Файл: СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ (Структура современной системы программирования).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Важное место в программном обеспечении современных ЭВМ занимают системы программирования. Основное их назначение – освободить программиста от необходимости работать на языке машинных команд. Язык программирования, с которым работает система программирования, называется ее входным языком. Системы программирования именуются по названию своего входного языка. Например: Бейсик – система, Паскаль – система, система пролог. Иногда в название систем включаются префиксы, обозначающие, например, фирменное происхождение системы. Очень популярны системы с приставкой «Турбо»: Турбо – Паскаль, Турбо – Си и другие. Это системы программирования, разработанные фирмой Borland.

Выбранная нами тема является актуальной, так как системы программирования – это универсальные средства работы с информацией. С их помощью можно решать вычислительные задачи, обрабатывать тексты, получать графические изображения, осуществлять хранение и поиск данных и т.д., в общем, делать все, что делают средства прикладного программного обеспечения – специализированные исполнители. Кроме того, сами эти средства (графические и текстовые редакторы, СУБД и др.) – это программы, написанные на языках программирования, созданные с помощью систем программирования.

Языки программирования претерпели большие изменения с тех пор, как в сороковых годах началось их использование. Они все еще продолжают изменяться и теперь даже быстрее, чем когда-либо ранее.

Даже при наличии десятков тысяч программ для IBM PC пользователям может потребоваться что-то такое, чего не делают (или делают, но не так) имеющиеся программы. В этих случаях следует использовать системы программирования, т.е. системы для разработки новых программ. Современные системы программирования для персональных компьютеров обычно предоставляют пользователю весьма мощные и удобные средства для разработки программ.

Если раньше языки программирования использовались лишь для создания программ для автоматизации вычислительных процессов, то на сегодняшний день они используются для решения более разнообразных задач.

Все многообразие языков программирования делят на различные классы в зависимости от решаемых ими задач. Было замечено, что в процессе развития языки программирования, входящие в один класс, сближаются между собой. Хотя само разнообразие классов увеличивается, т.к. увеличивается сфера задач, решаемых с помощью компьютерных технологий.

Цель работы: рассмотреть системы программирования.

Для достижения поставленной цели нами были поставлены следующие задачи:

• структурировать системы программирования;
• рассмотреть основные компоненты систем программирования и их функции;
• выполнить обзор современных систем программирования.

При написании работы были проанализированы различные источники научно-технической литературы и статьи Интернет.

ГЛАВА 1. Структура современной системы программирования

Система программирования – это весь комплекс программных средств, предназначенных для кодирования, тестирования и отладки программного обеспечения. Нередко системы программирования взаимосвязаны и с другими техническими средствами, служащими целям создания программного обеспечения на более ранних этапах жизненного цикла (от формулировки требований и анализа до проектирования).

На рисунке 1 приведена общая структура современной системы программирования. На ней выделены все основные составляющие современной системы про­граммирования и их взаимосвязь. Отдельные составляющие разбиты по группам в соответствии с этапами развития средств разработки. Эти группы отражают все этапы развития от отдельных программных компонентов до цельной систе­мы программирования.

­

Рисунок 1. Общая структура и этапы развития систем программирования

Современная система программирования – это достаточ­но сложный комплекс различных программно-технических средств. Все они служат цели создания прикладного и системного программного обеспечения.

Тенденция такова, что все развитие систем программирования идет в направле­нии неуклонного повышения их сервисных возможностей. Это связано с тем, что на рынке в первую очередь лидируют те системы програм­мирования, которые позволяют существенно снизить трудозатраты, потребные для создания программного обеспечения на этапах жизненного цикла, связан­ных с кодированием, тестированием и отладкой программ. Показатель снижения трудозатрат в настоящее время считается более существенным, чем показатели, определяющие эффективность результирующей программы, построенной с по­мощью системы программирования.

В качестве основных тенденций в развитии современных систем программиро­вания следует указать внедрение в них средств разработки на основе так называемых «языков четвертого поколения» – 4GL (four generation languages), – а также поддержка систем «быстрой разработки программного обеспечения» – RAD (rapid application development).

Языки четвертого поколения – 4GL – представляют собой широкий набор средств, ориентированных на проектирование и разработку программного обеспечения. Они строятся на основе оперирования не синтаксическими структурами языка и описаниями элементов интерфейса, а представляющими их графическими об­разами. На таком уровне проектировать и разрабатывать прикладное программ­ное обеспечение может пользователь, не являющийся квалифицированным про­граммистом, зато имеющий представление о предметной области, на работу в которой ориентирована прикладная программа. Языки четвертого поколения яв­ляются следующим (четвертым по счету) этапом в развитии систем программи­рования.

Описание программы, построенное на основе языков 4GL, транслируется затем в исходный текст и файл описания ресурсов интерфейса, представляющие со­бой обычный текст на соответствующем входном языке высокого уровня. С этим текстом уже может работать профессиональный программист-разработчик – он может корректировать и дополнять его необходимыми функциями. Дальнейший ход создания программного обеспечения идет уже традиционным путем.

Такой подход позволяет разделить работу проектировщика, ответственного за общую концепцию всего проекта создаваемой системы, дизайнера, отвечающего за внешний вид интерфейса пользователя, и профессионального программис­та, отвечающего непосредственно за создание исходного кода создаваемого про­граммного обеспечения.

В целом языки четвертого поколения решают уже более широкий класс задач, чем традиционные системы программирования. Они составляют часть средств автоматизированного проектирования и разработки программного обеспечения, поддерживающих все этапы жизненного цикла – CASE-систем.

Текстовые редакторы

Возникновение интегрированных сред разработки позволило непосредственно включить текстовые редакторы в состав этих средств. Первоначально такой под­ход привел к тому, что пользователь (разработчик исходной программы) работал только в среде текстового редактора, не отрываясь от нее для выполнения компиляции, компоновки, загрузки и запуска программы на выполнение. Для этого потребовалось создать средства, позволяющие отображать ход всего процесса разработки программы в среде текстового редактора, – такие, например, как ме­тод отображения ошибок в исходной программе, обнаруженных на этапе компи­ляции, с позиционированием на место в тексте исходной программы, содержа­щее ошибку.

Интегрированные среды разработки оказались очень удобным средством. Они стали завоевывать рынок средств разработки программного обеспечения. А с их развитием расширялись и возможности, предоставляемые разработчику в среде текстового редактора. Со временем появились средства пошаговой отладки программ непосредственно по их исходному тексту, объединившие в себе возможности отладчика и редактора исходного текста. Другим примером может служить очень удобное средство, позволяющее графически выделить в исходном тексте программы все лексемы исходного языка по их типам – оно сочетает в себе возможности редактора исходных текстов и лексического анализатора компиля­тора.

В итоге в современных системах программирования текстовый редактор стал важной составной частью, которая не только позволяет пользователю подготавли­вать исходные тексты программ, но и выполняет все интерфейсные и сервисные функции, предоставляемые пользователю системой программирования. И хотя современные разработчики по-прежнему могут использовать произвольные средства для подготовки исходных текстов программ, как правило, они все же предпочитают пользоваться именно тем текстовым редактором, который включен в состав данной системы программирования.

1.2. Компилятор

Компиляторы являются, безусловно, основными модулями в составе любой системы программирования. Без компилятора никакая система программирования не имеет смысла, а все остальные ее составляющие на самом деле служат лишь целям обеспечения работы компилятора и выполнения им своих функций.

Работая с системой программирования, пользователь, как правило, имеет дело только с ее интерфейсной частью, которую обычно представляет текстовый редактор с расширенными функциями. Запуск модуля компилятора и вся его работа происходят автоматически и скрытно от пользователя – разработчик видит только конечные результаты выполнения компилятора.

Кроме самого основного компилятора, выполняющего перевод исходного текста на входном языке в язык машинных команд, большинство систем программирования могут содержать в своем составе целый ряд других компиляторов и трансляторов. Так, большинство систем программирования содержать в своем составе и компилятор с языка ассемблера, и компилятор (транслятор) с входного языка описания ресурсов. Все они редко непосредственно взаимодей­ствуют с пользователем.

Тем не менее, работая с любой системой программирования, следует помнить, что основным модулем ее всегда является компилятор. Именно технические характеристики компилятора, прежде всего, влияют на эффективность результирующих программ, порождаемых системой программирования.

1.3. Компоновщик

Компоновщик (или редактор связей) предназначен для связывания между собой объектных файлов, порождаемых компилятором, а также файлов библиотек входящих в состав системы программирования.

Объектный файл (или набор объектных файлов) не может быть исполнен до тех пор, пока все модули и секции не будут в нем увязаны между собой. Это и делает редактор связей (компоновщик). Результатом его работы является единый файл: часто называемый «исполняемым файлом», который содержит весь текст результирующей программы на языке машинных кодов. Компоновщик может рождать сообщение об ошибке, если при попытке собрать объектные файлы б единое целое он не смог обнаружить какой-либо необходимой составляющей.

Функция компоновщика достаточно проста. Он начинает свою работу с того, что выбирает из первого объектного модуля программную секцию и присваивает ей начальный адрес. Программные секции остальных объектных модулей получают: адреса относительно начального адреса в порядке следования. При этом может выполняться также функция выравнивания начальных адресов программных секций. Одновременно с объединением текстов программных секций объединяются секции данных, таблицы идентификаторов и внешних имен. Разрешаются межсекционные ссылки.

Процедура разрешения ссылок сводится к вычислению значений адресных констант процедур, функций и переменных с учетом перемещений секций относительно начала собираемого программного модуля. Если при этом обнаруживаются ссылки к внешним переменным, отсутствующим в списке объектных модулей, редактор связей организует их поиск в библиотеках, доступных в системе программирования. Если же и в библиотеке необходимую составляющую найти не удается, формируется сообщение об ошибке.

Обычно компоновщик формирует простейший программный модуль, создаваемый как единое целое. Однако в более сложных случаях компоновщик может создавать и другие модули: программные модули с оверлейной структурой, объектные модули библиотек и модули динамически подключаемых библиотек.