Файл: Основы проектирования программ. Этапы создания программного обеспечения ( Понятие и проектирование программного обеспечения ).pdf

Введение

Разработка программного обеспечения является динамично развивающейся индустрией.

Актуальной является проблема повышения качества профессиональной подготовки ИТ-специалистов, квалификация и уровень компетенций которых отвечали бы современным потребностям ИТ-рынка и мировым требованиям, в связи с чем важно рассмотреть основы проектирования программ, этапы создания программного обеспечения.

Цель работы: изучить основы проектирования программ, этапы создания программного обеспечения.

Задачи исследования:

• рассмотреть понятие и особенности программного обеспечения;
• охарактеризовать проектирование программного обеспечения;
• изучить системное программное обеспечение;
• исследовать прикладное программное обеспечение.

Объект исследования: программное обеспечение.

Предмет исследования: основы проектирования программ, этапы создания программного обеспечения.

Методы исследования: метод анализа и синтеза, структурный метод, формально-логический метод, метод сопоставления.

Структура работы: введение, две главы, заключение, библиографический список. Первая глава посвящена понятию и проектированию программного обеспечения. Во второй главе рассмотрены классификация и особенности видов программного обеспечения. В заключении описаны выводы, проделанные в ходе работы. Библиографический список содержит литературу, использованную и изученную в процессе исследования.

Глава 1. Понятие и проектирование программного обеспечения

1.1 Понятие и особенности программного обеспечения

Количество программ, которые устанавливаются на современном компьютере, насчитывает сотни и даже тысячи. Именно они дают возможность пользователю комфортно работать. Вся совокупность программ и составляет так называемое программное обеспечение компьютера^[1].

Состав программного обеспечения компьютера − важнейшая его функциональная характеристика. Программное обеспечение (Software) – это совокупность: программ постоянного использования, необходимых для решения задач пользователя, программ, позволяющих наиболее эффективно использовать вычислительную технику, обеспечивая пользователям наибольшие удобства в работе и минимум затрат труда на программирование задач и обработку информации, техническая программная документация для них. Техническая документация − набор документов, используемых при проектировании и создании программного и аппаратного обеспечения. Программа для компьютера − описание алгоритма решения задачи, которое задаётся на языке программирования и при помощи транслятора автоматически переводится на машинный язык конкретного компьютера^[2].

---

Справедливым в настоящее время является суждение о том, что рассматриваемое программное обеспечение (ПО) – это, фактически, определенное продолжение аппаратных средств, неотъемлемая часть компьютерной системы. Даже если программа никак не взаимодействует с оборудованием, если не запрашивает ввод данных с устройства ввода, не выполняет вывод данных на устройства вывода, по сути, ее работа нужна для управления аппаратными устройствами компьютера. В зависимости от того, какие конкретно работы предполагается выполнять на компьютере, подбирается состав программного обеспечения, или программная конфигурация. Большинство программ работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, т.е. между ними существует взаимосвязь, или межпрограммный интерфейс. Такой интерфейс основывается на технических условиях и протоколах взаимодействия и обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько категорий, которые взаимодействуют между собой^[3].

Уровни ПО существуют различные, основных вида три. Базовое ПО – базовый уровень. Системное ПО – системный уровень. Также выделяют прикладное ПО. Каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Всё программное обеспечение можно условно поделить на четыре категории. Базовое программное обеспечение – это минимальный набор программных средств, которые обеспечивают работу компьютера; отвечают за взаимодействие с базовыми программными средствами (входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах)^[4]. Эти микросхемы носят название постоянное запоминающее устройство (ПЗУ – Read Only Memory)^[5]. ПЗУ является энергозависимой памятью. Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства, такие микросхемы не могут быть изменены в процессе сроков работы компьютера. Если есть необходимость в изменении базовых программных средств во время эксплуатации компьютера, то вместо микросхем ПЗУ используют микросхемы ППЗУ – перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (Erasable and Programmable Read Only Memory). Тогда изменение содержания ППЗУ можно сделать в самой вычислительной системе (флэш-технология) или на специальном устройстве, которое называется программатором.

К базовому программному обеспечению также относится BIOS (Basiс Input/Output System) − базовая система ввода-вывода), которая определяет ход процесса загрузки компьютера. Лишь только после этого происходит загрузка операционной системы персонального компьютера, и дальнейшая его работа происходит уже под управлением операционной системы. Во время работы компьютера BIOS обеспечивает базовые функции ввода-вывода информации и функции взаимодействия различных устройств между собой^[6].

---

Это набор микропрограмм, которые сначала тестируют (POST) оборудование, размещённое на материнской плате, потом осуществляют дальнейший запуск операционной системы и обеспечивают взаимодействие всех компонентов компьютера^[7].

Надо отметить, что в современных компьютерах некоторые платы (к примеру, видеокарта, звуковая карта и т.п.) имеют свои микросхемы BIOS на материнской плате расширения (кроме основной микросхемы BIOS). При настройке основного BIOS можно разрешить или запретить использование BIOS плат расширения^[8].

В функции основной BIOS входят: тестирование компьютера с помощью специальных тестовых программ при включении питания; поиск и подключение к системе других BIOS, которые расположены на платах расширения; распределение ресурсов между компонентами компьютера. Физически BIOS – это набор микросхем постоянной памяти (ROM, Read Memory − только для чтения), расположенных на материнской плате^[9].

Программы, содержащиеся в системной BIOS, обеспечивают взаимодействие микросхем чипсета, оперативной памяти, кэш-памяти, процессора с внешними (периферийными) устройствами, а также друг с другом. Когда происходит инициализация и тестирование оборудования, BIOS сравнивает полученные данные системной конфигурации и ту информацию, которая хранится в чипе CMOS. Если найдено несоответствие/сбой, то система выдает сообщение на мониторе или звуковой сигнал об ошибке. Чип CMOS расположен на материнской плате. Это энергозависимая память, которой нужно питаться от специальной батарейки. Системное программное обеспечение (System Software) – это программы и программные комплексы для работы компьютера и телекоммуникационного оборудования^[10]. Системное программное обеспечение служит: для создания операционной среды для работы других программ; для обеспечение надежной и эффективной работы компьютера и телекоммуникационной сети; для проведения диагностики аппаратуры компьютера и сетей; для архивирования данных, копирования, восстановления файлов программ и баз данных и т.п. Системное программное обеспечение (СПО) по сути выполняет функции «организатора» всех компонентов ПК, а также подключенных к нему периферийных устройств. Такое СПО в обязательном порядке должно быть надежным, технологичным, удобным, эффективным в применении. Подразделяется СПО на базовое и сервисное^[11].

Базовое программное обеспечение, как правило, приобретается вместе с компьютером, а сервисное может быть приобретено дополнительно. Прикладное программное обеспечение (appliation program pakage) − комплекс связанных между собой программ, предназначенных для решения конкретных задач определённой предметной области, написаны для пользователей или самими пользователями, например, экспертная система или программа создания списков рассылки. Это самый многочисленный класс программных продуктов^[12].

---

Инструментарий технологий программирования (ИТП) облегчает процесс создания новых программ для компьютера. С помощью ИТП выполняется разработка новых программ, т.к. данный инструментарий содержит специализированные программные продукты. Эти продукты являются инструментальными средствами разработчика и должны поддерживать все технологические этапы процесса создания (проектирование, программирование, отладку и тестирование) новых программ^[13].

Система программирования включает в себя следующие программные компоненты: редактор текста, транслятор с соответствующего языка, компоновщик (редактор связей), отладчик, библиотеки подпрограмм^[14].

Важно знать и понимать, что любой ИТП может работать только в той ОС, под которую он создан, но при этом он позволяет разрабатывать программное обеспечение и под другие ОС.

ИТП делится на подкатегории, так, в частности, имеют место различные средства для создания приложений. Они включают в себя интегрированные среды для разработчиков программ, необходимые для выполнения работ по созданию программ, и локальные средства, которые нужны для выполнения отдельных работ по созданию этих программ; СASE-технологии (Сomputed Aided Software Engineering) – это система-конструктор программ с помощью компьютера, в которую входят методы анализа, проектирования и создания программных систем. Предназначены СASE-технологии для автоматизации процессов разработки и реализации информационных систем. Это целый программный комплекс, который автоматизирует весь технологический процесс (анализ, проектирование, разработка и сопровождение сложных программных систем)^[15].

При составлении классификации стоит особо подчеркнуть, что очень быстрое развитие вычислительной техники и расширение сфер применения компьютеров повлекли за собой процесс эволюции ПО. Если раньше можно было легко распределить между основными категориями программного обеспечения операционные системы, трансляторы и пакеты прикладных программ, то сейчас совсем иная ситуация: развитие ПО пошло и вширь (прикладные программы приобрели самостоятельную ценность и перестали быть прикладными), и вглубь (появились совсем новые подходы к построению операционных систем и тому подобное). Соотношение между необходимыми и имеющимися на рынке программными продуктами меняется очень быстро. Даже традиционные программные продукты непрерывно развиваются^[16].

---

Например, операционные системы могут моделировать те виды человеческой деятельности, которые всегда считались интеллектуальными. Появились программы, классифицировать которые по привычным критериям сложно, а порой и невозможно, программа − электронный собеседник, например, или компьютерное зрение, которое связано ещё и с робототехникой, или область машинного обучения, к которой относится достаточно большой класс задач на распознавание образов (распознавание символов, рукописного текста, речи, анализ текстов)^[17].

Также можно обобщить, что программный принцип управления лежит в основе работы всех компьютеров, смысл его заключается в том, что компьютером выполняются действия по предварительно заданной программе. Кроме того, этим принципом обеспечивается универсальное использование компьютера, т.е. в соответствии с выбранной программой в конкретный момент времени решается конкретная задача. После ее выполнения в память загружается другая программа и т.д. Для обеспечения оптимального решения задач необходимо, чтобы программа была отлажена, имела соответствующую документацию и не требовала доработок. В отношении работы на компьютере часто используется термин программное обеспечение, это именно та составляющая, без которой компьютер представляет собой бесполезную вещь.

Программное обеспечение в наши дни – это сотни тысяч различных программ, предназначенных для обработки разнообразной информации.

Итак, обобщая вышесказанное, под программным обеспечением (ПО) понимают совокупность всех программ и соответствующей документации, которая обеспечивает возможность использования ЭВМ в интересах пользователей. Все программное обеспечение делится на 2 большие группы: системное ПО, которое представляет собой совокупность программ, которые обеспечивают работу компьютера; а также прикладное ПО, которое содержит комплекс программ, позволяющих решать задачи определенного класса в конкретной предметной области. Системные программы управляют работой вычислительной системы, а также осуществляют выполнение различных вспомогательных функций (копирования, тестирования и пр.) Системное ПО, в свою очередь, делится на базовое и сервисное. Резюмируя и обобщая, можно также отметить, что базовое ПО состоит из: операционных систем; оболочек; сетевых операционных систем. Сервисное ПО состоит из программ (утилиты): диагностирующих; антивирусных; обслуживающих носители; архиваторов; обслуживающих сети. Прикладное ПО будет работать только при наличии системного. Прикладные программы называются приложениями. К ним относятся: табличные и текстовые процессоры; базы данных; экспертные системы; интегрированные пакеты; графические процессоры; обучающие программы; программы математических расчетов, моделирования и анализа; коммуникационные программы; игры. В особую группу выделяют системы программирования (инструментальные системы), являющиеся частью системного ПО, однако имеющие при этом прикладной характер^[18].

---