2 Описание программы: назначение, требования к

программе, выбор языка, тре­бования к системному

ПО и аппаратному обеспечению

Язык программирования — набор ключевых слов (словарь) и система правил (грамматических и синтаксических) для конструирования операторов, состоящих из групп или строк чисел, букв, знаков препинания и других симво­лов, с помощью которых люди могут сообщать компьютеру набор команд.

Язык программирования служит двум связанным между собой целям: он дает программисту аппарат для задания действий, которые должны быть выпол­нены, и формирует концепции, которыми пользуется программист, размышляя о том, что делать. Первой цели идеально отвечает язык, который настолько «бли­зок к машине», что всеми основными машинными аспектами можно легко и просто оперировать достаточно очевидным для программиста образом. Второй цели идеально отвечает язык, который настолько «близок к решаемой задаче», чтобы концепции ее решения можно было выражать прямо и коротко.

2.1 Интерпретаторы

Одно, часто упоминаемое преимущество интерпретаторной реализации состоит в том, что она допускает "непосредственный режим". Непосредствен­ный режим позволяет вам задавать компьютеру задачу вроде PRINT 3.14159*3/2.1 и возвращает вам ответ, как только вы нажмете клавишу ENTER. Кроме того, интерпретаторы имеют специальные атрибуты, которые упрощают отладку. Можно, например, прервать обработку интерпретаторной программы, отобразить содержимое определенных переменных, бегло просмотреть про­грамму, а затем продолжить исполнение.

Интерпретаторные языки имеют недостатки. Необходимо, например, иметь копию интерпретатора в памяти все время, тогда как многие возможности интерпретатора, а следовательно и его возможности могут не быть необходи­мыми для исполнения конкретной программы. Так же интерпретаторы тихо­ходны. Ими затрачивается слишком много времени на разгадывание того, что делать, вместо того чтобы заниматься действительно делом.

При исполнении программных операторов, интерпретатор должен сна­чала сканировать каждый оператор с целью прочтения его содержимого (что этот человек просит меня сделать?), а затем выполнить запрошенную операцию. Операторы в циклах сканируются излишне много.

2.2 Компиляторы

Компилятор-это транслятор текста на машинный язык, который считы­вает исходный текст. Он оценивает его в соответствии с синтаксической конст­рукцией языка и переводит на машинный язык. Другими словами, компилятор не исполняет программы, он их строит. Интерпретаторы невозможно отделить от программ, которые ими прогоняются, компиляторы делают свое дело и ухо­дят со сцены. Большинство программ будут прогоняться в четыре - десять раз быстрее их интерпретаторных эквивалентов. Если вы поработаете над улучше­нием, то сможете достичь 100-кратного повышения быстродействия.

---

2.3 Классификация языков программирования

2.3.1 Машинно-ориентированные языки. Это языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от осо­бенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Машинно-ориен­тированные языки позволяют использовать все возможности и особенности Машинно-зависимых языков:

• высокое качество создаваемых программ (компактность и скорость вы­полнения);

• возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;

• предсказуемость объектного кода и заказов памяти;

• для составления эффективных программ необходимо знать систему ко­манд и особенности функционирования данной ЭВМ;

• трудоемкость процесса составления программ (особенно на машинных языках и ЯСК), плохо защищенного от появления ошибок;

• низкая скорость программирования;

• невозможность непосредственного использования программ, составлен­ных на этих языках, на ЭВМ других типов.

Машинно-ориентированные языки по степени автоматического програм­мирования подразделяются на классы.

2.3.1.1 Машинный язык. Отдельный компьютер имеет свой определенный Машинный язык (далее МЯ), ему предписывают выполнение ука­зываемых операций над определяемыми ими операндами, поэтому МЯ является командным. Однако, некоторые семейства ЭВМ (например, ЕС ЭВМ, IBM/370/ и др.) имеют единый МЯ для ЭВМ разной мощности. В команде любого из них сообщается информация о местонахождении операндов и типе выполняемой операции.

В новых моделях ЭВМ намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно-аппаратным путем реализовывать более сложные команды, приближающиеся по своим функциональным действиям к операторам алгорит­мических языков программирования.

2.3.1.2 Языки Символического Кодирования. Языки Символического Кодирования (далее ЯСК), так же, как и МЯ, являются командными. Однако коды операций и адреса в машинных командах, представ­ляющие собой последовательность двоичных (во внутреннем коде) или восьме­ричных (часто используемых при написании программ) цифр, в ЯСК заменены на символы (идентификаторы), форма написания которых помогает программи­сту легче запоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает суще­ственное уменьшение числа ошибок при составлении программ.

Использование символических адресов – первый шаг к созданию ЯСК. Команды ЭВМ вместо истинных (физических) адресов содержат символические адреса. По результатам составленной программы определяется требуемое коли­чество ячеек для хранения исходных промежуточных и результирующих значе­ний. Назначение адресов, выполняемое отдельно от составления программы в символических адресах, может проводиться менее квалифицированным про­граммистом или специальной программой, что в значительной степени облег­чает труд программиста.

---

2.3.1.3 Автокоды. Есть также языки, включающие в себя все возможности ЯСК, посредством расширенного введения макрокоманд - они называются Автокоды.

В различных программах встречаются некоторые достаточно часто ис­пользующиеся командные последовательности, которые соответствуют опреде­ленным процедурам преобразования информации. Эффективная реализация та­ких процедур обеспечивается оформлением их в виде специальных макрокоманд и включением последних в язык программирования, доступный программисту. Макрокоманды переводятся в машинные команды двумя путями – расста­новкой и генерированием. В постановочной системе содержатся «ос­товы» - серии команд, реализующих требуемую функцию, обозначенную макро­командой. Макрокоманды обеспечивают передачу фактических параметров, которые в процессе трансляции вставляются в «остов» программы, превращая её в реальную машинную программу.

В системе с генерацией имеются специальные программы, анализирую­щие макрокоманду, которые определяют, какую функцию необходимо выпол­нить и формируют необходимую последовательность команд, реализующих данную функцию.

Обе указанных системы используют трансляторы с ЯСК и набор макро­команд, которые также являются операторами автокода.

Развитые автокоды получили название Ассемблеры. Сервисные про­граммы и прочие, как правило, составлены на языках типа Ассемблер.

2.3.1.4 Макрос. Язык, являющийся средством для замены по­следовательности символов описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ на более сжатую форму - называется Макрос (средство замены).

В основном, Макрос предназначен для того, чтобы сократить запись ис­ходной программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающий функционирование макросов, называется макропроцессором. На макропроцес­сор поступает макроопределяющий и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов-выдача выходного текста.

Макрос одинаково может работать, как с программами, так и с данными.

2.3.2 Машинно-независимые языки. Это средство описания ал­горитмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Они удобны в использовании для широкого круга пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ и ВС.

Подобные языки получили название высокоуровневых языков програм­мирования. Программы, составляемые на таких языках, представляют собой по­следовательности операторов, структурированные согласно правилам рассмат­ривания языка (задачи, сегменты, блоки и так далее). Операторы языка описывают действия, которые должна выполнять система после трансляции программы на МЯ.

Таким образом, командные последовательности (процедуры, подпро­граммы), часто используемые в машинных программах, представлены в высоко­уровневых языках отдельными операторами. Программист получил возмож­ность не расписывать в деталях вычислительный процесс на уровне машинных команд, а сосредоточиться на основных особенностях алгоритма.

---

2.3.2.1 Проблемно – ориентированные языки. С расширением областей применения вычислительной техники возникла необ­ходимость формализовать представление постановки и решение новых классов задач. Необходимо было создать такие языки программирования, которые, ис­пользуя в данной области обозначения и терминологию, позволили бы описы­вать требуемые алгоритмы решения для поставленных задач, ими стали про­блемно – ориентированные языки. Эти языки, языки ориентированные на решение определенных проблем, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и получать результаты в требуемой форме.

Проблемных языков очень много, например:

Фортран, Алгол – языки, созданные для решения математических задач;

Simula, Слэнг - для моделирования;

Лисп, СНОБОЛ – для работы со списочными структурами.

2.3.2.2 Универсальные языки. Они были созданы для широкого круга задач: коммерческих, научных, моделирования и т.д. Первый универсальный язык был разработан фирмой IBM, ставший в последовательно­сти языков Пл/1. Второй по мощности универсальный язык называется Алгол-68. Он позволяет работать с символами, разрядами, числами с фиксированной и плавающей запятой. Пл/1 имеет развитую систему операторов для управления форматами, для работы с полями переменной длины, с данными организован­ными в сложные структуры, и для эффективного использования каналов связи. Язык учитывает включенные во многие машины возможности прерывания и имеет соответствующие операторы. Предусмотрена возможность параллельного выполнение участков программ.

Программы в Пл/1 компилируются с помощью автоматических процедур. Язык использует многие свойства Фортрана, Алгола, Кобола. Однако он допус­кает не только динамическое, но и управляемое и статистическое распределения памяти.

2.3.2.3 Диалоговые языки. Появление новых технических возможностей поставило задачу перед системными программистами – создать программные средства, обеспечивающие оперативное взаимодействие человека с ЭВМ их назвали диалоговыми языками.

Эти работы велись в двух направлениях. Создавались специальные управляющие языки для обеспечения оперативного воздействия на прохождение задач, которые составлялись на любых раннее неразработанных (не диалоговых) языках. Разрабатывались также языки, которые кроме целей управления обеспе­чивали бы описание алгоритмов решения задач.

Необходимость обеспечения оперативного взаимодействия с пользовате­лем потребовала сохранения в памяти ЭВМ копии исходной программы даже после получения объектной программы в машинных кодах. При внесении изме­нений в программу с использованием диалогового языка система программиро­вания с помощью специальных таблиц устанавливает взаимосвязь структур ис­ходной и объектной программ. Это позволяет осуществить требуемые редакционные изменения в объектной программе.

---

Одним из примеров диалоговых языков является Бейсик.

Бейсик использует обозначения подобные обычным математическим вы­ражениям. Многие операторы являются упрощенными вариантами операторов языка Фортран. Поэтому этот язык позволяет решать достаточно широкий круг задач.

2.3.2.4 Непроцедурные языки. Составляют группу язы­ков, описывающих организацию данных, обрабатываемых по фиксированным алгоритмам (табличные языки и генераторы отчетов), и языков связи с операци­онными системами.

Позволяя четко описывать как задачу, так и необходимые для её решения действия, таблицы решений дают возможность в наглядной форме определить, какие условия должны быть выполнены прежде чем переходить к какому-либо действию. Одна таблица решений, описывающая некоторую ситуацию, содер­жит все возможные блок-схемы реализаций алгоритмов решения.

Табличные методы легко осваиваются специалистами любых профессий.

Программы, составленные на табличном языке, удобно описывают слож­ные ситуации, возникающие при системном анализе.

2.3.3 Классификация языков программирования по типам задач.

Таблица 4

Тип задачи	Название языка программирования
1	2
Задачи искусственного интеллекта	Lisp, Prolog, Multilisp, Commonlisp, Рефал, Planner, QA4, FRL, KRL, QLisp
Параллельные вычисления	Fun, Apl, Alfl, PARAlfl, ML, SML, PPL/1, Hope, Miranda, Occam, PFOR, Glypnir, Actus, параллельный Cobol, ОВС-ЛЯПИС, ОВС-Мнемокод, ОВС-Алгол, ОВС-Фортран, PA(1), PA(G)
Задачи вычислительной математики и физики	Occam, PFOR, Glypnir, Actus,параллельный Cobol, ОВС-ЛЯПИС, ОВС-Мнемокод, ОВС-Алгол, ОВС-Фортран, PA(1), PA(G)
Разработка интерфейса	Forth, С, C++, Ассемблер, Макроассемблер, Simula-67, OAK, Smalltalk, Java, РПГ

Продолжение таблицы 4

1	2
Разработка программ-оболочек, разработка систем	Forth, С, C++, Ассемблер, Макроассемблер, Simula-67, OAK, Smalltalk, Java, РПГ
Задачи вычислительного характера	Algol, Fortran, Cobol, Ada, PL/1, Фокал, Basic, Pascal
Оформление документов, обработка больших текстовых файлов, организация виртуальных трехмерных интерфейсов в Интернете, разработка баз данных	HTML, Perl, Tcl/Tk, VRML, SQL, PL/SCL, Informix 4GL, Natural, DDL, DSDL, SEQUEL, QBE, ISBL

2.4 Интегрированная среда разработки и отладки

Одним из основных требований, предъявляемым к отладочным средст­вам, ориентированным на изучение микроконтроллеров и организацию его ра­боты с внешними устройствами, является возможность отображения на экране монитора инструментального компьютера состояния основных регистров и внутренней памяти реальных устройств. Для реализации этого требования раз­работана интегрированная среда разработки Debug 32, которая входит в состав программного обеспечения комплекса.

Интегрированная среда разработки Debug 32 поддерживает все этапы создания программного обеспечения исходного текста программы на языке Ас­семблера до ее компиляции и отладки. Она обеспечивает установку режимов от­ладки для программы монитора, отображение содержимого регистров и ячеек памяти процессоров и его изменение с клавиатуры инструментального компью­тера. В качестве интерфейса интегрированной среды использована многоокон­ная структура.

---

Смотрите также файлы

• Титульные листы к приложениям.doc

• Список использованных источников.doc

• Содержание 2.doc

• Ведомости проекта.doc

• 11 Технико-экономические показатели разработки ПП.doc