Программирование. реферат программирование. Введение Компьютер
 Скачать 41.64 Kb.
|
1 2 Введение Компьютер — это машина, которая отличается от всех других машин тем, что не может работать без программ. Электронное оборудование компьютера сложное и дорогое, но оно не способно на что-либо, если в компьютер не загружена хотя бы одна программа. Без этого электронного наполнения программа не будет работать, а без программ электроника не будет работать. То есть вы говорите, что компьютеру нужны две вещи, чтобы работать: аппаратное и программное обеспечение. Программное обеспечение — набор программ, контролирующих работу компьютера или автоматизированной системы. Программное обеспечение имеет свою историю развития, которая тесно связана с развитием первого и четко отражается на фоне интерфейса: пользователь — компьютер (интерфейс — это набор инструментов и правил, позволяющих взаимодействовать между устройствами, программами и людьми). Программирование для компьютера 1-го поколения производилось в кодах машины, и пользователю предоставлялись все ресурсы для решения его задачи, и он работал непосредственно с ними. Даже первые операционные системы, появившиеся в конце 1940-х годов и представлявшие собой наборы простых программ ввода-вывода с общим объемом в несколько сотен команд, ничего не изменили в сути дела, так как пользователи либо создавали собственные сервисные программы для своих целей. В середине 1950-х большинство компьютеров 2-го поколения работали на операционных системах, которые позволяли выполнять пакетную обработку: Система собирала программы, подготовленные разными пользователями, выполняла их в быстрой последовательности, тем самым снижая усилия оператора и позволяя лучше планировать вычислительные ресурсы машины. Многие операционные системы того времени включали библиотеки со стандартными и часто используемыми процедурами и программами, а также переводчики высокого уровня с первого языка программирования Fortran, разработанного и внедренного IBM в 1956 году. В начале 1960-х годов появились первые операционные системы разделения времени, которые позволяли процессору переключаться между задачами, создавая иллюзию, что многие пользователи работают с компьютерами одновременно. Наиболее быстрое развитие операционной системы того периода началось с появления компьютеров 3-го поколения с аппаратной поддержкой основных элементов функционирования операционной системы: систем прерывания, средств защиты оперативной памяти от несанкционированного доступа, а также развитой системы ввода-вывода, разработанной прошивки и др. Осложнение и расширение программной среды ЭВМ не только значительно расширяет ее функциональные возможности, оптимизируя управление сложными вычислительными процессами и ресурсами в режиме мульти-, телеобработки и интерактивности, но и пользователем не только знания языка программирования высокого уровня, но и языка управления задачами, являющегося интерфейсом задач пользователя с операционной системой — средой. Однако эти дополнительные знания более чем окупились в виде обменов: язык программирования высокого уровня для разработки прикладного программного обеспечения и языки высокого уровня для управления задачами, обеспечивающие интерфейс с оболочкой компьютерного программного обеспечения. Только 4-е поколение, в глубине которого появились технологии персональных компьютеров на базе ПК, вновь позволило массовым пользователям приблизиться к вычислительным ресурсам, но не к самой аппаратной среде. И если первый ПК с очень простой операционной средой все же позволял пользователю выполнять некоторые базовые функции управления ресурсами, то по мере роста производительности ПК росли и оболочки системного ПО, причем не только из-за сложности операционной системы, но и из-за появления оболочек для самих операционных систем. Такие оболочки, например, MS Windows, использующие операционную систему в качестве программного ядра, значительно повышают интеллектуальный уровень пользовательского интерфейса — компьютера, который в то же время находится дальше от аппаратной составляющей. Учитывая массовый — персональный характер использования ПК, такое решение является единственно правильным — физически максимальный подход компьютерных ресурсов к пользователю, максимально удаляя внутреннюю кухню ПК и повышая уровень логического интерфейса с ним. И если несколько лет назад, как и в случае с предыдущим поколением компьютеров, пользователю ПК приходилось использовать командный язык операционной системы (MS-DOS, CP/M, Unix и т.д.), то с появлением Windows-оболочек он получил возможность работать с ресурсами ПК на логико-графическом уровне, потребляя при этом только самые общие знания о системе и программном обеспечении, используемом большинством пользователей приложений. Стремительное развитие новых информационных технологий и расширение сферы их применения привело к интенсивной разработке программного обеспечения. Достаточно сказать, что в 1996 году мировое сообщество потратило на программное обеспечение более 110 миллиардов долларов. Более того, тенденции в разработке программного обеспечения показывают, что динамика стоимости демонстрирует устойчивую тенденцию к росту, около 20% в год. Программное обеспечение для информационных систем — это набор программных и документационных средств для создания и эксплуатации систем обработки данных с использованием компьютерных технологий. Она может быть разделена в соответствии с функциями, выполняемыми программным обеспечением: Системные программы (иногда называемые базовым программным обеспечением); Прикладные программы; Системные системы — это прежде всего операционные системы и программы, входящие в состав операционной системы (например, драйверы для различных компьютерных устройств (от английского слова «drive» — управление), т.е. программы, управляющие работой устройств: драйверы для сканеров, принтеров и т.д.). За исключением операционных систем, сервисное программное обеспечение (также называемое сервисом или утилитами, от английского слова «Utilize») по-прежнему относится к обслуживанию жестких дисков, архивов, антивирусных программ и т.д. Приложения включают программы для решения задач в различных областях человеческой деятельности (бухгалтерские программы, текстовые и графические редакторы, базы данных, экспертные системы, переводчики, энциклопедии, обучающие, тестовые и игровые программы и т.д.). Операционные системы Операционная система — это набор взаимодействующих программ, обеспечивающих работу (функционирование) компьютера. Программы операционной системы являются неотъемлемой частью современных компьютеров и только вместе с ними они образуют то, что сейчас называют компьютерными информационными системами обработки информации. Без операционной системы современные компьютеры не работают. Для того, чтобы его дорогие узлы выполняли свои функции и, говоря метафорически, «оживляли их», на компьютере, и особенно на ПК, должна быть установлена та или иная операционная система. Установка операционной системы (инсталляция) осуществляется путем записи ее программ с лицензионного компакт-диска на жесткий диск компьютера. Эта процедура выполняется специальной программой, записанной на этом диске. При включении CD-привода компьютер начинает выполнять эту программу по соответствующей команде, в результате чего программы операционной системы записываются на жесткий диск в определенном порядке. Некоторые из этих программ называются резидентными, потому что при включении компьютера они считываются с жесткого диска в оперативную память, где они постоянно находятся и выполняют заданные функции, а другие называются транзитными программами, потому что периодически вызываются в оперативную память для выполнения специальных задач. При выключении компьютера все программы сохраняются на жестком диске, а при включении компьютера специальный загрузчик программы записывает в память компьютера резидентную часть операционной системы. Разработка операционных систем шла рука об руку с развитием языков программирования и совершенствованием компьютерного оборудования. Основной целью, поставленной перед разработчиками операционной системы, была максимальная автоматизация процессов выполнения программ на компьютерах, наиболее рациональное использование их аппаратного обеспечения и максимально комфортное взаимодействие человека с машиной. Улучшение взаимодействия пользователя с компьютером (совершенствование человеко-машинного интерфейса) сопровождалось внедрением удобного диалога и презентацией различных сервисов для пользователя. В результате были созданы системы диалоговых программ, так называемых командных процессоров и других программных наборов, выполняющих интерфейсные функции. Проблема хранения многих программ и данных на дискетах, их рациональное использование — загрузка в память компьютера, стирание оттуда, запись на другие дисководы, изменение имен и т.п. — была решена путем создания программных систем управления файлами. Файл слова имеет английское происхождение. Это имеет несколько значений. Наиболее близкими к значению, в котором используется термин «файл», в нашем случае являются: подкладные документы, картотеки, папки с делами, подкладные документы. В компьютерной терминологии файл изначально назывался именованным набором записей, содержащих информацию, которая находится на диске. Эти записи могут содержать текст программ, написанных на алгоритмических языках или в машинном коде, а также любые числовые или символьные данные. В первом случае запись называлась программным файлом, а во втором — файлом данных. Позже концепция файла была расширена, чтобы включить в нее информацию, которая находится на всех устройствах ввода/вывода компьютера. Например, появились такие термины, как «выходной файл», «выходной файл», «читать из файла» и так далее. В дальнейшем мы будем использовать термин «файл» для обозначения именованного набора записей данных на дисках. Поскольку набор записей имеет имя, это значит, что у него есть имя, это имя является именем файла, он состоит из двух частей: самого имени и его расширения. Современные операционные системы позволяют использовать длинные имена (до 30 символов). Тем не менее, рекомендуется давать более короткие имена файлам для сокращения сообщения. Среди имен файлов некоторые имена запрещены, обычно это имена устройств ввода и вывода информации. Имя файла пишется заглавными и строчными буквами латинского алфавита и заканчивается точкой. Затем дается трехсимвольное расширение. Вот пример наиболее часто используемых расширений имен файлов: Файлы программного обеспечения ASM на языке ассемблера; Программные файлы BAS на языке BASIC; PAS — программные файлы в PASCAL; C — Программные файлы на C; FOR — программные файлы на языке FORTRAN; Файлы DAT со всеми типами данных; EXE — исполняемые файлы на машинном языке; COM — исполняемые файлы на машинном языке; TXT — это текстовый или символьный файл; Файлы справки HLP; BAK — это копия файла, который создается перед изменением; Командные файлы BAT для операционной системы; SYS-файлы операционной системы. Таким образом, вся информация, переданная на диски, отображается в виде файлов. Вся дисковая память того или иного диска условно разделена на две части: служебная и оперативная память. При подготовке дисков к работе на заводе-изготовителе или с помощью специальной программы операционной системы программа начальной загрузки данных с диска в рабочую память записывается в раздел служебной памяти, формируется таблица распределения дисковой памяти и основной (корневой) каталог диска. Основной каталог диска представляет собой последовательность полей, которые также расположены в служебной части дискового хранилища. Они используются для следующих целей: регистрация записываемого на диск файла и создание системы подкаталогов, в которой по очереди можно регистрировать другие файлы. Следует подчеркнуть, что основной каталог создается производителем диска или специальной программой операционной системы при переформатировании диска. При необходимости перед записью файла на жесткий диск можно указать подкаталоги. Программа чтения файлов является одной из основных программ операционных систем. Он взаимодействует с рядом других программ, связанных с обслуживанием файловой системы: изменение текущей директории, создание и удаление директории, копирование файлов, отображение файлов на экране, удаление и переименование файлов и так далее. Теперь о другой основной функции операционных систем — оперативном отслеживании работы всех узлов компьютера во время выполнения программы. Это отслеживание выполняется процессором, который немедленно реагирует на любое известное событие, которое может произойти на конкретном устройстве компьютера. Существует 256 типов прерываний с числом от 0 до 255 в персональных компьютерах. Некоторые из этих номеров предназначены для вызова различных программ. По каждому номеру в общей программе операционной системы, которая обрабатывает прерывания и находится в резидентной памяти компьютера, ее фрагменту (части) присваиваются адреса первой и последней команды. Эти адреса определяются каждый раз при следующем запуске резидентной части операционной системы. Адреса первых инструкций записываются числами прерываний в виде вектора в специальную секцию оперативной памяти (в самом начале). Таким образом, следующей составляющей вектора является адрес начала фрагмента программы операционной системы, которая обрабатывает его прерывание. Этот раздел называется вектором прерывания. Удобный диалог с компьютером через программу операционной системы ведется на специальном командном языке этой системы. Ранее команды формировались на клавиатуре и выполнялись клавишей Enter. В современных компьютерах эти действия в основном выполняются с помощью мыши. Есть более 60 команд. Большинство из них связано с работой с файлами и дисками. Команды выполняются целым рядом программ. Наиболее важным из них является командный процессор. Раньше мы говорили, что программы операционной системы — это обычные программы, которые размещаются и хранятся на жестком диске компьютера после установки операционной системы. Эти программы образуют четко определенную файловую структуру. Существует главный системный каталог, в котором регистрируются наиболее важные файлы: Программа запуска операционной системы, управление входами/выходами, управление файловой системой, командный процессор, графический интерфейс. Однако часть программы операционной системы, называемая BIOS (Basic Input/Output System), записывается в микросхему постоянного запоминающего устройства. Это программы: Инициализируйте и проверяйте правильность работы всех основных узлов компьютера — процессов, памяти, устройств ввода/вывода и т.д; Первый запуск операционной системы с жесткого диска; Обслуживание аппаратных прерываний; Настройки узлов компьютера для заданных режимов работы. Как только компьютер включен, программа начинает сканировать все узлы. Эта программа называется POST (Power On Self Test). По окончании работы начинается загрузка в оперативную память резидентной части операционной системы. Сначала программа BIOS Initial Boot ищет и обычно вызывает с диска программу загрузки операционной системы, которая последовательно загружает в память файлы, требуемые операционной системой. Последний загружает файлы, которые обеспечивают интерфейс «человек-машина». До 1995 года Microsoft MS DOS использовалась на большинстве персональных компьютеров модели операционной системы IBM PC. Операционная система UNIX была установлена на компьютерах Mackintosh IBM PC. С 1995 года операционная система MS DOS постепенно заменяется новой операционной системой под названием «Windows» — windows. Идея разработки этой системы была заимствована у компаний Apple и Microsoft в таких версиях, как Windows 95, Windows 98, Windows ME, Windows 2000, Windows NT, Windows XP, Windows Vista. На сегодняшний день самой популярной системой в организациях и для личного пользования является Windows XP. Основное отличие Windows от MS DOS заключается в том, что операционная система Windows предоставляет пользователю графический интерфейс. Это означает, что вместо текстового диалога между человеком и компьютером, который MS DOS сделал доступным через клавиатуру и экран монитора, Windows предоставляет возможность вести диалог с манипулятором мыши, который влияет на графические изображения на экране. Это намного удобнее и быстрее, чем вводить команды с клавиатуры и набирать их на компьютере. Для этого все аппаратные и программные объекты на Вашем компьютере отображаются в виде пиктограммных символов. Связь пользователя с операционной системой Windows осуществляется через окна — прямоугольные области на экране. Они предназначены для ввода/вывода независимо от остальной части экрана. На самом деле, именно оттуда и происходит название системы — windows. Файлы, подкаталоги и корневая директория получили разные имена. Файлы теперь называются документами, а каталоги и подкаталоги — папками. Затем каталог и подкаталог с файлами — это папки с документами. Наиболее важной папкой (папка верхнего уровня) является корневая директория, т.е. рабочий стол. Подкаталоги называются подкаталогами. Это дает вам ясную картину: рабочий стол, на котором расположены папки с вложенными папками и документами. Создание, переименование и перемещение папок и ярлыков чрезвычайно просты: просто щелкните и перетащите мышь. Системы программирования Системы программирования представляют собой наборы взаимодействующих программ, предназначенные для максимально упрощенного ввода соответствующих прикладных программ в память ПК, их коррекции, комбинирования, отладки, тестирования и подготовки к использованию. Системы программирования всегда зависят от операционной системы и различаются для разных операционных систем, главным образом, в интерфейсе «человек-машина». Например, в операционных системах MS-DOS, которые обеспечивают текстовый интерфейс, системы программирования общаются с пользователем только в текстовом режиме. Для Windows системы, которые в целях эффективности выполнения программ в среде требуют их изготовления «под Windows», системы программирования несут в себе особенности работы в данной операционной системе, а именно, в первую очередь использование оконных режимов, иконок и мыши. Другое, хотя и не столь важное, различие между системами программирования — это алгоритмический язык, на котором компилируются программы, подлежащие преобразованию в машинный код. Рассмотрим основные функции простейших систем программирования для подготовки программ на таких языках, как Basic, Pascal, C под управлением операционной системы MS-DOS. Каждая система программирования обязательно содержит программу под названием «Текстовый редактор» (Edit). Каждая система также обязательно выполняет функции сохранения программы, введенной в окно редактора программ, или ее части, на любой диск под старым или новым именем, загрузки ранее созданного файла с диска в память, изменения директории, вывода из системы программирования в среду операционной системы и возврата к ней. Эти функции известны как управление файлами. Все системы содержат процедуру компиляции текста программы, подготовленного на алгоритмическом языке, в машинный код. Компиляция выполняется в несколько этапов. Редактированная программа в виде текстового файла, называемого исходным модулем, представляется редактору для ввода. Исходный модуль обрабатывается компилятором. В результате получается промежуточная программа — объектный модуль, содержащий сам машинный код и заголовок со списком внешних имён, используемых в этом модуле — подпрограммы различных библиотек, переменных и т.д. Модуль обрабатывается компилятором. Объектный модуль является исполняемой программой только в том случае, если разрешены ссылки на внешние имена. То же самое относится и к программированию. Эта работа выполняется программой компоновщика (редактором связи). Результатом работы этой программы является так называемый модуль загрузки — программа, готовая к использованию в машинных кодах, но не хранящаяся в оперативной памяти с указанного адреса. Она может быть записана в личную библиотеку пользователя или передана на исполнение. Выполнение программы заключается в помещении ее в память компьютера, начиная с определенного адреса (ее загрузка), разумеется, с изменением адресов всех инструкций. Этот процесс называется образованием абсолютного модуля. Выполняется программой загрузчика. После компиляции программы, т.е. подготовки абсолютного модуля, ее можно запускать на исполнение. Однако это может произойти только в том случае, если будут устранены все синтаксические ошибки в процессе компиляции. Пользователь должен устранить ошибку и возобновить процесс компиляции. Для выполнения успешно скомпилированной программы в системе программирования предусмотрен режим «Старт» (RUN). Пока программа запущена, ее можно остановить и получить неверные результаты. Они, как и положено, вызваны логическими ошибками разработчика на этапе компиляции алгоритма. Такие ошибки очень сложно исправить. Но, к сожалению, они очень распространены. Поэтому система программирования должна иметь функцию отладки программ. Отладка программы — самая сложная и утомительная часть программирования. Его важнейшая задача — выявление логических ошибок. Для этого создаются специальные отладчики. Их часто называют DEBUG. «чтобы устранить ошибку». Под «ошибкой» мы подразумеваем именно «скрытые» ошибки. Каждая система программирования и операционная система имеет справочную программу HELP (Help). Эта программа предоставляет пользователю различную информацию о системе намного быстрее, чем при традиционном использовании книг и каталогов. Самое главное, что он может быть использован в текущем режиме подготовки, компиляции и отладки текста программы. Для этого используется функциональная клавиша F1. Некоторые различия в диапазоне функций, предоставляемых пользователю системой программирования, обусловлены алгоритмическими языками и взглядами разработчиков. Функции систем программирования, работающих в среде MS-DOS, которые считаются обязательными, отображаются в окне текстового редактора в виде пунктов главного меню. Хотя системы программирования были созданы для MS-DOS, в настоящее время они успешно работают под новыми операционными системами Windows. Новые системы программирования, основанные непосредственно на операционной системе Windows, такие как VISUAL BASIC, DELPHI, VISUAL C++, используют несколько иную идеологию и терминологию программирования. Любая программа, которая должна быть скомпилирована, ее текст, введенный в память компьютера, в дальнейшем скомпилированный, отлаженный и протестированный, называется приложением в этих программных системах. Подготовка программы в смысле выполнения вышеперечисленных действий называется разработкой проекта или просто прикладного проекта. Проектирование основано на технологии визуальной подготовки проекта. В связи с тем, что в операционной системе Windows обмен информацией пользователя с компьютером осуществляется через окна, в которых элементами управления являются различные кнопки и поля ввода/вывода, объектами проектирования применения первой фазы являются окна и элементы их работы. Windows называют формами, а элементы управления — компонентами. Фигура начала, т.е. вид окна, появляющегося при запуске приложения, создается путем изменения свойств фигуры с помощью программы проектировщика фигур. Подготовка графического интерфейса пользователя считается завершенной после разработки его стартовой формы и определения на ней компонентов управления. Каждое влияние пользователя на компонент называется событием. Разрабатываемая заявка должна каким-то образом реагировать на нее. Поэтому на втором этапе проекта будут разработаны процедуры реагирования на возможные события. Каждый компонент имеет свой набор событий, на которые он может реагировать и которые подготавливаются для шаблонов программных последовательностей VISUAL-систем. Поэтому для создания процедуры реагирования на события обычно выполняются следующие действия: присваивается компоненту в форме; Окно Инспектор объектов содержит события, для которых готовится процесс редактирования; Щелкнув по диапазону значений, события попадают в окно текстового редактора с подготовленным шаблоном соответствующей процедуры; с места, указанного текстовым курсором редактора, ввести текст разрабатываемой программы. Вторая фаза проекта в настоящее время считается частично завершенной. Затем необходимо скомпилировать, отладить и протестировать приложение, используя ту или иную визуальную систему программирования. 1 2 |