Файл: Классификация языков программирования..pdf

Введение

В период появления первых компьютерных систем остро встал вопрос того, как «научить» машину воспринимать указываемые к исполнению задачи человеком. Тут и появился термин «компьютерное программирование». Сегодня многие пользователи, не знакомые с основами и тонкостями этих процессов, считают, что это что-то из области фантастики, недоступное рядовому обывателю.

Программирование – это целая наука, позволяющая создавать компьютерные программы. Она включает в себя огромное количество различных операций и алгоритмов, которые образуют единый язык программирования.

Историю возникновения и изменения программных языков следует изучать наравне с историей развития компьютерных технологий, ведь эти понятия связаны между собой напрямую. Без языков программирования невозможно было бы создать никакую программу для работы компьютера, а значит, создание вычислительных машин стало бы бессмысленным занятием. Первый машинный язык был придуман в 1941 году Конрадом Цузе, который является изобретателем аналитической машины.

Чуть позже, в 1943 г., Говард Эйкен создал машину "Марк-1", способную считывать инструкцию на уровне машинного кода. В 1950-х годах начался активный спрос на разработку программного обеспечения, а машинный язык не выдерживал большие объемы кода, поэтому был создан новый способ общения с компьютерами.

"Ассемблер" является первым мнемоническим языком, заменившим машинные команды. С годами список языков программирования только увеличивается, ведь область применения компьютерных технологий становится обширнее.

Объект: процесс разработки программ.

Предмет: язык программирования.

Цель: дать классификацию языков программирования, а также определить критерии выбора среды и языка разработки программ.

Задачи:

1. Изучить теоретические основы разработки программного обеспечения.

2. Дать характеристику основных языков программирования.

3. Провести анализ основных критериев выбора среды и языка разработки программ.

Глава 1. Теоретические основы разработки программного обеспечения

Технология разработки программного обеспечения (ПО) – это комплекс мер по созданию программных продуктов (ПП). Данная деятельность включает в себя несколько этапов, с которыми так или иначе придётся столкнуться при разработке достаточно крупного ПО.

---

Ключевым понятием в технологии разработки ПО является понятие жизненного цикла программного продукта.

Перечислим основные этапы жизненного цикла программы и дадим краткую характеристику каждому из этапов. Всякая разработка включает в себя:

• Процесс приобретения. Данный процесс представляет собой действия заказчика разработки ПО, и обычно включает в себя такие мероприятия, как: формирование требований и ограничений к программному продукту (ограничения могут быть связаны с выбором программной архитектуры, а также с приемлемым быстродействием системы и т.д.); заключение договора на разработку; анализ и аудит работы исполнителя. В конце данного процесса заказчик осуществляет приёмку готового программного продукта.
• Процесс поставки включает в себя мероприятия, проводимые исполнителем по поставке ПО. Исполнитель анализирует требования заказчика, выполняет проектирование и анализ работ, решает, как будет происходить процесс конструирования (программирования): своими силами, либо же с привлечением сторонних команд разработки (подрядчика), также осуществляет оценку и контроль качества готового программного продукта и выполняет непосредственно поставку продукта и сопутствующие завершающие мероприятия.
• Процесс разработки.
• Процесс эксплуатации. После того, как программное обеспечение будет готово, начинается процесс его эксплуатации организацией-заказчиком и её операторами.
• Процесс сопровождения. Фирма-разработчик осуществляет поддержку пользователей программного продукта в случае возникновения у них каких-либо вопросов или проблем. Если в процессе эксплуатации будет обнаружена ошибка в ПП, разработчики должны её устранить. Процесс эксплуатации и процесс сопровождения идут параллельно.

Технология разработки программ в рамках жизненного цикла программного обеспечения включает в себя ряд вспомогательных процессов. Рассмотрим их.

• Процесс документирования. В процессе разработки и далее исполнитель пишет документацию и руководства пользователя к разрабатываемому программному продукту.
• Процесс управления конфигурацией. Данный процесс включается в себя работы по управлению наборами разрабатываемых компонентов ПО и по управлению версиями ПП.
• Процесс обеспечения качества. Он отвечает за то, чтобы разрабатываемый программный продукт соответствовал предварительным требованиям к разработке, а также стандартам организаций исполнителя и заказчика.
• Процесс верификации. Нужен для того, чтобы выявить ошибки, внесённые в ПО во время конструирования, а также выявить несоответствия разрабатываемого ПО выработанной архитектуре.
• Процесс аттестации. Процесс направлен на подтверждение соответствия получаемых величин эталонным. То есть, выходные данные должны иметь погрешность, удовлетворяющую требованиям и установленным стандартам.
• Процесс совместной оценки. Нужен для контроля и проверки состояния персонала и разрабатываемого программного продукта. Выполняется обеими сторонами (заказчиком и исполнителем) на протяжении времени всех работ по проекту.
• Процесс аудита. Аудит направлен на независимую оценку текущих положений, состояния проекта, документации и отчетов. При аудите выполняется сравнение с договором и документами, определяющими стандарты. Может выполняться также обеими сторонами.
• Процесс разрешения проблем. Реализует устранение недочётов, выявленных во время всех процессов, связанных с контролем и оценкой.

---

Организационные процессы жизненного цикла программного продукта

Существует и проводится ряд мер, направленных на повышение организации и качества разработки программного обеспечения. Они называются организационными процессами жизненного цикла. Обычно их выделяют четыре вида.

Организационные процессы жизненного цикла программного обеспечения включают:

• Процесс управления, который направлен на грамотное и эффективное управление персоналом компании-исполнителя. За это отвечают люди, находящиеся на руководящих постах, а также специальный отдел в фирме.
• Процесс создания инфраструктуры. Разработка программных продуктов требует наличия огромного количества инфраструктурных компонентов: компьютеров, серверов, специальных программ для разработки и т.д. Кроме того, готовый продукт требует наличия определённых единиц для его работы. Данный процесс необходим для подготовки оборудования и ПО для разработчиков, а также для успешного функционирования готового ПП у заказчика.
• Процесс усовершенствования. Направлен на усовершенствование всех остальных процессов жизненного цикла программного обеспечения. Усовершенствование может повысить производительность разработчиков и добиться большей выгоды от выполнения заказа на производство программы.
• Процесс обучения. Постоянное обучение сотрудников и повышение их квалификации – это залог производства качественных продуктов и программ. Процесс обучения направлен на организацию мероприятий для повышения уровня и получения новых навыков сотрудниками компании-разработчика.

Рисунок 1 - Этапы создания программных продуктов

Приведём все основные этапы создания программного продукта. Всего их пять. Они так или иначе характерны для любой методологии разработки ПО: будь то классическая водопадная, либо современные гибкие методологии (Agile software development) – во всех из них разработчики проходят через следующие этапы создания программного обеспечения:

1. Составление требований заказчика. На данном эта производится работа с заказчиком и документирование его видения и его требований к программе. В подавляющем большинстве случаев данный этап проходит трудно. Поскольку, слабо разбираясь в особенностях разработки ПО, заказчик плохо представляет себе, что нужно знать разработчикам и (самое главное!), что им нужно сообщить о продукте.
   Выработка требований чрезвычайно важное мероприятие. Убедитесь, что все требования полностью понятны вам и вашей команде.
2. Проектирование программного продукта. Разобравшись в предметной области, разработчики приступают к проектированию. На данном этапе создания программного продукта разрабатывается архитектура компонентов ПО, выбираются нужные шаблоны проектирования (паттерны) и составляется схема информационной базы данных системы.
3. Разработка. Когда требования сформулированы и архитектура готова – команда начинает разработку ПП. На этапе разработки также выполняется документирование системы.
4. Тестирование. После разработки необходимо произвести тестирование системы в целом, тем самым подтвердить её соответствие требованиям заказчика. Здесь стоит сказать, что модульные тесты (unit-тесты; т.е. тесты отдельных частей программы) обычно выполняются на этапе разработки программистом, разрабатывавшем конкретный модуль. Когда все тесты пройдены, программное обеспечение готово к выпуску.
5. Сопровождение ПП. После выпуска фирма-разработчик отвечает за поддержку программного продукта и выпуска новых версий, которые исправляют ошибки и привносят новый функционал. Также необходимо осуществлять поддержку пользователей разработанного ПО.

---

Примечание 1: Следует как можно тщательнее подходить к формированию предварительных требований и проектированию, поскольку стоимость исправления ошибок после выпуска ПО, допущенных на этих этапах, обычно в 2-10 (!) раз выше, чем стоимость исправления ошибок, сделанных на этапе программирования (Стив Макконнелл “Совершенный код”).

Примечание 2: Очень часто случается, что заказчик уже после составления требований к ПО (т.е. во время проектирования и разработки) объявляется и радостно сообщает исполнителю свои новые идеи или рассказывает о какой-нибудь “классной” функции, которую нужно добавить в приложение… Бывают случаи, когда это труднореализуемо и сопряжено с пересмотром архитектуры. В данной ситуации можно посоветовать сказать разработчику примерно следующее: “Отлично придумано! Мне нравится! Тогда я пересмотрю свою смету и сроки работы и потом сообщу Вам!”. Практически всегда это срабатывает и гасит пыл заказчика, и он отказывается от новых идей и изменений в проекте.

Модель жизненного цикла программного обеспечения характеризует подход команды к разработке ПП. Она отражает акценты и приоритеты во всём процессе изготовления программы, а самое главное, порядок следования этапов создания программных продуктов.

На сегодняшний день существует множество моделей жизненного цикла разработки программного продукта.

Рисунок 2 - Каскадная (водопадная) модель

Каскадная (водопадная) модель строго следует последовательности всех этапов разработки ПО и не предполагает возвращения с текущего этапа на предыдущий. Сейчас данная модель практически не используется, разве что в очень малых проектах.

Рисунок 3 - V-образная модель разработки

По рисунку можно проследить, что в V-образной модели имеется возможность вернуться на некоторые этапы разработки и уточнить нужные требования.

Рисунок 4 - Модель прототипирования

Прототипирование предполагает создание на протяжении всего процесса разработки несколько рабочих версий программы (прототипов) с неполным функционалом. В первом прототипе может быть реализован исключительно один интерфейс приложения.

Рисунок 5 - Модель быстрой разработки (RAD-модель)

RAD-модель (rapid application development — быстрая разработка приложений) ориентирована в первую очередь на быстроту и удобство программирования. Команда делает акцент именно на разработке, а большая часть работы по составлению требований и описанию пользователей возлагается на заказчика.

---

Рисунок 6 - Итерационная модель

В итерационной модели всегда имеется возможность вернуться на любой предыдущий этап разработки ПО для уточнений требований и исправления компонентов. Здесь главное вовремя остановиться, ведь итерации не могут продолжаться бесконечно.

Рисунок 7 - Спиральная модель

В спиральной модели все этапы разработки последовательно повторяются по кругу до тех пор, пока текущая версия программы не станет полностью соответствовать требованиям. Здесь также нужно иметь предел и вовремя остановиться.

Гибкие методологии

Гибкие методологии (Agile) олицетворяют современные подходы к разработке ПО. Они используются обычно в небольших командах разработчиков. Среди них такие модели жизненного цикла программного продукта, как Scrum, DSDM, XP, FDD и другие. Вы можете посмотреть видео про одну из гибких методологий: экстремальное программирование.

Глава 2. Характеристика основных языков программирования

Чтобы было понятно, что такое программирование, можно привести самый простой пример. Установленное пользовательское приложение, нацеленное на выполнение конкретной задачи, обращается не только к оперативной памяти и процессору, но и задействует другие физические устройства через инструменты управления ими, называемые драйверами, которые тоже представляют собой программы.

Говоря о том, что такое программирование в современной трактовке, стоит обратить свой взгляд на историю его возникновения. По сути, автоматизированное выполнение каких-то определенных действий, например, в области математических вычислений, известно человечеству достаточно давно. Вспомнить хотя бы Древнюю Грецию, в которой было использовано устройство с шестернями разной величины, позволявшее производить простейшие арифметические действия.

Это был самый настоящий прототип современного калькулятора. В 1206 году появился уникальный аппарат по отслеживанию так называемого метонова цикла, построенный Аль-Джазари, который использовал сложные на то время механизмы, основанные на зажимах и кулачках. Только в 1804 году свет увидел жаккардовый ткацкий станок, который был способен воспроизводить узоры на тканях, созданные на основе перфокарт.

---