Файл: История развития программирования в России. (Структурное и модульное программирование).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Россия всегда славилась своей необъятной территорией и немалыми природными ресурсами. На этом фоне отрасль программирования почти незаметна. Но, помимо лидерства в добыче и реализации полезных ископаемых, Россия занимает первое место в мире по количеству технических специалистов. Согласно отчету World Bank/UNESCO, более миллиона человек в стране работает в области научных исследований. Россия имеет огромный потенциал к выходу в лидирующие места по продвижению индустрии программирования. Я решил затронуть эту тему, чтобы самому детально разобраться в уровне развития индустрии программирования и сделать свою независимую оценку успешного её развития, а также помочь разобраться другим интересующимся людям. В решении этого вопроса я обращаюсь к книжной литературе, а также статьям из Интернета. Я расскажу об этапах развития программирования в России, о главных проблемах и достижениях, а также какую роль в развитии занимают люди, и как государство помогает развивать эту отрасль. Также для наглядности буду приводить примеры зарубежных стран.

Глава 1. ПОЯВЛЕНИЕ ИНДУСТРИИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ В РОССИИ

1.1 История появления программирования

Программирование в Российской Федерации начинает свою историю с 50-х годов прошлого века, когда программирование в основном предназначалось для решения военных и промышленных задач, например, для точного расчета места приземления космического корабля Юрия Гагарина. Такие грандиозные успехи советских учёных в индустрии программирования связаны с сильно индустриализованной экономикой и её хорошим развитием. Но с появлением такой новой отрасли потребовались люди, которые должны сами хорошо изучить эту индустрию, внедрить её и научить управлять ею других людей. Этот вопрос решили путём переквалификации ряда физиков и математиков в информатику. На те времена количество программистов и техники было не таким большим, так как область применения программирования была достаточно ограниченной. Так, за все 20 лет производства БЭСМ-6, одного из самых успешных компьютеров тех времен (было выпущено всего около 300 штук). Это совершенно не помешало в 60-х годах школам программирования достичь высот на мировом уровне и в промышленной разработке программ, и в научных исследованиях.

К сожалению, где-то с начала 70-х годов в программировании, как и в ряде других отраслей, начали наблюдаться первые признаки застоя. Одной из основных причин стала официальная политика ориентации компьютерных платформ на клоны IBM/360 и PDP/11. Считалось, что путем копирования западной аппаратной базы удастся сэкономить деньги, которые впоследствии можно было бы использовать для «гигантского скачка» в программировании. Эта «стратегия» потерпела провал, а Эдгар Дейкстра в своей лекции, прочитанной в России, назвал это решение советского правительства «величайшей победой Запада в холодной войне» (подробнее о ранней истории программирования в России можно прочитать в).

Этот застой продолжился до начала 90-х годов. Из-за перехода на рыночную экономику большинство существовавших структур рухнуло [2], это привело к радикальной смене преобладающей аппаратной платформы. В течение нескольких лет мэйнфреймы были потеснены мощным потоком персональных компьютеров; так, согласно оценке IDC, в 1997 году в России было продано 1,4 млн. компьютеров. Переход на новую платформу создал потребность в целом ряде новых услуг, например, в разработке программ и системной интеграции, которые стали предоставлять молодые частные компании. Большинство современных лидеров в компьютерном бизнесе России — представители этой «новой волны»; сегодня такие компании вполне могут считать себя ветеранами рынка, несмотря на возраст от 8 до 12 лет.

Компьютерный рынок быстро увеличивался вплоть до кризиса 1998 года. Отечественная компьютерная индустрия была одной из наиболее пострадавших из-за своей зависимости от западного рынка; лишь совсем недавно Россия снова вышла на уровень 1997 года по количеству продаваемых компьютеров. Не смотря на это, на данный момент перспективы компьютерного рынка в России выглядят очень хорошими; демонстрируется очень быстрый рост темпов продаж компьютеров.

Самым главным козырем российского программирования является наличие большого количества хорошо обученных технических специалистов. Обычный российский программист обладает как минимум высшим образованием в программировании, технических или точных науках, что совсем нехарактерно для западных стран. Например, примерно 86% американских программистов обладают лишь степенью бакалавра, закончили специальные двухгодичные курсы или вообще ограничились средним образованием.

Все программы обучения абсолютно каждого из университетов, как государственных, так и частных, контролируются государством с помощью набора стандартов, гарантирующих единый уровень обучения. Такой подход порождает ряд специфических для России моментов. Например, в стандарте на программистские специальности традиционно очень велик процент обязательных курсов по математике и прочим фундаментальным наукам. В результате, первые два с половиной года самой распространенной программистской специальности 351500 (бывшая 220400) почти полностью посвящены математическим предметам; это означает, что студенты не получают достаточной практики в программировании до третьего или даже четвертого курса. У такого подхода к делу есть и преимущества: отечественные программисты получают базовые знания, которые могут быть применены в самых разных исследовательских задачах. Это, кстати, регулярно подтверждается победами российской молодежи на различных международных соревнованиях. Например, команда Санкт-Петербургского государственного университета два года подряд становилась победителем международной олимпиады по программированию, проводимой под эгидой ACM (2000 и 2001 годы), а также входила в десятку победителей в течение пяти лет. Следующее поколение также подает большие надежды: в 2000 году российские школьники победили на международной олимпиаде по информатике в Китае.

Количество обучающихся в России студентов также растет. В 2001 году в стране насчитывалось 4,7 млн. студентов, почти вдвое больше, чем в 1995 году. В частности, растет и число студентов, обучающихся программированию: количество тех, кто ежегодно поступает на связанные с компьютерами специальности, выросло за последние пять лет с 8 до 25 тыс. человек. В связи с возможностью найти по окончании вуза высокооплачиваемую работу программирование становится все более привлекательной специальностью.

Самой большой проблемой российской системы высшего образования является сегодня недостаточное финансирование, что особенно сказывается на фундаментальных науках, очень высоко ценившихся в советское время — в этих областях контраст между прошлым и настоящим особенно силен. Многие одаренные преподаватели покидают Россию ради более надежных мест в иностранных университетах. Однако сейчас ряд представителей компьютерной индустрии стали понимать всю опасность этой тенденции и стараются поощрять участие своих сотрудников в преподавательском процессе. Многие компании тесно сотрудничают с университетами, оказывая им поддержку. Взамен они получают возможность привлекать к себе на работу выпускников этих вузов, и потому кадровый состав типичной компьютерной компании быстро становится однородным, а относительно невысокая текучесть персонала помогает сохранить такое положение дел.

Некоторый процент российских программистов эмигрирует из России, и все же проблема «утечки мозгов» уже не так критична, как в начале 90-х годов, когда программисты тысячами эмигрировали, опасаясь неясного положения и туманных перспектив развития России.

Есть и другие пути привлечения новых программистов в индустрию, например, путем переобучения технических специалистов из смежных областей. Российский рынок обучения быстро развивается и предоставляет богатый выбор возможностей — от долгосрочных программ, ориентированных на получение второго высшего образования в области компьютерных наук до сертифицированных курсов обучения от зарубежных вендоров. Таким образом, можно с полной уверенностью заключить, что с точки зрения человеческих ресурсов российский рынок программирования имеет сегодня благоприятные условия для дальнейшего роста.

Глава 2. ВИДЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

2.1. Структурное и модульное программирование

В 1965 г. итальянцы Бом и Джакопини предложили использовать в качестве базовых алгоритмических элементов следование, ветвление и цикл. Почти в то же время к аналогичным выводам пришел голландский ученый Э. Дийкстра, заложивший основы структурного программирования. В 1970-х гг. эта методология оформилась, и корпорация IBM сообщила о применении в разработке программного обеспечения «Усовершенствованных методов программирования», одним из компонентов которых являлась технология нисходящего структурного программирования, основу которого составляет следующее:

1) Сложная задача разбивается на простые, функционально управляемые задачи, каждая задача имеет один вход и один выход; управляющий поток программы состоит из совокупности элементарных функциональных подзадач;

2) Управляющие структуры просты, т. е. логическая задача должна состоять из минимальной, функционально полной совокупности достаточно простых управляющих структур;

3) Программа разрабатывается поэтапно, на каждом этапе решается ограниченное число точно поставленных задач.

Четко сформулированные основы нисходящей разработки, структурного кодирования и сквозного контроля позволяли перейти к промышленным методам разработки программного обеспечения.

Развитие получило модульное программирование, основа которого заключается в следующем:

1) Функциональная декомпозиция (разбиение) задачи на самостоятельные подзадачи - модули, связанные только входными и выходными данными;

2) Модуль представляет собой «черный ящик», позволяющий разрабатывать части программ одного проекта на разных языках программирования, а затем с помощью компоновочных средств объединять их в единый загрузочный модуль;

3) Должно быть ясное понимание назначения всех модулей задачи и их оптимального сочетания;

4) С помощью комментариев должно описываться назначение всех переменных модуля.

В период 1970-1980-х гг. развитие теоретических исследований оформило программирование как самостоятельную научную дисциплину, занимающуюся методами разработки программного обеспечения (ПО).

В истории развития промышленного программирования большую роль сыграл программист и бизнесмен Билл Гейтс (Gates William Henry, p. в 1955 г.). Гейтс и его школьный товарищ Пол Аллен основали компанию по анализу уличного движения «Трэф-О-Дейта» и использовали для обработки данных компьютеры с микропроцессором 8008 -- первым из знаменитого ряда микропроцессоров компании «Intel». Будучи студентом Гарвардского университета, в 1975 г. он совместно с Алленом написал для компьютера Altair (фирмы M1TS) интерпретатор – программу переводчик с языка программирования на язык машинных кодов. Профессиональное программирование вышло на уровень технологии.

Методы разработки ПО синтезируют:

1) Методы инженерных расчетов для оценки затрат и выбора решений;

2) Математические методы для составления алгоритмов;

3) Методы управления для определения требований к системе, учета ситуаций, организации работ и прогнозирования.

2.2. Объектно-ориентированное программирование

На смену структурному программированию в начале 1990-х гг. пришло объектно-ориентированное программирование - ООП. Его можно рассматривать как модульное программирование нового уровня, когда вместо во многом случайного, механического объединения процедур и данных главным становится их смысловая связь. Объект рассматривается как логическая единица, которая содержит данные и правила (методы) их обработки. Объектно-ориентированный язык создает «программное окружение» в виде множества независимых объектов, каждый из которых отличается своими свойствами и способами взаимодействия с другими объектами. Программист задает совокупность операций, описывая структуру обмена сообщениями между объектами. Как правило, он «не заглядывает» внутрь объектов, но при необходимости может изменять элементы внутри объектов или формировать новые.

ООП основано на трех важнейших принципах, придающих объектам новые свойства:

1. Инкапсуляция - объединение в единое целое данных и алгоритмов их обработки. Данные здесь -поля объекта, а алгоритмы - объектные методы.
2. Наследование - свойство объектов порождать своих потомков. Объект-потомок автоматически наследует все поля и методы, может дополнять объекты новыми полями, заменять и дополнять методы.
3. Полиморфизм -- свойство родственных объектов решать схожие по смыслу проблемы разными способами.

Идея использования программных объектов исследовалась в течение ряда лет разными учеными. Одним из первых языков этого типа считают Simula-67.А в 1972 г. появился язык Smoltalk, разработанный Аланом Кеем, утвердивший статус ООП.

На современном этапе развиваются инструментальные среды и системы визуального программирования для создания программ на языках высокого уровня: (Turbo Pascal, Delphi, Visual Basic, C++Builder и др.).

2.3. Компонентное программирование

Развитие основных принципов объектно-ориентированного программирования получило с появлением компонентного программирования (КП). КП - динамический процесс без жестких правил, выполняющийся в основном для распределенной разработки (программирования) распределенных систем. Суть КП в том, что независимые проектировщики, программисты разрабатывают независимые компоненты (отдельные части) единой системы, распределенные по множеству узлов большой сети. Эти части могут принадлежать разным собственникам и управляться организационно независимыми администраторами.