Основные этапы программирования как науки 1 этап - «Стихийное» программирование (до середины 60х годов XX века) 2 этап - Структурный подход к программированию (60-70-е годы XX в.) 3 этап - Объектный подход к программированию (с середины 80-х до конца 90-х годов) 4 этап - Компонентный подход и CASE-технологии (с середины 90-х годов XX в. до наст. времени)

«Стихийное» программирование - отсутствие технологий, программирование - искусство. Программы простейшей структуры: состояли из программы на машинном языке и обрабатываемых ею данных:. Сложность программ в машинных кодах ограничивалась способностью программиста одновременно мысленно отслеживать последовательность выполняемых операций и местонахождение данных при программировании

«Стихийное» программирование Появление ассемблеров - вместо двоичных и 16- ричных кодов стали использоваться символические имена данных и мнемоники кодов операций более «читаемые» программы Создание ЯП высокого уровня (FORTRAN, ALGOL) упростило программирование вычислений, снизив уровень детализации операций. Это позволило увеличить сложность программ

«Стихийное» программирование Революционным стало появление средств работы с подпрограммами (п/п). (Идея написания п/п появилась раньше, но отсутствовали средства поддержки) снижало эффективность их применения.) П/п можно было сохранять и использовать в других программах. В результате были созданы огромные библиотеки расчетных и служебных подпрограмм.

«Стихийное» программирование Программа состояла из основной программы, области глобальных данных и набора п/п (библиотечных), выполняющих обработку всех данных или их части. Слабое место - при числа п/п возрастала вероятность искажения части глобальных данных какой-либо подпрограммой

«Стихийное» программирование Для количество таких ошибок - в п/п размещать локальные данные : Сложность разрабатываемого ПО по-прежнему ограничивалась возможностью программиста отслеживать процессы обработки данных, но уже на новом уровне. Но появление средств поддержки п/п позволило осуществлять разработку ПО нескольким программистам параллельно.

«Стихийное» программирование В начале 60-х г XX в. -«кризис программирования»: фирмы, разрабатывающие сложное ПО, срывали сроки завершения проектов. Проект устаревал раньше, чем был готов к внедрению, увеличивалась его стоимость, многие проекты никогда не были завершены.

«Стихийное» программирование Объективная причина - несовершенство ТП. Стихийно использовалась разработка «снизу-вверх»: вначале проектировали и реализовывали простые п/п, из них строили сложную программу. Без четких моделей описания и методов проектирования создание п/п – сложная задача, интерфейсы получались сложными, при сборке программы - ошибки согласования. Исправление ошибок изменение п/п в п/п вносились новые ошибки, которые необходимо исправлять... В итоге процесс тестирования и отладки > 80% времени разработки или вообще не заканчивался. Встал вопрос разработки технологии создания сложных программных продуктов, снижающей вероятность ошибок проектирования.

Структурный подход -совокупность рекомендуемых технологических приемов, охватывающих выполнение всех этапов разработки ПО. В основе - декомпозиция сложных систем с целью последующей реализации в виде отдельных небольших (до 50 операторов) п/п. С появлением других принципов декомпозиции (объектной, логической и т.д.) данный способ получил название процедурной декомпозиции.

Структурный подход Структурный подход - представление задачи в виде иерархии подзадач простейшей структуры. Проектирование - «сверху-вниз»: реализация общей идеи + проработка интерфейсов п/п. Вводились ограничения на конструкции алгоритмов, рекомендовались формальные модели их описания, метод проектирования алгоритмов - пошаговой детализации. Поддержка принципов структурного программирования была заложена в основу процедурных ЯП. Они включали основные «структурные» операторы передачи управления, поддерживали вложение подпрограмм, локализацию и ограничение области «видимости» данных. ЯП: PL/1, ALGOL-68, Pascal, С.

Структурный подход Одновременно появилось множество языков, базирующихся на других концепциях. Большинство из них не выдержало конкуренции, какие-то были забыты, идеи других были в использованы в следующих версиях развиваемых языков. Дальнейший рост сложности и размеров ПО потребовал развития структурирования данных. Появляется возможность определения пользовательских типов данных. Для количество ошибок - стремление разграничить доступ к глобальным данным программы. Появилась и начала развиваться технология модульного программирования.

Модульное программирование -выделение групп п/п с общими глобальными данными в отдельно компилируемые модули (библиотеки п/п): модуль графических ресурсов и др. Связи между модулями - через специальный интерфейс, доступ к реализации модуля запрещен. Эту технологию поддерживают современные версии языков Pascal, C++, языки Ада и Modula

Модульное программирование Модульное программирование упростило разработку ПО несколькими программистами. Каждый мог разрабатывать свои модули независимо, обеспечивая взаимодействие модулей через межмодульные интерфейсы. Модули можно было использовать в других разработках, это повысило производительность труда программистов. Практика показала, что структурный подход в сочетании с модульным программированием позволяет получать надежные программы размером до операторов. Узкое место - ошибка в интерфейсе выявляется только при выполнении п/п (из-за раздельной компиляции модулей). При размера программы возрастает сложность межмодульных интерфейсов Для разработки ПО большого объема было предложено использовать объектный подход.

Объектный подход: Программа - совокупность О. Каждый О - экземпляр класса. Классы - иерархию с наследованием свойств. Взаимодействие О - путем передачи сообщений. Объектная структура программы - впервые в языках имитационного моделирования Simula (60-е г.), Smalltalk (70-е г.), затем - в новых версиях ЯП: Pascal, C++, Modula, Java.

Объектный подход Достоинство ООП - «более естественная» декомпозиция ПО, это облегчает разработку более полная локализация данных возможность вести независимую разработку отдельных частей (объектов) программы. Объектный подход - новые способы организации программ на механизмах наследования, полиморфизма, инкапсуляции, композиции, что позволяет конструировать сложные объекты из простых. В результате - показатель повторного использования кодов, возможность создания библиотек классов.

Объектный подход Развитие ООП: созданы визуальные среды: Delphi, C++ Builder, Visual C++ для проектирования интерфейсов. Результат - заготовка программы, в которую уже внесены коды. Недостатки ООП в конкретных реализациях ЯП: нет стандартов компоновки результатов компиляции объектов в единое целое необходимость разработки ПО с использованием одного языка ЯП и компилятора необходимо наличие исходных кодов библиотек классов; изменение реализации одного программного О связано с перекомпиляцией модуля и перекомпоновкой всего ПО. Сохраняется зависимость модулей от адресов, полей, методов, структур и форматов данных. Модули взаимодействуют между собой. Связи модулей нельзя разорвать, но можно стандартизировать их взаимодействие - на этом основан компонентный подход к программированию.

Компонентный подход -построение ПО из компонентов – физически отдельных частей ПО, взаимодействие - через стандартизованные двоичные интерфейсы. Объекты-компоненты можно собрать в динамически вызываемые библиотеки (DLL), исполняемые файлы, распространять в двоичном виде без исходных текстов, использовать в ЯП, поддерживающем технологию. Рынок объектов - реальность, в Internet – множество компонентов возможность создания программ, состоящих из повторно использованных частей. Компонентный подход - в основе COM-технологий (Component Object Model), и технологии создания распределенных приложений CORBA (Common Object Request Broker Architecture). Технологии используют сходные принципы и различаются лишь особенностями их реализации.

Компонентный подход определяет общую парадигму взаимодействия программ любых типов: библиотек, приложений, ОС; позволяет одной части ПО использовать функции (службы), другой, независимо от того, где функционируют ли эти части: в пределах одного процесса, в разных процессах на одном компьютере или на разных компьютерах Технология СОМ (Microsoft) - развитие технологии OLEI (Object Linking and Embedding – связывание и внедрение объектов) DCOM (Distributed COM) – распределенная СОМ для передачи вызовов между ПК -

Компонентный подход На базе СОМ и DCOM: -OLE-automation - технология создания программируемых приложений для доступа к внутренним службам приложений ActiveX – на базе OLE-automation для создания ПО на одном и распределенных в сети ПК. Использует компоненты – элементы управления ActiveX Преимущества ActiveX: - быстрое написание программного кода; - открытость и мобильность – спецификации технологии в Open Group как основа открытого стандарта; - написание приложений с использованием знакомых средств разработки; - большое количество бесплатных программных элементов ActiveX; - стандартность - ActiveX основана на стандартах Internet (TCP/IP, HTML, Java) и стандартах COM, OLE.

Компонентный подход -MTS (Microsoft Transaction Server – сервер управления транзакциями) – технология безопасной и стабильной работы распределенных приложений при больших объемах передаваемых данных. - MIDAS (Multitier Distributed Application Server - сервер многозвенных распределенных приложений) – технология, организующая доступ к данным разных ПК с учетом балансировки нагрузки сети. Технология CORBA (разработка OMG - Object Management Group) - подход, аналогичный СОМ, но на базе объектов и интерфейсов CORBA. Программное ядро реализовано для всех основных аппаратных и программных платформ. CORBA - для создания распределенного ПО в гетерогенной вычислительной среде.

CASE - технологии Особенность современного этапа развития ТП - создание и внедрение автоматизированных технологий разработки и сопровождения программного обеспечения - CASE-технологий (Computer-Aided Software/System Engineering). Без средств автоматизации разработка сложного ПО невозможна: человек не в состоянии фиксировать все детали, необходимые при разработке ПО. Существуют CASE-технологии, поддерживающие структурный, объектный и компонентный подходы к программированию.

Проблемы разработки сложных программных систем Современные программные системы объективно очень сложны. Главная причина - логическая сложность решаемых задач В процесс компьютеризации вовлекаются новые предметные области, а для освоенных усложняются постановки задач. Другие факторы, увеличивающие сложность разработки ПС: сложность формального определения требований к ПС; отсутствие средств описания поведения дискретных систем с большим числом состояний при недетерминированной последовательности входных воздействий; коллективная разработка; необходимость увеличения степени повторяемости кодов.

Блочно-иерархический подход к созданию сложных систем В сложных системах - иерархическая внутренняя структура: связи элементов различны по типу и по силе, система - совокупность взаимозависимых подсистем. Внутренние связи элементов подсистем сильнее связей между подсистемами. Подсистемы разделяют на подсистемы и т.д. до нижнего «элементарного» уровня, где система состоит из немногих типов подсистем, по-разному организованных. Иерархии такого типа - «целое-часть». Поведение системы сложнее поведения отдельных частей, особенности системы обусловлены отношениями между ее частями, а не частями как таковыми.

Блочно-иерархический подход к созданию сложных систем. Другой вид иерархии – «простое - сложное»: любая система - результат развития более простой системы. Этот вид иерархии реализуется механизмом наследования ООП. Программные системы также иерархические. На этих свойствах - блочно-иерархический подход к исследованию и созданию систем: сначала создаются части объектов, затем из них собирается объект. Процесс разбиения сложного объекта на независимые части - декомпозиция. В процессе декомпозиции необходимо определить все виды связей частей между собой.

Блочно-иерархический подход к созданию сложных систем. При создании сложных объектов - многократная декомпозиция - метод пошаговой детализации. Выделяют аналогичные блоки, это степень повторяемости кодов и стоимость разработки. Результат декомпозиции - схема иерархии, на нижнем уровне - простые блоки, на верхнем – сам объект. На каждом уровне - описание блоков с определенной степенью детализации, абстрагируясь от несущественных деталей. Для каждого уровня - свои формы документации и свои модели. Для объекта в целом - общие требования, блоки нижнего уровня специфицируют так, чтобы из них можно собрать работающий объект. Чем больше блок, тем более абстрактно его описание.

Блочно-иерархический подход к созданию сложных систем. Соотношение абстрактного и конкретного в описании блоков при блочно-иерархическом подходе

Блочно-иерархический подход к созданию сложных систем В основе блочно-иерархического подхода - декомпозиция и иерархическое упорядочение. Другие принципы: непротиворечивость - контроль согласованности элементов; полнота - контроль на присутствие лишних элементов; формализация – строгость методического подхода; повторяемость – выделение одинаковых блоков; локальная оптимизация – в пределах уровня иерархии. Совокупность языков моделей, постановок задач, методов описаний иерархического уровня - уровень проектирования. Блочно-иерархический подход: упрощает проверку работоспособности системы и блоков; обеспечивает возможность модернизации систем.