентированные и проблемно-ориентированные языки.
Машинно -ориентированные языки программирования являются языками низкого уровня, поскольку они учитывают архитектуру и тип компьютеров. Программирование на таких языках трудоемко, но программы оптимальны с точки зрения потребных ресурсов компьютера. Примеры машинно-ориентированных языков программирования - различные ассемблеры 1 (Macro Assembler, Turbo Assembler и др.) определенного класса компьютеров.
Процедурно -ориентированные языки программирования, такие как Visual Basic, Pascal, C++, Ada, Cobol, PL1 и др. позволяют описать набор процедур обработки, реализуют типовые вычислительные структуры:
1. Последовательности блоков (инструкций): 1, 2, 3, 4 и т.д.
Все блоки (инструкции) выполняются в строгой последовательности (Рис.5 А)
2. Условный переход (Рис.5 Б) – проверка заданного условия (2) и выбор альтернативного действия: если условие истинно – 3, иначе - 4. После этого управление передается блоку 5.
3. Альтернативный выбор (Рис.5 В) – проверка условия (2), если условие истинно – выполнение действия 3, иначе проверка условия (4); если условие истинно – выполнение действия 5 и т.д. Если не выполнилось ни одного условия или выполнились действия (3 или 5 и т.п.), управление передается блоку 6.
А Б В
Рисунок 5
4. Циклический процесс – цикл «пока» (Рис. 6А). Цикл повторяется, пока истинно условие (2) – блок 3. Если условие (2) ложно, передача управления блоку 4.
5. Циклический процесс – цикл «до» (Рис. 6Б). Цикл выполняется как минимум один раз – блок 2. После проверки условия (3), если оно истинно, выполняется блок (2), иначе управление передается блоку 4.
Рисунок 6
Языки программирования объектного типа используют в программном коде класса объектов или процедурах обработки событий также элементы структурного программирования.
Проблемно -ориентированные языки программирования - реляционные языки запросов высокого уровня, генераторы отчетов и т.д. позволяют идентифицировать проблему, входную и выходную информацию, не указывая конкретных процедур обработки.
Пакеты прикладных программ (ППП) делятся на классы:
Проблемно-ориентированные ППП – обеспечивают решение задач определенной предметной области;
Методо-ориентированные ППП – поддерживают определенного вида модели и методы решения задач, применяются независимо от предметной области;
ППП общего назначения – обеспечивают поддержку информационных технологий (текстовые работы, графические работы, стандартные вычисления и т.п.).
