Программное обеспечение. Основные этапы решения задач на ЭВМ. Жизненный цикл программного средства

1. 
   Программное обеспечение. Основные этапы решения задач на ЭВМ. Жизненный цикл программного средства.
   

ПО распределяется на несколько уровней. Каждый вышележащий уровень повышает функциональность системы.

Б
Базовое ПО

Системное ПО

Прикладное ПО

Служебное ПО
ПО – отвечает за взаимодействие с базовыми программными средствами (ПЗУ).

Сист. ПО – обеспечивает взаимодействие прочих программ с программами БПО, обеспечивает взаимодействие с аппаратными средствами. (Ядро ОС: 1 - программы, отвечающие за взаимодействие с устройствами, 2 - средства обеспечения пользовательского интерфейса).

Сл. ПО (утилиты) – автоматизация работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Для расширения и улучшения функций Сист. ПО.

ППО – комплекс прикладных программ, с помощью которых на рабочем листе выполняется задача.

Программное обеспече­ние - совокупность программ системы обработки ин­формации и программных документов, необходи­мых для эксплуатации этих программ.

Программа - данные, предназначенные для управления кон­кретными компонентами системы обработки ин­формации в целях реализации определенного ал­горитма.

Состав этапов зависит от задачи. В задачах отдельного класса некоторые этапы могут отсутствовать, например, в задачах разработки системного программного обеспечения отсутствует математическое описание.

1. Постановка задачи. На данном этапе формулируется цель решения задачи и подробно описывается ее содержание. Анализируются характер и сущность всех величин, используемых в задаче, и определяются условия, при которых она решается. Корректность постановки задачи является важным моментом, так как от нее в значительной степени зависят другие этапы.

2. Математическое описание задачи. Настоящий этап характеризуется математической формализацией задачи, при которой существующие соотношения между величинами, определяющими результат, выражаются посредством математических формул.

3. Выбор и обоснование метода. Модель решения задачи с учетом ее особенностей должна быть доведена до решения при помощи конкретных методов решения. Само по себе математическое описание задачи в большинстве случаев трудно перевести на язык машины. Выбор и использование метода решения задачи позволяет привести решение задачи к конкретным машинным операциям. При обосновании выбора метода необходимо учитывать различные факторы и условия, в том числе точность вычислений, время решения задачи на ЭВМ, требуемый объем памяти и другие.

4. Алгоритмизация вычислительного процесса. На данном этапе составляется алгоритм решения задачи согласно действиям, задаваемым выбранным методом решения. Процесс обработки данных разбивается на отдельные относительно самостоятельные блоки, и устанавливается последовательность выполнения блоков. Разрабатывается схема алгоритма.

5. Составление программы. При составлении программы алгоритм решения задачи переводится на конкретный язык программирования. Для программирования обычно используются языки высокого уровня, поэтому составленная программа требует перевода ее на машинный язык ЭВМ. После такого перевода выполняется уже соответствующая машинная программа. 

6. Отладка программы. Отладка заключается в поиске и устранении синтаксических и логических ошибок в программе.

7. Решение задачи на ЭВМ и анализ результатов

После отладки программы ее можно использовать для решения прикладной задачи. При этом обычно выполняется многократное решение задачи на ЭВМ для различных наборов исходных данных. Получаемые результаты интерпретируются и анализируются специалистом или пользователем, поставившим задачу.

ЖЦ ПО – период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ПО и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации (IEEE Std 610.12 – 1990, IEEE Standard Glossary of Software Engineering Terminology, IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Структура ЖЦ ПО базируется на трех группах процессов:

• 
  основные процессы (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);
  
• 
  вспомогательные процессы, обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем);
  
• 
  организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).
  

• 
  каскадная модель (70-85 г.г.);
  
• 
  спиральная модель (86-90 г.г.).
  

Си

В настоящее время язык Си и объектно-ориентированные языки его группы (прежде всего C++, а также Java и C#) являются основными в практическом программировании. Достоинство языка Си - это, прежде всего, его простота и лаконичность. Язык Си легко учится. Главные понятия языка Си, такие, как статические и локальные переменные, массивы, указатели, функции и т.д., максимально приближены к архитектуре реальных компьютеров. Так, указатель - это просто адрес памяти, массив - непрерывная область памяти, локальные переменные - это переменные, расположенные в аппаратном стеке, статические - в статической памяти. Программист, пишущий на Си, всегда достаточно точно представляет себе, как созданная им программа будет работать на любой конкретной архитектуре. Другими словами, язык Си предоставляет программисту полный контроль над компьютером.

Любая достаточно большая программа на Си (программисты используют термин проект) состоит из файлов. Файлы транслируются Си-компилятором независимо друг от друга и затем объединяются программой-построителем задач, в результате чего создается файл с программой, готовой к выполнению. Файлы, содержащие тексты Си-программы, называются исходными.

• 
  заголовочные, или h-файлы;
  
• 
  файлы реализации, или Cи-файлы.
  

Имена заголовочных файлов имеют расширение ".h". Имена файлов реализации имеют расширения ".c"

Заголовочные файлы содержат только описания. Прежде всего, это прототипы функций. Прототип функции описывает имя функции, тип возвращаемого значения, число и типы ее аргументов. Сам текст функции в h-файле не содержится. Также в h-файлах описываются имена и типы внешних переменных, константы, новые типы, структуры и т.п. В общем, h-файлы содержат лишь интерфейсы, т.е. информацию, необходимую для использования программ, уже написанных другими программистами (или тем же программистом раньше). Заголовочные файлы лишь сообщают информацию о других программах. При трансляции заголовочных файлов, как правило, никакие объекты не создаются. Например, в заголовочном файле нельзя определить глобальную переменную. Строка описания
int x;
определяющая целочисленную переменную x, является ошибкой. Вместо этого следует использовать описание

extern int x;

Файлы реализации, или Cи-файлы, содержат тексты функций и определения глобальных переменных. Говоря упрощенно, Си-файлы содержат сами программы, а h-файлы - лишь информацию о программах.

Представление исходных текстов в виде заголовочных файлов и файлов реализации необходимо для создания больших проектов, имеющих модульную структуру. Заголовочные файлы служат для передачи информации между модулями. Файлы реализации - это отдельные модули, которые разрабатываются и транслируются независимо друг от друга и объединяются при создании выполняемой программы.
Файлы реализации могут подключать описания, содержащиеся в заголовочных файлах. Сами заголовочные файлы также могут использовать другие заголовочные файлы. Заголовочный файл подключается с помощью директивы препроцессора #include. Например, описания стандартых функций ввода-вывода включаются с помощью строки

#include

#include "abcd.h"

Константами называются перечисление величин в программе. В языке СИ разделяют четыре типа констант: целые константы, константы с плавающей запятой, символьные константы и строковыми литералы.

Если требуется сформировать отрицательную целую константу, то используют знак "-" перед записью константы (который будет называться унарным минусом). Например: -0x2A, -088, -16 . Каждой целой константе присваивается тип, определяющий преобразования, которые должны быть выполнены, если константа используется в выражениях. Тип константы определяется следующим образом:

• 
  восьмеричным и шестнадцатеричным константам присваивается тип int, unsigned int (беззнаковая целая), long или unsigned long в зависимости от значения константы согласно таблице
  

Целочисленные типы

Целочисленные типы различаются по длине в байтах и по наличию знака. Их четыре - char, short, int и long. Кроме того, к описанию можно добавлять модификаторы unsigned или signed для беззнаковых (неотрицательных) или знаковых целых чисел.
Тип int

Самый естественный целочисленный тип - это тип int, от слова integer - целое число. Тип int всегда соответствует размеру машинного слова или адреса. Все действия с элементами типа int производятся максимально быстро. Всегда следует выбирать именно тип int, если использование других целочисленных типов не диктуется явно спецификой решаемой задачи. Параметры большинства стандартных функций, работающих с целыми числами или символами, имеют тип int. Подчеркнем еще раз, что целочисленные переменные хранят на самом деле не целые числа, а элементы кольца вычетов по модулю m, где m - степень двойки.

int y, z, t;

int maxind = 1000;

int a = 5, b = 7;
Кроме типа int, существуют еще три целочисленных типа: char, short и long.Вещественные типы

Вещественных типов два: длинное вещественное число double (переводится как "двойная точность") и короткое вещественное число float (переводится как "плавающее"). Вещественное число типа double занимает 8 байтов, типа float - 4 байта.

double a = 1.5, b = 1e+6, c = 1.5e-3;эквивалентность типов

Существует несколько схем для определения того, являются ли типы двух объектов эквивалентными. Две схемы, наиболее часто используемые, называются структурная эквивалентность типов и именная эквивалентность типов. В соответствии со схемой структурной эквивалентности типов два объекта относятся к одному и тому же типу только в том случае, если их компоненты имеют одинаковые типы. В соответствии со схемой именной эквивалентности типов два объекта имеют один и тот же тип только в случае их определения с использованием имени того же типа.

Большинство реализаций языка Си используют схему структурной эквивалентности типов. Однако в книге (Ritche, D.M. 1980/ The C Programming Language - Reference Manual/ AT&T Bell Laboratories, Murray Hill, N.J. 07974) вопрос об эквивалентности типов игнорируется, и при каждой реализации может быть выбрана своя схема определения эквивалентности типов. Следовательно, вполне возможно, что результаты правильно работающей программы станут неверными при замене компилятора!

Преобразование типов(Согласование типов)

В операторах и выражениях должны использоваться переменные и константы только одного типа. Если все же мы смешиваем типы в одном выражении, то компилятор с языка Си не считает программу неправильной, как это произошло бы при программировании на языке Паскаль. Вместо этого компилятор использует набор правил для автоматического преобразования типов. Это очень удобно, но может оказаться и опасным, особенно если мы допустили смешение типов нечаянно. Приведем несколько основных правил, касающихся преобразования типов:

1. 
   Если операция выполняется над данными двух различных типов, обе величины приводятся к высшему из двух типов. Этот процесс называется повышением типа.
   
2. 
   Последовательность имен типов, упорядоченных от высшего типа к низшему, выглядит так: double, float, long, int, short, char. Применение ключевого слова unsigned повышает ранг соответствующего типа данных со знаком.
   
3. 
   В операторе присваивания конечный результат вычисления выражения в правой части приводится к типу переменной, которой должно быть присвоено это значение. Данный процесс может привести к повышению типа, как описано выше, или к понижению, при котором величина приводится к типу данных, имеющему более низкий приоритет.
   

Повышение типа обычно происходит гладко, в то время как понижение может привести к затруднениям. Причина этого проста: все число целиком может не поместиться в элементе данных низшего типа. Переменная типа char может иметь целое значение 101, но не 22225.

nice = 1.6+1.7; -согласование типов(неявное приведение).(прим. редакции - Что такое согласование типов я так и не нашел, поэтому сошлись на том что это неявное приведение типов)
Операция приведения

Самое лучшее - это вообще избегать преобразования типов. Но иногда оказывается удобным применять такие преобразования при условии, что мы ясно представляем смысл выполняемых действий. Преобразования типов, которые мы обсуждали до сих пор, выполнялись автоматически. Существует возможность точно указывать тип данных, к которому необходимо привести величину. Этот способ называется приведением типов, и используется следующим образом: перед данной величиной в круглых скобках записывается имя требуемого типа. Скобки и имя типа вместе образуют операцию приведения. В общем виде она записывается так:

(тип)

где фактическое имя требуемого типа представляется вместо слова тип.

int nice;

nice = 1.6+1.7; -согласование типов

nice = (int)1.6+(int)1.7;

В языке СИ операции с высшими приоритетами вычисляются первыми. Наивысшим приоритетом является приоритет равный 1. Приоритеты и порядок операций приведены в табл. 8.

В Турбо Паскале логический тип данных носит название BOOLEAN. Значением логического типа может быть одна из двух констант FALSE (ложь) или TRUE (истина). Для них справедливы правила:

Ord(false)=0

Ord(true)=1

False

Succ(false)=true

Pred(true)=false

Логические переменные должны быть описаны предложением:

Var <имя_переменной>: boolean;

Величины логического типа данных можно присваивать, выводить, но нельзя вводить процедурой read.

Пример переменных с булевым значением:

X:=true;

Сложные условия составляются из простых с помощью логических операций: and (логическое «И»), or (логическое «ИЛИ») и not (логическое «НЕ»). При составлении сложных условий операнды логического выражения берутся в скобки (это важно!).

Пример логических выражений:

5>3;

(x<2)and(x>=0)

2*x+5<>0

При вычислении логических выражений операции выполняются в следующем порядке: not, and, or, операции отношения, арифметические операции. Если порядок выполнения операций нужно изменить, то применяют скобки.

Встречаются следующие формы условного оператора:

if условие then команды end

При выполнении такого оператора вычисляется условие, и если оно истинно, то выполняются команды до ключевого слова end, в противном случае выполнение программы продолжается со следующей за условным оператором команды. В языках низкого уровня (ассемблерах) это — единственная доступная форма условного оператора. В некоторых языках для условного оператора с одной ветвью используется специальное ключевое слово (обычно это when).

Условный оператор с двумя ветвями

if условие then команды1 else команды2 end

Здесь при истинности условия выполняются команды1 при ложности — команды2. При необходимости проверить последовательно несколько условий возможно каскадирование условных операторов:

if условие1

then команды1

else if условие2 then команды2

else if условие3 then команды3

...

else командыN end;

Вышеприведённая схема каскада условных операторов используется достаточно часто, поэтому ряд языков программирования содержит специальную конструкцию для неё, позволяющую записать множественное ветвление несколько компактнее и менее подверженную ошибкам написания:

if условие1 then команды1

else if условие2 then команды2

...

else командыN end;

Паскаль унаследовал от Алгола-60 синтаксис, согласно которому в ветвях условного оператора может быть помещена только одна команда. Поэтому для размещения там большего количества команд они группируются в составной оператор с помощью пары ключевых слов begin и end. Ветвь else в условном операторе не является обязательной. begin и end ставится только если несколько операторов, если же оператор 1, то их желательно не ставить.

If условие Then

begin

end

begin

end;

C и C++ (а вслед за ними и Java, C#, PHP и множество других языков) имеют условный оператор, структурно аналогичный Паскалю. Отличие состоит в том, что условие должно быть записано в круглых скобках, а вместо ключевых слов begin и end используются фигурные скобки {} :

if (<условие>)

{

<операторы>

}

else

}

СИМВОЛЬНЫЙ тип (Char) определяет упорядоченную совокупность символов, допустимых в данной ЭВМ. Значение символьной переменной или

константы - это один символ из допустимого набора.

Символьная константа может записываться в тексте программы тремя

способами:

-как один символ, заключенный в апострофы, например:

'A' 'a' 'Ю' 'ю';

-с помощью конструкции вида #K, где K - код соответствующего символа, при этом значение K должно находиться в пределах 0..255;

-с помощью конструкции вида ^C, где C - код соответствующего управляющего символа, при этом значение C должно быть на 64 больше

кода управляющего символа.

К величинам символьного типа применимы все операции отношения.

Для величин символьного типа определены две функции преобразования

Ord(C) Chr(K).

Первая функция определяет порядковый номер символа С в наборе символов, вторая определяет по порядковому номеру К символ, стоящий на

К-ом месте в наборе символов. Порядковый номер имеет целый тип.

К аргументам символьного типа применяются функции, которые определяют предыдущий и последующий символы:

Pred(C) Succ(C). Pred('F') = 'E' ; Succ('Y') = 'Z' .

При отсутствии предыдущего или последующего символов значение соответствующих функций не определено.

Для литер из интервала 'a'..'z' применима функция UpCase(C), кото-

рая переводит эти литеры в верхний регистр 'A'..'Z'.

Функция ORD.

Оператор выбора позволяет выбрать одно из нескольких возможных продолжений программы. Параметром, по которому осуществляется выбор, служит ключ выбора -выражение любого порядкового типа (любого из рассмотренных, кроме типов REAL и STRING).

Структура оператора выбора такова:

CASE <ключ_выбора> OF <список_выбора> [ELSE <операторы>] END

Здесь CASE, OF, ELSE, END - зарезервированные слова (случай, из, иначе, конец);

<ключ_выбора> - ключ выбора;

<список_выбора> - одна или более конструкций вида:

<константа_выбора> : <оператор>;

<константа_выбора> - константа того же типа, что и выражение<ключ_выбopa> ;

<операторы> - произвольные операторы Турбо Паскаля.

Оператор выбора работает следующим образом. Вначале вычисляется значение выражения <ключ_выбора>, а затем в последовательности операторов <список_выбора> отыскивается такой, которому предшествует константа, равная вычисленному значению. Найденный оператор выполняется, после чего оператор выбора завершает свою работу.

Если в списке выбора не будет найдена константа, соответствующая вычисленному значению ключа выбора, управление передается операторам, стоящим за словом ELSE. Часть ELSE <оператор> можно опускать. Тогда при отсутствии в списке выбора нужной константы ничего не произойдет и оператор выбора просто завершит свою работу.
Оператор выбора Паскаля работает следующим образом. Вначале вычисляется значение выражения <ключ_выбора>, а затем в последовательности <список_выбора> отыскивается константа, равная вычисленному значению. Выполняется оператор, который следует за найденной константой, после чего оператор выбора завершает работу. Если в списке выбора не будет найдена константа, соответствующая вычисленному значению ключа выбора, управление передается операторам, стоящим за словом else. Часть else <оператор_иначе> можно опустить, тогда при отсутствии в списке выбора нужной константы не будет выполнено никаких действий, и оператор выбора просто завершит свою работу.

Program dni_nedeli;

Var n: byte;

Begin

Case n of

1: writeln(‘понедельник ’);

2: writeln(‘вторник ’);

3: writeln(‘среда ’);

4: writeln(‘четверг ’);

5: writeln(‘пятница ’);

6: writeln(‘суббота ’);

7: writeln(‘воскресенье’);

else writeln(‘дня недели с номером’, n,’нет’);

end;

end.
1.6. Операторы цикла. Оператор цикла с предусловием. Оператор цикла с постусловием. Оператор цикла с параметром

Исполнение любого цикла включает первоначальную инициализацию переменных цикла, проверку условия выхода, исполнение тела цикла и обновление переменной цикла на каждой итерации. Кроме того, большинство языков программирования предоставляют средства для досрочного управления циклом, например, операторы завершения цикла, то есть выхода из цикла независимо от истинности условия выхода (в языке Си — break) и операторы пропуска итерации (в языке Си — continue).

Цикл с предусловием. Цикл с предусловием — цикл, который выполняется пока истинно некоторое условие, указанное перед его началом. Это условие проверяется до выполнения тела цикла, поэтому тело может быть не выполнено ни разу (если условие с самого начала ложно). В большинстве процедурных языков программирования реализуется оператором while, отсюда его второе название — while-цикл. На языке Си: while(<условие>) { <тело цикла> }