Главная » Мобильная связь » Понятия по программированию. Выбираем тип программирования. Что такое программирование в общем понимании

Понятия по программированию. Выбираем тип программирования. Что такое программирование в общем понимании

Термин программирование означает процесс и искусство создания компьютерных программ с помощью специальных языков программирования.

В общем смысле слова, программирование есть формализация предопределенного состояния, по реакции на событие, реализуемого средствами математики или естественных наук.

В узком смысле слова, программирование рассматривается как кодирование алгоритмов на заданном языке программирования. В более широком смысле программирование - процесс создания программ, то есть разработка программного обеспечения.

Программирование включает в себя:

· Проектирование - разработка комплекса алгоритмов

· Кодирование и компиляцию - написание исходного текста программы и преобразование его в исполнимый код с помощью компилятора

· Тестирование и отладку - выявление и устранение ошибок в программах

· Испытания и сдачу программ

· Сопровождение

Различные языки программирования поддерживают различные стили программирования (так называемые«парадигмы программирования»). Отчасти, искусство программирования состоит в том, чтобы выбрать один из языков, наиболее полно подходящий для решения имеющейся задачи. Разные языки требуют от программиста различного уровня внимания к деталям при реализации алгоритма, результатом чего часто бывает компромисс между простотой и производительностью (или между временем программиста и временем пользователя).

Единственный язык, напрямую выполняемый процессором - это машинный язык (также называемый «машинным кодом»). Как уже было сказано, изначально, все программисты прорабатывали каждую мелочь в машинном коде, но сейчас эта трудная работа уже не делается. Вместо этого, программисты пишут исходный код, и компьютер (используя компилятор, интерпретатор или ассемблер, речь о которых пойдёт чуть позже) транслирует его, в один или несколько этапов, уточняя все детали, в машинный код, готовый к исполнению на целевом процессоре. Однако, в некоторых языках, вместо машинного кода генерируется интерпретируемый двоичный код «виртуальной машины», также называемый байт-кодом (byte-code). Такой подход применяется в Forth, Lisp, Java (данному языку посвящена 3 Глава реферата).

Теперь, когда мы знаем немного о понятии «программирование», можно переходить к материальной части процесса создания программ. Это, разумеется, технические (аппаратные) средства обеспечения программирования - совокупность электрических, электронных и механических компонентов автоматизированных систем составляет их техническое обеспечение (в отличие от программных средств, представляющих собой программное обеспечение автоматизированных систем). Например, электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер - комплекс технических и программных средств, основанных на использовании электроники и предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Понятие языка программирования

Процесс работы компьютера заключается в выполнении программы, то есть набора вполне определённых команд во вполне определённом порядке. Машинный вид команды, состоящий из нулей и единиц, указывает, какое именно действие должен выполнить центральный процессор. Значит, чтобы задать компьютеру последовательность действий, которые он должен выполнить, нужно задать последовательность двоичных кодов соответствующих команд. Программы в машинных кодах состоят из тысячи команд. Писать такие программы - занятие сложное и утомительное. Программист должен помнить комбинацию нулей и единиц двоичного кода каждой программы, а также двоичные коды адресов данных, используемых при её выполнении. Гораздо проще написать программу на каком-нибудь языке, более близком к естественному человеческому языку, а работу по переводу этой программы в машинные коды поручить компьютеру. Так возникли языки, предназначенные специально для написания программ, - языки программирования.

Язык программирования - это специальный язык, на котором пишут команды для управления компьютером. Языки программирования созданы для того, чтобы людям было проще читать и писать для компьютера, но они затем должны транслироваться (транслятором или интерпретатором) в машинный код, который только и может исполняться компьютером. Языки программирования можно разделить на языки высокого уровня и языки низкого уровня.

Язык низкого уровня - это язык программирования, предназначенный для определенного типа компьютера и отражающий его внутренний машинный код; языки низкого уровня часто называют машинно-ориентированными языками. Их сложно конвертировать для использования на компьютерах с разными центральными процессорами, а также довольно сложно изучать, поскольку для этого требуется хорошо знать принципы внутренней работы компьютера.

Язык высокого уровня - это язык программирования, предназначенный для удовлетворения требований программиста; он не зависит от внутренних машинных кодов компьютера любого типа. Языки высокого уровня используют для решения проблем и поэтому их часто называют проблемно-ориентированными языками. Каждая команда языка высокого уровня эквивалентна нескольким командам в машинных кодах, поэтому программы, написанные на языках высокого уровня, более компактны, чем аналогичные программы в машинных кодах.

Создатели языков по-разному толкуют понятие язык программирования. Среди общин мест, признаваемых большинством разработчиков, находятся следующие:

Функция: язык программирования предназначен для написания компьютерных программ, которые применяются для передачи компьютеру инструкций по выполнению того или иного вычислительного процесса и организации управления отдельными устройствами.

Задача: язык программирования отличается от естественных языков тем, что предназначен для передачи команд и данных от человека компьютеру, в то время как естественные языки используются лишь для общения людей между собой. В принципе, можно обобщить определение «языков программирования» - это способ передачи команд, приказов, чёткого руководства к действию; тогда как человеческие языки служат также для обмена информацией.

Исполнение: язык программирования может использовать специальные конструкции для определения и манипулирования структурами данных и управления процессом вычислений.

Со времени создания первых программируемых машин человечество придумало уже более двух с половиной тысяч языков программирования. Каждый год их число пополняется новыми. Некоторыми языками умеет пользоваться только небольшое число их собственных разработчиков, другие становятся известны миллионам людей. Профессиональные программисты иногда применяют в своей работе более десятка разнообразных языков программирования.

Но создать язык, удобный для написания программ, недостаточно. Для каждого языка нужен свой переводчик. Такими переводчиками являются специальные программы-трансляторы.

Транслятор- это программа, предназначенная для перевода программы, написанной на одном языке программирования, в программу на другом языке программирования. Процесс перевода называется трансляцией. Тексты исходной и результирующей программ находятся в памяти компьютера.Примером транслятора является компилятор.

Компилятор- это программа, предназначенная для перевода программы, написанной на каком-либо языке, в программу в машинных кодах. Процесс такого перевода называется компиляцией.

Компилятор создаёт законченный результат - программу в машинных кодах. Затем эта программа выполняется. Откомпилированный вариант исходной программы можно сохранить на диске. Для повторного выполнения исходной программы компилятор уже не нужен. Достаточно загрузить с диска в память компьютера откомпилированный в предыдущий раз вариант и выполнить его.

Существует другой способ сочетания процессов трансляции и выполнения программы. Он называется интерпретацией. Суть процесса интерпретации состоит в следующем. Вначале переводится в машинные коды, а затем выполняется первая строка программы. Когда выполнение первой строки окончено, начинается перевод второй строки, которая затем выполняется и так далее. Управляет этим процессом программа-интерпретатор.

Интерпретатор- это программа, предназначенная для построчных трансляции и выполнения исходной программы. Такой процесс называется интерпретацией.

В процесс трансляции входит проверка исходной программы на соответствие правилам используемого в ней языка. Если в программе обнаружены ошибки, транслятор вводит сообщение о них на устройство вывода (обычно, на экран дисплея).Интерпретатор сообщает о найденных им ошибках после трансляции каждой строки программы. Это значительно облегчает процесс поиска и исправления ошибок в программе, однако существенно увеличивает время трансляции. Компилятор транслирует программу намного быстрее, чем интерпретатор, но сообщает о найденных им ошибках после завершения компиляции всей программы. Найти и исправить ошибки в этом случае труднее. Поэтому интерпретаторы рассчитаны, в основном, на языки, предназначенные для обучения программированию, и используются начинающими программистами. Большинство современных языков предназначены для разработки сложных пакетов программ и рассчитаны на компиляцию.

Иногда один и тот же язык может использовать и компилятор, и интерпретатор. К числу таких языков относится, например, Бейсик.

Классификация языков программирования

Если вы успели заметить, в тексте уже прозвучали несколько отдельных названий языков программирования. Но перед тем как более подробно их описать, необходимо классифицировать их по группам для удобства восприятия.

Во-первых это машинно-ориентированные языки, т.е. языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Машинно-ориентированные языки позволяют использовать все возможности и особенности Машинно-зависимых языков:

· высокое качество создаваемых программ (компактность и скорость выполнения);

· возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;

· предсказуемость объектного кода и заказов памяти;

· для составления эффективных программ необходимо знать систему команд и особенности функционирования данной ЭВМ;

· трудоемкость процесса составления программ (особенно на машинных языках и ЯСК), плохо защищенного от появления ошибок;

· низкая скорость программирования;

· невозможность непосредственного использования программ, составленных на этих языках, на ЭВМ других типов.

Машинно-ориентированные языки по степени автоматического программирования подразделяются на классы.

Как я уже упоминал, отдельный компьютер имеет свой определенный Машинный язык (далее МЯ), ему предписывают выполнение указываемых операций над определяемыми ими операндами, поэтому МЯ является командным. Однако, некоторые семейства ЭВМ имеют единый МЯ для ЭВМ разной мощности. В команде любого из них сообщается информация о местонахождении операндов и типе выполняемой операции.

В новых модулях ЭВМ намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно - аппаратным путем реализовывать более сложные команды, приближающиеся по своим функциональным действиям к операторам алгоритмических языков программирования.

Языки Символического Кодирования (далее ЯСК), так же, как и МЯ, являются командными. Однако коды операций и адреса в машинных командах, представляющие собой последовательность двоичных (во внутреннем коде) или восьмеричных (часто используемых при написании программ) цифр, в ЯСК заменены на символы (идентификаторы), форма написания которых помогает программисту легче запоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ и в значительной степени облегчает труд программиста.

Есть также языки, включающие в себя все возможности ЯСК, посредством расширенного введения макрокоманд - они называются Автокоды.

В различных программах встречаются некоторые достаточно часто использующиеся командные последовательности, которые соответствуют определенным процедурам преобразования информации. Эффективная реализация таких процедур обеспечивается оформлением их в виде специальных макрокоманд и включением последних в язык программирования, доступный программисту.

Язык, являющийся средством для замены последовательности символов описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ на более сжатую форму - называется Макрос (средство замены).

В основном, Макрос предназначен для того, чтобы сократить запись исходной программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающий функционирование макросов, называется макропроцессором. На макропроцессор поступает макроопределяющий и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов- выдача выходного текста.

Следующий вид языков - машинно-независимые языки. Это средства описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Они удобны в использовании для широкого круга пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ и ВС.

Подобные языки получили название высокоуровневых языков программирования. Программы, составляемые на таких языках, представляют собой последовательности операторов, структурированные согласно правилам рассматривания языка(задачи, сегменты, блоки и т.д.). Операторы языка описывают действия, которые должна выполнять система после трансляции программы на МЯ.

Таким образом, командные последовательности (процедуры, подпрограммы), часто используемые в машинных программах, представлены в высокоуровневых языках отдельными операторами. Программист получил возможность не расписывать в деталях вычислительный процесс на уровне машинных команд, а сосредоточиться на основных особенностях алгоритма.

С расширением областей применения вычислительной техники возникла необходимость формализовать представление постановки и решение новых классов задач. Необходимо было создать такие языки программирования, которые, используя в данной области обозначения и терминологию, позволили бы описывать требуемые алгоритмы решения для поставленных задач, ими стали проблемно - ориентированные языки. Эти языки, ориентированные на решение определенных проблем, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и получать результаты в требуемой форме.

Универсальные языки были созданы для широкого круга задач: коммерческих, научных, моделирования и т.д. Первый универсальный язык был разработан фирмой IBM. Он позволяет работать с символами, разрядами, числами с фиксированной и плавающей запятой. Язык учитывает включенные во многие машины возможности прерывания и имеет соответствующие операторы. Предусмотрена возможность параллельного выполнения участков программ.Появление новых технических возможностей поставило задачу перед системными программистами - создать программные средства, обеспечивающие оперативное взаимодействие человека с ЭВМ их назвали диалоговыми языками.Эти работы велись в двух направлениях. Создавались специальные управляющие языки для обеспечения оперативного воздействия на прохождение задач, которые составлялись на любых раннее неразработанных (не диалоговых) языках. Разрабатывались также языки, которые кроме целей управления обеспечивали бы описание алгоритмов решения задач.Непроцедурные языки составляют группу языков, описывающих организацию данных, обрабатываемых по фиксированным алгоритмам (табличные языки и генераторы отчетов), и языков связи с операционными системами.Позволяя четко описывать как задачу, так и необходимые для её решения действия, таблицы решений дают возможность в наглядной форме определить, какие условия должны быть выполнены, прежде чем переходить к какому-либо действию. Одна таблица решений, описывающая некоторую ситуацию, содержит все возможные блок-схемы реализаций алгоритмов решения.Программы, составленные на табличном языке, удобно описывают сложные ситуации, возникающие при системном анализе.

Объектно-ориентированное программирование представляет собой метод программирования, который весьма близко напоминает наше поведение. Оно является естественной эволюцией более ранних нововведений в разработке языков программирования. Объектно-ориентированное программирование является более структурным, чем все предыдущие разработки, касающиеся структурного программирования. Оно также является более модульным и более абстрактным, чем предыдущие попытки абстрагирования данных и переноса деталей программирования на внутренний уровень.

Одним из важнейших принципов объектно-ориентированного программирования является то, что программист во время разработки программы должен думать о коде и о данных совместно. Ни код, ни данные не существуют в вакууме. Данные управляют потоком кода, а код манипулирует образами и значениями данных. Если ваши код и данные являются разделенными элементами, то всегда существует опасность вызова правильной процедуры с неверными данными или ошибочной процедуры с правильными данными. Забота о совпадении этих элементов возлагается на программиста, и хотя строгая типизация Паскаля здесь помогает, самое лучшее, что он может сделать - это указать на несоответствие. О том, что действительно существует вместе, Паскаль нигде не сообщает. Если это не отмечено комментарием или не то, о чем вы все время помните, то вы играете с судьбой. Объект осуществляет синхронизацию кода и данных путем совместного построения их описаний. Реально, чтобы получить значение одного из полей объекта, вы вызываете относящийся к этому объекту метод, который возвращает значение нужного поля. Чтобы присвоить полю значение, вы вызываете метод, который назначает данному полю новое значение.

Приложение собирается из многих элементов: форм, программных модулей, внешних библиотек, картинок, пиктограмм и др. Каждый элемент размещается в отдельном файле и имеет строго определенное назначение. Набор всех файлов, необходимых для создания приложения, называется проектом. Компилятор последовательно обрабатывает файлы проекта и строит из них выполняемый файл.

Основные файлы проекта можно разделить на несколько типов: Файлы описания форм - текстовые файлы с расширением DFM, описывающие формы с компонентами. В этих файлах запоминаются начальные значения свойств, установленные вами в окне свойств. Файлы программных модулей - текстовые файлы с расширением PAS, содержащие исходные программные коды на языке Delphi. В этих файлах вы пишите методы обработки событий, генерируемых формами и компонентами.

Главный файл проекта - текстовый файл с расширением DPR, содержащий главный программный блок. Файл проекта подключает все используемые программные модули и содержит операторы для запуска приложения. Этот файл среда Delphi создает и контролирует сама. Проект Delphi представляет собой набор программных единиц - модулей. Один из модулей - главный, содержит инструкции, с которых начинается выполнение программы.

Главный модуль приложения полностью формируется Delphi. Главный модуль представляет собой файл с расширением dpr. Для того чтобы увидеть текст главного модуля приложения, нужно из меню Project выбрать команду View Source. Каждой форме в проекте соответствует свой программный модуль (unit), содержащий все относящиеся к форме объявления и методы обработки событий, написанные на языке Delphi. Программные модули размещаются в отдельных файлах с расширением PAS. Их количество может превышать количество форм. Почему? Потому, что в ряде случаев программные модули могут и не относиться к формам, а содержать вспомогательные процедуры, функции, классы и проч.

Ни в коем случае не изменяйте имя вручную. Среда Delphi требует, чтобы имя модуля совпадало с именем файла, поэтому если вы хотите переименовать модуль, сохраните его в файле с новым именем, воспользовавшись командой меню File | Save As.... Среда Delphi сама подставит после слова unit новое имя. После этого удалите старый модуль. Содержание интерфейсной секции модуля (interface) начинается с подключения стандартных модулей библиотеки VCL, в которых определены часто вызываемые подпрограммы и классы помещенных на форму компонентов. Среда Delphi формирует список модулей без вашего участия и автоматически пополняет его, когда вы добавляете на форму новые компоненты. Тем не менее, список подключенных модулей можно изменять прямо в редакторе кода (вручную). Начинается модуль словом unit, за которым следует имя модуля. Модуль состоит из следующих разделов:

· интерфейса;
· реализации;
· инициализации.

Раздел интерфейса (начинается словом interface) сообщает компилятору, какая часть модуля является доступной для других модулей программы. В этом разделе перечислены (после слова uses) библиотечные модули, используемые данным модулем. Также здесь находится сформированное Delphi описание формы, которое следует за словом type.

Раздел реализации открывается словом implementation и содержит объявления локальных переменных, процедур и функций, поддерживающих работу формы.

Начинается раздел реализации директивой {$R *.DFM}, указывающей компилятору, что в процессе генерации выполняемого файла надо использовать описание формы. Описание формы находится в файле с расширением dfm, имя которого совпадает с именем модуля. Файл описания формы генерируется средой Delphi на основе внешнего вида формы.

За директивой ($R *.DFM} следуют процедуры обработки событий для формы и ее компонентов. Сюда же программист может поместить другие процедуры и функции.

Раздел инициализации позволяет выполнить инициализацию переменных модуля. Инструкции раздела инициализации располагаются после раздела реализации (описания всех процедур и функций) между begin и end. Если раздел инициализации не содержит инструкций (как в приведенном примере), то слово begin не указывается.

Следует отметить, что значительное количество инструкций модуля формирует Delphi. Delphi, анализируя действия программиста по созданию формы, генерирует описание класса формы (после слова type). Для того чтобы компилятор знал, какие конкретно файлы входят в проект, необходимо какое-то организующее начало. И оно действительно есть. Это так называемый файл проекта, имеющий расширение DPR (сокр. от Delphi Project). Он представляет собой главный программный файл на языке Delphi, который подключает с помощью оператора uses все файлы модулей, входящих в проект. Для каждого проекта существует только один DPR-файл. Когда мы по команде File | New | Application начинаем разработку нового приложения, среда Delphi автоматически создает файл проекта. По мере создания новых форм содержимое этого файла видоизменяется автоматически. Когда мы закончим работу и будем готовы компилировать проект, в DPR-файле будет находиться перечень программных модулей, которые будут поданы на вход компилятору.

Понятие компонента является фундаментальным для среды Delphi. Без компонентов все преимущества визуальной разработки приложений исчезают и говорить становится не о чем. Разработчики Delphi позаботились о том, чтобы включить в библиотеку простые для использования компоненты, реализующие соответствующие диалоговые окна. Они размещены на странице Dialogs.

Теоретический раздел любой науки базируется на математических методах исследования. Это относится и к информатике. Она использует методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации, создаёт тот теоретический фундамент, на котором строится всё здание информатики.

По своей природе информация дискретна и представляется обычно в символьно-цифровом виде в текстах и точечном виде на рисунках. С учётом этого в информатике широко используется математическая логика как раздел дискретной математики. Следующее направление теоретической информатики - вычислительная математика , которая разрабатывает методы решения задач на компьютерах с использованием алгоритмов и программ.

Подраздел теория информации (а также теория кодирования и передачи информации) изучает информацию в виде абстрактного объекта, лишённого конкретного содержания. Здесь исследуются общие свойства информации и законы, управляющие её рождением, развитием и уничтожением. Здесь же изучаются те формы, в которые может отобразиться содержание любой конкретной элементарной единицы информации.

Системный анализ - еще одно направление теоретической информатики. В нём изучается структура реальных объектов, явлений, процессов и определяются способы их формализованного описания через информационные модели. Имитационное моделирование - один из важнейших методов компьютерного моделирования, в котором воспроизводятся процессы и явления, протекающие в реальных объектах.

Наконец, теория принятия решений изучает общие схемы выбора нужного решения из множества альтернативных возможностей. Такой выбор часто происходит в условиях конфликта или противоборства. Модели такого типа изучаются в теории игр. Рисунок 1 Условное изображение структуры информатики в виде карты:

Искусственный интеллект

Это направление информатики - самое молодое, возникшее в середине 70-х годов. Однако именно искусственный интеллект определяет стратегические направления развития информатики. Искусственный интеллект тесно связан с теоретической информатикой , откуда он заимствовал многие модели и методы, например, использование логических средств для преобразования знаний. Столь же прочны связи этого направления с кибернетикой. Математическая и прикладная лингвистика, нейрокибернетика и гомеостатика теснейшим образом связаны с развитием искусственного интеллекта . И конечно, работы в этой области немыслимы без развития систем программирования (рис. 1).

Рис. 1

Основная цель работ в области искусственного интеллекта - стремление проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности к овладению знаниями, навыками и умениями. Для этого необходимо раскрыть те глубинные механизмы, с помощью которых человек способен научиться практически любому виду деятельности. И если суть этих механизмов будет разгадана, то есть надежда реализовать их подобие в искусственных системах, т.е. сделать их по-настоящему интеллектуальными. Такая цель исследований в области искусственного интеллекта тесно связывает их с достижениями психологии - науки, одной из задач которой является изучение интеллекта человека. В психологии сейчас активно развивается особое направление - когнитивная психология , исследования в котором направлены на раскрытие закономерностей и механизмов, связанных с процессами познавательной деятельности человека и которые интересуют специалистов в области искусственного интеллекта.

Другое направление психологии - психолингвистика также интересует специалистов в области искусственного интеллекта. Её результаты касаются моделирования общения не только с помощью естественного языка, но и с использованием иных средств: жестов, мимики, интонации и т.п.

Кроме теоретических исследований активно развиваются и прикладные аспекты искусственного интеллекта. Например, робототехника занимается созданием технических систем, которые способны действовать в реальной среде и частично или полностью заменить человека в некоторых сферах его интеллектуальной и производственной деятельности. Такие системы получили название роботов.

Экспертная система - еще одно прикладное направление искусственного интеллекта. В отличие от других интеллектуальных систем, экспертная система имеет три главные особенности: 1 - она адаптирована для любого пользователя, 2 - она позволяет получать не только новые знания, но и профессиональные умения и навыки, связанные с данными знаниями, т.е. не только даёт знать что..., но и знать как..., 3 - она передаёт не только знания, но и пояснения и разъяснения, т.е. обладает обучающей функцией.

Программирование

Программирование как научное направление возникло с появлением вычислительных машин и только программное обеспечение определяет эффективность использования ЭВМ. В настоящее время это достаточно продвинутое направление информатики. В этой области работает значительный отряд специалистов, которые подразделяются на системных и прикладных программистов.

Системные программисты являются, как правило, специалистами очень высокого уровня и разрабатывают системное программное обеспечение , которое включает в себя операционные системы, языки программирования и трансляторы. Операционные системы обеспечивают функционирование вычислительной техники и предоставляют пользователю комфортные условия взаимодействия с компьютером.

Языки программирования создаются для разработки прикладного программного обеспечения. Эти языки относятся к языкам высокого уровня, мнемоника и семантика которых близка к естественному языку общения людей.

Есть ещё машинные языки, которые используются непосредственно в ЭВМ и которые состоят из последовательности машинных команд, закодированных в микропроцессорах. Для преобразования программ, написанных на языке высокого уровня в программы на машинном языке используются специальные программы - трансляторы , которые также создаются системными программистами.

Прикладное или проблемно-ориентированное программирование ориентировано на разработку пользовательских программ для решения тех или иных задач в различных областях науки, техники, производства. Например, в образовании используются пакеты педагогических программных средств (ППС) , в которые включаются обучающие и контролирующие программные средства в определённой предметной области.

Прикладная информатика

Достижения современной информатики широко используются в различных областях человеческой деятельности: в научных исследованиях (АСНИ - автоматизированные системы для научных исследований), в разработке новых изделий (САПР - системы автоматизированного проектирования), в информационных системах (АИС - автоматизированные информационные системы), в управлении (АСУ - автоматические системы управления), в обучении (АОС - автоматизированные обучающие системы) и др.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра математики и экономической информатики

Понятие о программировании. Языки программирования

Выполнил: Молотов Л.А.

Проверила: доц. Кодолова И.А.

Казань 2010

Введение 3

1. Основные положения о программировании 4

1.1.Понятие программирования 4

1.2.Парадигмы программирования 5

1.3.Инструментарий технологии программирования 8

2. Языки программирования 11

2.1. Понятие языка программирования 11

2.2. Классификация языков программирования 14

2.3. Описание некоторых языков программирования 17

3. Язык программирования Java 22

3.1. Обзор языка Java 22

3.2.Процесс создания Java-программы 23

3.3. Достоинства языка Java 25

Заключение 28

Список использованных источников 29

Введение

Когда изучаешь какой-либо вопрос, считаешь, что знаешь его; когда можешь писать о нем, становишься уверенней в своих знаниях; уверенность возрастает, когда можешь научить этому кого-нибудь другого; и совершенно уверен, когда начинаешь программировать. Алан.Дж.Перлис

До середины 60-х компьютеры были слишком дорогими машинами, использовавшимися только для особых задач, и выполнявшими только одну задачу за раз.

Языки программирования этой эры, как и компьютеры на которых они использовались, были разработаны для специфичных задач, таких как научные вычисления. Поскольку машины были дорогими и медленными, то и машинное время было дорого – поэтому скорость выполнения программы стояла на первом месте.

Однако в течение 60-х цена на компьютеры стала падать так, что даже небольшие компании могли их себе позволить; скорость компьютеров всё увеличивалась, и наступило время, когда создатели языков программирования все больше стали задумываться об удобстве написания программ, а не только скорости их выполнения.

На заре компьютеризации, машинный язык был единственным языком, большего человек к тому времени не придумал. Для спасения программистов от сурового машинного языка программирования, были созданы языки высокого уровня (т.е. немашинные языки).«Мелкие» (атомарные) операции, выполняемые непосредственно устройствами машины, объединили в более «крупные», высокоуровневые операции и целые конструкции, с которыми человеку куда проще и удобнее работать. Так программирование сделало колоссальный прорыв: новые языки стали своеобразным связующим мостом между человеком и машинным языком компьютера.

Прогресс компьютерных технологий определил процесс появления новых разнообразных знаковых систем для записи алгоритмов (языков программирования) и развитие процесса программирования в целом.

1. Основные положения о программировании

1.1. Понятие программирования

Терминпрограммирование означаетпроцесс и искусство создания компьютерных программ с помощью специальных языков программирования.

В общем смысле слова, программирование есть формализация предопределенного состояния, по реакции на событие, реализуемого средствами математики или естественных наук.

В узком смысле слова, программирование рассматривается как кодирование алгоритмов на заданном языке программирования. В более широком смысле программирование - процесс создания программ, то есть разработка программного обеспечения.

Программирование включает в себя:

· Проектирование - разработка комплекса алгоритмов

· Тестирование и отладку - выявление и устранение ошибок в программах

· Испытания и сдачу программ

· Сопровождение

1.2. Парадигмы программирования

В основе того или иного языка программирования лежит некоторая руководящая идея, оказывающая существенное влияние на стиль соответствующих программ.В зависимости от назначения и/или способа написания программ различаютпарадигмы (также известные как подходы или технологии ) программирования :

Структурное программирование - методология программирования, базирующаяся на системном подходе к анализу, проектированию и реализации программного обеспечения. Эта методология родилась в начале 70-х годов и оказалась настолько жизнеспособной, что и до сих пор является основной в большом количестве проектов. Основу этой технологии составляют следующие положения:

· Сложная задача разбивается на более мелкие, функционально лучше управляемые задачи. Каждая задача имеет один вход и один выход. В этом случае управляющий поток программы состоит из совокупности элементарных подзадач с ясным функциональным назначением.

· Простота управляющих структур, используемых в задаче. Это положение означает, что логически задача должна состоять из минимальной, функционально полной совокупности достаточно простых управляющих структур. В качестве примера такой системы можно привести алгебру логики, в которой каждая функция может быть выражена через функционально полную систему: дизъюнкцию, конъюнкцию и отрицание.

· Разработка программы должна вестись поэтапно. На каждом этапе должно решаться ограниченное число четко поставленных задач с ясным пониманием их значения и роли в контексте всей задачи. Если такого понимания не достигается, это говорит о том, что данный этап слишком велик и его нужно разделить на более элементарные шаги.

Концепция модульного программирования. Так же как и для структурной технологии программирования, концепцию модульного программирования можно сформулировать в виде нескольких понятий и положений:

· Функциональная декомпозиция задачи - разбиение большой задачи на ряд более мелких, функционально самостоятельных подзадач - модулей. Модули связаны между собой только по входным и выходным данным.

· Модуль - основа концепции модульного программирования. Каждый модуль в функциональной декомпозиции представляет собой «черный ящик» с одним входом и одним выходам. Модульный подход позволяет безболезненно производить модернизацию программы в процессе ее эксплуатации и облегчает ее сопровождение. Дополнительно модульный подход позволяет разрабатывать части программ одного проекта на разных языках программирования, после чего с помощью компоновочных средств объединять их в единый загрузочный модуль.

· Реализуемые решения должны быть простыми и ясными. Если назначение модуля непонятно, то это говорит о том, что декомпозиция начальной или промежуточной задачи была проведена недостаточно качественно. В этом случае необходимо еще раз проанализировать задачу и, возможно, провести дополнительное разбиение на подзадачи. При наличии сложных мест в проекте их нужно подробнее документировать с помощью продуманной системы комментариев. Этот процесс нужно продолжать до тех пор, пока вы действительно не добьетесь ясного понимания назначения всех модулей задачи и их оптимального сочетания.

· Назначение всех переменных модуля должно быть описано с помощью комментариев по мере их определения.

Объектно-ориентированное программирование (ООП). Идея ООП заключается в стремлении связать данные с обрабатывающими эти данные процедурами в единое целое - объект. ООП основано на трех важнейших принципах, придающих объектам новые свойства. Этими принципами являются инкапсуляция, наследование и полиморфизм.

· Инкапсуляция - объединение в единое целое данных и алгоритмов обработки этих данных. В рамках ООП данные называются полями объекта, а алгоритмы - объектными методами.

· Наследование - свойство объектов порождать своих потомков. Объект - потомок автоматически наследует от родителей все поля и методы, может дополнять объекты новыми полями и заменять (перекрывать) методы родителя или дополнять их.

2 года назад я написал статью о классификации знаний в области программирования. Это было на волне интереса и моей активной деятельности по самообразованию в компьютерных науках. Написал статью и забыл о ней. Публиковать на Хабре не собирался. В конце концов, она базируется на моем личном опыте и знаних, которые могут оказаться весьма субъективны.

Недавно, на фоне постоянно поступающих вопросов «как научиться программированию?», я вспомнил про этот материал и перечитал его. Прошло уже 2 года, пополнился опыт, добавились знания, изменились взгляды. Но эта статья для меня не утратила актуальности, и я не нашел почти ничего, что хотел бы в ней изменить. Мне показалось, что она все же достойна публикации. И, возможно, кому-то она поможет в собственном профессиональном развитии.

Но прежде, чем «запустить» материал, еще небольшое отступление. О том, почему вообще я все это писал. Дело в том, что у нас в странах бывшего СССР с образованием в области IT очень туго. С одной стороны нет программ обучения, которые подготовят специалистов на должном уровне (наверное, за очень редкими исключениями, которые можно отнести к погрешности). С другой стороны, из-за широких возможностей самообразования, программисты и не спешат учиться в ВУЗах - все стремятся начать практиковать как можно раньше. Часто изучается только одно направление (например PHP+Mysql - самое популярное) и в бой. Причем, на этом все заканчивается. В итоге у нас огромное количество программистов, которые и базовых вещей не знают. Отсюда вытекают проблемы с качеством кода, и с эффекивностью алгоритмов, с велосипедированием.

Но программирование - это полноценная область знаний, которая требует в том числе и инженерной подготовки. Точно так же, как строительство или телекоммуникации. Да, построить дом (особняк) можно своими руками и без образования. А поднять большинство сайтов можно прочитав пару книг по PHP и HTML. Но многоэтажку без специальной подготовки не построишь, как и Гугл не напишешь, не зная основ.

Возможности для самообразования в компьютерных науках сейчас огромны. Единственное, чего не хватает, - это системности подготовки. Как разобраться, что и в какой последовательности изучать? Мне кажется, что этот материал поможет разложить по полочкам области знаний в компьютерных науках и составить для себя программу изучения по книгам. Выбор книг - тема отдельная, в рамки статьи не входит, но это можно обсудить в комментариях.

Поехали.

Меня иногда спрашивают, что нужно выучить, чтобы стать программистом. Вопрос несколько наивный, т.к. нормально ответить на него по-моему невозможно. Т.е. для начала нужно выяснить, каким программистом нужно стать. Да и вообще, программистом ли? Кроме того, на рынке востребованы как высококвалифицированные дорогие специалисты, так и “рабочая сила”. Пакет знаний и опыта первых и вторых отличается в значительной степени.

Но, не смотря на такую расплывчатость вопроса, дать ответ на него все же можно. Можно описать примерный максимум знаний, которые так или иначе относятся к программированию. Собственно, этот максимум обычно и стремятся преподать в ВУЗах на специальностях, в названии которых фигурирует слово “программист”.

Я учился на программиста в колледже, потом в университете. Именно университет немного разложил по полочкам понимание и взаимосвязь дисциплин, относящиеся к так называемым компьютерным наукам. Пусть знания, которые там давали, были недалекими и немного устаревшими, но системный подход у них был сформирован неплохой. Спустя годы практики после окончания обучения я пришел к выводу, что ВУЗовская классификация дисциплин вполне хороша и позволяет ответить на вопрос, что же следует знать любому программисту.

Конечно, знать все невозможно. Да и не нужно. Кроме того, какие-то вопросы нужно знать глубоко, а в других достаточно поверхностного обзорного понимания. По-этому в зависимости от специализации некоторые дисциплины более актуальны, некоторые менее. Но общие базовые знания необходимы почти по всем из них для любого инженера-программиста, от системщика до веб-разработчика.

В предыдущем абзаце я специально ввел термин “инженер-программист”. Как-то получается так, что программист - это не обязательно инженер. Даже из определения Википедии следует, что инженер - это в первую очередь проектировщик. Это тот, кто создает, т.е. проектирует системы. А в практике программирования проектирование нужно не всегда. Иногда достаточно кодирования: используя данный набор технологий, слепить что-то работающее. Типичный пример - стадо корпоративных или маркетинговых сайтов на джумлах, ворпрессах, друпалах и т.д. Это уровень техника, не инженера. Это уровень среднего образования. И работать техником можно даже после окончания курсов какого-либо языка программирования, крепкая теоретическая база там не нужна.

И, возвращаясь к инженерам-программистам, я хочу предложить свой граф дисциплин, которые изучают программисты. Очевидно, что одни дисциплины активно используют знания других, либо вовсе вырастают из других. Соответственно для полного понимания “верхнего” предмета, необходим какой-то уровень понимания нижнего.

Граф состоит из предметов (дисциплин) и разбит на уровни. Самый нижний - Общая база - вообще отношения к компьютерным наукам не имеет. Он приведен только для того, чтобы показать, на чем базируются дисциплины компьютерных наук.

Между дисциплинами существуют 2 вида связей: использование (обычная стрелка) и расширение (контур стрелки). Использование подразумевает необходимость фрагментарных знаний другого предмета, а расширение - необходимость как минимум обзорных, но полных знаний расширяемой дисциплины.

Первый уровень из CS (computer science) - Специальная база . Это стартовая площадка для любого программиста по четырем фронтам:

арифметические основы ЭВМ (системы счисления и операции с числами, логические операции);
физические основы ЭВМ (полупроводники, транзисторы, логические элементы, схемы, интегральные микросхемы);
теория алгоритмов (алгоритмы и структуры данных; сложность, эффективность; способы представления информации в памяти);
языки программирования (задача и понятие ЯП, уровни, типы языков, абстракция, уровни абстракции, трансляция/компиляция, шаблоны, принципы, парадигмы - обзор).

Специальная база предлагает фундаментальные теоретические знания, на которых строятся дисциплины более высоких уровней. Для среднего программиста необходимы обзорные знания по всем предметам специальной базы. Для некоторых специализаций требуется углубленное понимание теории алгоритмов (прежде всего - разработчикам разного рода библиотек).

Уровнем выше располагаются дисциплины, которые являются базовыми именно в программировании. По-этому я назвал этот уровень Основы . В него входят:

архитектура ЭВМ (процессоры, микроархитектура, память, шины, ввод/вывод);
обработка информации (теория информации, статистика, модели, поиск данных, лингвистические аспекты, обработка информации средствами табличных процессоров);
основы C/C++ (базовые свойства языка, синтаксис, указатели, ввод/вывод, массивы, основы STL).

Следом за Основами идет Уровень 1 . Это первый прикладной уровень, и особо нетерпеливые могут начать коммерческую практику, овладев этим уровнем. Он включает 5 дисциплин:

основы ASM (развитие архитектуры ЭВМ в направлении программирования, написание простейших драйверов и алгоритмов, ассемблерные вставки в C/C++);
C/C++ (ООП, разработка прикладных приложений, библиотеки, WinAPI, make utils, параллельное программирование).
операционные системы (архитектура ОС, процессы, межпроцессное взаимодействие, потоки, планирование, работы с памятью и переферией, POSIX-системы);
системный анализ (предметная область, бизнес-процессы, потоки, диаграммы, принципы и теория системного анализа);
базы данных (теория множеств, виды СУБД, реляционные СУБД, модели данных, SQL, конкретные БД).

Следующий уровень - Уровень 2 - развивает предыдущий. Кстати, компьютерные сети попали в него только по той причине, что для их изучения желательно (но не обязательно) предварительно освоить операционные системы. По развитости этот предмет ближе все-таки к первому уровню.

Уровень 2 включает:

разработку ПО (жизненный цикл ПО, этапы разработки, основы ведения программных проектов, инструменты);
анализ данных (Data Mining, OLAP, машинное обучение, нейронные сети, ИИ);
компьютерные сети (по уровням стеков TCP/IP и/или ISO/OSI “от и до”, протоколы, сетевое программирование на C/C++);
языки программирования с управляемым кодом (управляемый код, виртуальные машины, сборщики мусора, юнит-тестирование, собственно практика на C# или Java);

Уровень 3 - последний уровень для среднего программиста. Он самый объемный и включает только те дисциплины, которые непосредственно связаны с разработкой ПО. Всего их получилось 6:

разработка UI и юзабилити (принципы построения интерфейсов пользователя);
управление командами и проектами (методологии разработки и другие вопросы управления);
тестирование ПО (обзорно: виды тестирования, инструменты);
веб-технологии (HTTP-протокол, веб-сервер, CGI, кэширование и проксирование, клиентское программирование);
распределенные системы (архитектуры распределенных систем, протоколы сетевого взаимодействия компонентов, инструменты, принципы, подходы к построению распределенных систем, отказоустойчивость, большие данные, высокие нагрузки);
интерпретируемые языки программирования (особенности, основы по двум-трем языкам, практика по одному-двум языкам: JS, PHP, Python, Ruby).

Все, что идет выше, - расширенные Экспертные знания . По большому счету этот уровень можно расширять неограниченно, добавляя в него смежные с разработкой дисциплины и наиболее сложные аспекты разработки ПО. Я привел 3 примера - разработка компиляторов, разработка операционных систем и построение архитектур больших программно-аппаратных систем, либо архитектур, рассчитанных на особо высокие нагрузки. Зависимости к нижним уровням га графе не рисовал, т.к. получится слишком много стрелок, идущих через все уровни, вплоть до Общей базы. Наверное, широкие зависимости - это один из признаков вопросов экспертного характера. Здесь как раз подтверждается то, что экспертный уровень требует самых широких знаний и хорошего опыта.

Интересно в графе то, что он не только показывает предпочтительный порядок изучения предметов, но также:

дает возможность понять, какие дисциплины нужны больше, какие меньше для работы в определенной специализации (просто выбрать основной предмет специализации и смотреть по связям и удаленности до других);
дает понимание, как изучать компьютерные науки, если начинать не с фундаментальных основ, а с прикладных знаний (например, PHP) - можно двигаться по связям в стороны и вниз - собственно именно таким был мой личный путь развития (и я никак не могу назвать его самым легким, эффективным и оптимальным).

Граф - это модель. А хорошая модель как правило дает ответы сразу на множество вопросов. Я поставил перед собой задачу сделать хороший граф, близкий к реальности. Естественно, он основан на моем личном опыте и не претендует на идеал. Я старался сделать его наиболее объективным. И еще раз напоминаю, что это граф для программиста. Т.е. для тестировщика, сисадмина и других близких к программированию профессий он будет более или менее близким, но явно другим.

P.S. Убедительная просьба не развивать холивары на тему, что должен и что не должен знать программист. Это личный выбор каждого и статья совсем не об этом. Здесь приведена классификация знаний и взаимосви между ними. Это интересно не всем, это нужно не всем.

Напечатать