Файл: Системы программирования (1. Система программирования как неотъемлемая часть современных ЭВМ).pdf

Процедурно-ориентированные СП предназначены для выполнения каких-либо сложных процедур, инициированных пользователем, поэтому они представляют собой сложные обрабатывающие системы со своим входным языком - таковыми являются различные информационно-справочные системы, системы управления данными. Например, к ним можно отнести известную систему продажи и бронирования железнодорожных билетов.

Машинно-ориентированная СП характеризуется следующим набором из пяти групп параметров:

• организация оперативной памяти, минимально-адресуемая единица, общий объем доступного адресного пространства, способы структуризации (слова, двойные слова и т.п.).
• организация регистров - общее их число, доступность, назначение, формат
• форматы данных - поддерживаемые типы данных, формы их представления в памяти
• система команд - форматы, способы доступа к памяти, виды адресации, группы по выполняемым функциям
• специальные средства (наличие средств защиты, системы прерываний, организация ввода вывода и т.п.).

1.5 Основные компоненты системы программирования

Система программирования представляет собой совокупность реализации языка и окружающей её операционной среды - это базовые средства, доступные при работе на данном компьютере в данной системе.

Реализация же языка - это комплект программ, которым обеспечивается:

• поддержка операций с исходной программой: ввод, редактирование, сохранение текста; анализ синтаксических ошибок;
• подготовка синтаксически правильной программы к исполнению на конкретном вычислителе;
• поддержка на конкретном вычислителе всех возможных действий абстрактного вычислителя.

Помимо этого в реализацию языка могут входить другие программы, удовлетворяющие требования, логически связанные с вышеперечисленными.

Система программирования обязательно должна включать следующие компоненты:

Файловая система для хранения текста программ - как правило, это общая часть программного обеспечения для различных систем на данном компьютере.

Редактор для ввода текста программы как последовательности символов и исправление её (текстовый редактор). При этом возможно как использование редактора, специализированного для составления программ на данном языке, так и универсального, предназначенного для набора различных текстов.

Транслятор для преобразования текста программы к виду, в котором она может исполняться, и указания ошибок, если преобразование не удаётся. Транслятором может быть не одна программа.

Существует два больших класса программ-трансляторов: компиляторы и интерпретаторы.

При использовании компиляторов весь исходный текст программы преобразуется в машинные коды, и именно эти коды записываются в память микропроцессора. При использовании интерпретатора в память микропроцессора записывается исходный текст программы, а трансляция производится при считывании из памяти программ очередного оператора. Быстродействие интерпретаторов намного ниже по сравнению с компиляторами, так как при использовании оператора в цикле он транслируется многократно.

Применение интерпретатора может обеспечить выигрыш только в случае его разработки для ЯВУ. В этом случае может быть сэкономлена внутренняя память программ, а также облегчен процесс отладки программ (при применении языка программирования BASIC) или облегчен перенос программ с одного типа процессора на другой (при применении языка программирования JAVA).

При программировании на языке программирования ASSEMBLER применение интерпретатора приводит к проигрышу по всем параметрам, поэтому для языков программирования низкого уровня применяются только программы-компиляторы.

Библиотеки периода трансляции, которые используются в процессе преобразования программного текста, к примеру, для включения в него стандартизованных фрагментов (чтобы программисту не нужно было их повторять в своих программных текстах).

Библиотеки периода исполнения, содержащие программы стандартных действий абстрактного вычислителя (её еще называют библиотека поддержки языка). Они связывают язык с операционной средой.

Отладчик - программа, отслеживающая ход вычислений программ на данном языке. С его помощью можно последовательно выполнять отдельные операторы исходного текста по шагам, наблюдая при этом, как меняются значения различных переменных. Без отладчика разработать крупное приложение очень сложно.

Кроме перечисленных компонентов система программирования, как правило, включает в себя:

Пользовательские библиотеки, которые содержат программы на данном языке (в текстовом или преобразованном виде), используемые в составляемых программах для задания специальных вычислений (они зависят от среды программирования).

Редакторы внешних связей, собирающие программы из модулей.

Загрузчики.

Оптимизаторы, позволяющие автоматически улучшать программу, написанную на определённом языке.

Профилировщики, которые определяют, какой процент времени выполняется та или иная часть программы. Это позволяет выявить наиболее интенсивно используемые фрагменты программы и оптимизировать их (например, переписав на языке ASSEMBLER).

К информационному обеспечению системы программирования относятся различные структурированные описания языков, служебных программ, библиотек модулей и т.п. Без хорошего информационного обеспечения современные системы программирования работать не могут. Каждый пользователь неоднократно работал с этой компонентой системы программирования, нажимая функциональную клавишу F1 или выбирая из меню пункт Help (Помощь).

На рисунке 1 показана общая схема прохождения программы пользователя через систему программирования. Программные модули пользователя на этом рисунке заключены в прямоугольники, а системные программы - в прямоугольники с закруглёнными углами.

Рисунок 1. Общая схема прохождения программы через систему программирования

1.6 Средства создания программ

В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования нужно иметь следующие компоненты.

1. Текстовый редактор. Так как текст программы записывается с помощью ключевых слов, обычно происходящих от слов английского языка, и набора стандартных символов для записи всевозможных операций, то формировать этот текст можно в любом редакторе, получая в итоге текстовый файл с исходным текстом программы. Лучше использовать специализированные редакторы, которые ориентированы на конкретный язык программирования и позволяют в процессе ввода текста выделять ключевые слова и идентификаторы разными цветами и шрифтами. Подобные редакторы созданы для всех популярных языков и дополнительно могут автоматически проверять правильность синтаксиса программы непосредственно во время ее ввода.

2. Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в машинный код. Исходный текст программы состоит, как правило, из нескольких модулей (файлов с исходными текстами). Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом, затем их требуется объединить в одно целое. Кроме того, системы программирования, как правило, включают в себя библиотеки стандартных подпрограмм (имеют расширение .LIB). Стандартные подпрограммы имеют единую форму обращения, что создает возможности автоматического включения таких подпрограмм в вызывающую программу и настройки их параметров.

3.Объектный код модулей и подключенные к нему стандартные функции обрабатывает специальная программа – редактор связей. Данная программа объединяет объектные коды с учетом требований операционной системы и формирует на выходе работоспособное приложение – исполнимый код для конкретной платформы. 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 .exe или .com.

4. В современных системах программирования имеется еще один компонент – отладчик, который позволяет анализировать работу программы во время ее исполнения. С его помощью можно последовательно выполнять отдельные операторы исходного текста последовательно, наблюдая при этом, как меняются значения различных переменных.

5. В последние несколько лет в программировании (особенно для операционной среды Windows) наметился так называемый визуальный подход. Этот процесс автоматизирован в средах быстрого проектирования. При этом используются готовые визуальные компоненты, свойства и поведение которых настраиваются с помощью специальных редакторов. Таким образом, происходит переход от языков программирования системного уровня к языкам сценариев.

1.7 Основные требования к системам программирования

Рассмотрим главные требования, которые предъявляются к современной системе программирования.

1) Требование согласованности интерфейсов и непротиворечивости результатов работы компонентов этих систем. Именно это согласование превращает наборы системных программ в единую систему, нацеленную на решение своей основной задачи - поддержку единого процесса подготовки программ.

2) Полнота набора системных компонентов. Данное требование является важным, но вторичным. В мире существуют несколько систем программирования, которые обеспечивали бы поддержкой весь процесс проектирования, разработки и сопровождения программных продуктов. Однако имеется некоторый уже обязательный круг компонентов, разделение которых недопустимо. Невозможно представить себе систему программирования, в которой отсутствовали бы трансляторы. Уже давно обязательным компонентом считается редактор связей (компоновщик), позволяющий объединять раздельно созданные модули в единую программу. Наличие системных библиотек также является обязательным требованием к составу систем программирования. Среди современных систем программирования уже трудно найти системы без интерактивных отладчиков и справочных систем. В то же время, отсутствие компонентов, ответственных за первые этапы проектирования программ - от фиксации первичных требований к разрабатываемому программному продукту до разработки подробных спецификаций и структурированных описаний программ, в настоящее время еще не считается существенным недостатком систем программирования, и многие из них обходятся без таких компонентов, оставляя их системам проектирования другого рода. Можно ожидать, что в будущем, по мере внедрения автоматизированных технологий разработки программного обеспечения, системы, предназначенные для автоматизации различных стадий общего процесса проектирования и разработки, будут объединяться в единые комплексы.

3) Требование удобства работы с системами программирования и отдельными их компонентами. Важными являются возможности по поддержке работы в различных режимах, а также по поддержке ведения в системе нескольких разных проектов разработки программного обеспечения. От систем программирования требуется поддерживать как режим отладки программ, так и режим получения наиболее эффективного варианта программ.

Поддержка нескольких проектов позволяет пользователям систем сохранять в архивах сделанные ими настройки и установки режимов для ведущихся ими проектов разработки и быстро извлекать их оттуда, легко восстанавливая сохраненный контекст.

2. Обзор современных систем программирования

В данной главе мы рассмотрим наиболее популярные системы программирования ведущих фирм-производителей, таких как Borland/Inprise, Misrosoft.

Отметим основные вехи на пути развития систем программирования:

• Переход от одиночных утилит систем программирования к интегрированным диалоговым средам программирования (например, семейство Turbo-продуктов фирмы Borland);
• Развитие инструментальных наборов, расширяющих возможности систем программирования, в частности, в области диалога (разного рода Tool Box);
• Появление объектно-ориентированных диалектов языков Си и Паскаль; заметим, что по нашему мнению, несмотря на то, что Паскаль является более строгим и корректным языком, феномен Си++ имеет большее значение в силу наличия стандарта;
• Возникновение операционной среды Windows со встроенной поддержкой диалога и первых Windows-приложений с помощью SDK (Software Development Keet);
• Создание объектно-ориентированных библиотек, поддерживающих диалоговый режим работы в среде DOS и Windows (TurboVision, Object Windows и MFC);
• Появление систем программирования, облегчающих создание приложений для DOS и Windows;
• Развитие механизма встраивания и связывания объектов OLE 2;
• Переход к визуальным системам программирования (Visual Си++, Delphi, Visual Basic), которые ориентированы на разработку информационных приложений.

2.1 Microsoft Visual Basic

Microsoft Visual Basic - средство разработки программного обеспечения, разрабатываемое корпорацией Microsoft и включающее язык программирования и среду разработки. Язык Visual Basic унаследовал дух, стиль и отчасти синтаксис своего предка - языка Бейсик, у которого есть немало диалектов. В то же время Visual Basic сочетает в себе процедуры и элементы объектно-ориентированных и компонентно-ориентированных языков программирования. Среда разработки Visual Basic включает инструменты для визуального конструирования пользовательского интерфейса.