Второй этап - структурный подход к программированию (60-70-е годы XX в.).
Этапы развития технологий программирования
Технологией программирования называют совокупность методов и средств, используемых в
процессе разработки программного обеспечения. Как любая другая технология, технология
программирования представляет собой набор технологических инструкций, включающих:
• указание последовательности выполнения технологических операций;
• перечисление условий, при которых выполняется та или иная операция;
• описания самих операций, где для каждой операции определены исходные данные,
результаты, а также инструкции, нормативы, стандарты, критерии и методы оценки и т. п. (рис.
1.1).
Кроме набора операций и их последовательности, технология также определяет способ
описания проектируемой системы, точнее модели, используемой на конкретном этапе разработки.
Различают технологии, используемые на конкретных этапах разработки или для решения
отдельных задач этих этапов, и технологии, охватывающие несколько этапов или весь процесс
разработки. В основе первых, как правило, лежит ограниченно применимый метод, позволяющий
решить конкретную задачу. В основе вторых обычно лежит базовый метод или подход,
Рис. 1.1. Структура описания технологической операции
определяющий совокупность методов, используемых на разных этапах разработки, или
методологию.
Чтобы разобраться в существующих технологиях программирования и определить основные
|
|
|
тенденции их развития, целесообразно рассматривать эти технологии в историческом контексте,
выделяя основные этапы развития программирования, как науки.
Первый этап - «стихийное» программирование. Этот этап охватывает период от момента появления первых вычислительных машин до середины 60-х годов XX в. В этот период
практически отсутствовали сформулированные технологии, и программирование фактически было
искусством. Первые программы имели простейшую структуру. Они состояли из собственно
программы на машинном языке и обрабатываемых ею данных (рис. 1.2). Сложность программ в
машинных кодах ограничивалась способностью программиста одновременно мысленно
отслеживать последовательность выполняемых операций и местонахождение данных при
программировании.
Появление ассемблеров позволило вместо двоичных или 16-ричных кодов использовать
символические имена данных и мнемоники кодов операций. В результате программы стали более
«читаемыми».
Создание языков программирования высокого уровня, таких, как FORTRAN и ALGOL,
существенно упростило программирование вычислений, снизив уровень детализации операций.
Это, в свою очередь, позволило увеличить сложность программ.
|
|
|
Революционным было появление в языках средств, позволяющих оперировать
подпрограммами.
(Идея написания подпрограмм появилась гораздо раньше, но отсутствие средств поддержки
в первых языковых средствах существенно снижало эффективность их применения.)
Подпрограммы можно было сохранять и использовать в других программах. В результате были
созданы огромные библиотеки расчетных и служебных подпрограмм, которые по мере надобности
вызывались из разрабатываемой программы.
Типичная программа того времени состояла из основной программы, области глобальных
данных и набора подпрограмм (в основном библиотечных), выполняющих обработку всех данных
или их части (рис. 1.3).
Слабым местом такой архитектуры было то, что при увеличении количества подпрограмм
возрастала вероятность искажения части глобальных данных какой-либо подпрограммой.
Например, подпрограмма поиска корней уравнения на заданном интервале по методу деления
отрезка пополам меняет величину интервала. Если при выходе из подпрограммы не предусмотреть
восстановления первоначального интервала, то в глобальной области окажется неверное значение
|
|
|
интервала. Чтобы сократить количество таких ошибок, было предложено в подпрограммах
размещать локальные данные (рис. 1.4).
Сложность
Сложность разрабатываемого программного обеспечения при использовании подпрограмм
с локальными данными по-прежнему ограничивалась возможностью программиста отслеживать
процессы обработки данных, но уже на новом уровне. Однако появление средств поддержки
подпрограмм позволило осуществлять разработку программного обеспечения нескольким
программистам параллельно.
В начале 60-х годов XX в. разразился «кризис программирования». Он выражался в том, что
фирмы, взявшиеся за разработку сложного программного обеспечения, такого, как операционные
системы, срывали все сроки завершения проектов [8]. Проект устаревал раньше, чем был готов к
внедрению, увеличивалась его стоимость, и в результате многие проекты так никогда и не были
завершены.
Объективно все это было вызвано несовершенством технологии программирования. Прежде
всего стихийно использовалась разработка «снизу-вверх» - подход, при котором вначале
проектировали и реализовывали сравнительно простые подпрограммы, из которых затем пытались
построить сложную программу. В отсутствии четких моделей описания подпрограмм и методов
|
|
|
их проектирования создание каждой подпрограммы превращалось в непростую задачу,
интерфейсы подпрограмм получались сложными, и при сборке программного продукта
выявлялось большое количество ошибок согласования. Исправление таких ошибок, как правило,
требовало серьезного изменения уже разработанных подпрограмм, что еще более осложняло ситу-
ацию, так как при этом в программу часто вносились новые ошибки, которые также необходимо
было исправлять... В конечном итоге процесс тестирования и отладки программ занимал более 80
% времени разработки, если вообще когда-нибудь заканчивался. На повестке дня самым
серьезным образом стоял вопрос разработки технологии создания сложных программныхпро-
дуктов, снижающей вероятность ошибок проектирования.
Анализ причин возникновения большинства ошибок позволил сформулировать новый подход
к программированию, который был назван «структурным» [19, 23].
Второй этап - структурный подход к программированию (60-70-е годы XX в.).
Структурный подход к программированию представляет собой совокупность рекомендуемых
технологических приемов, охватывающих выполнение всех этапов разработки программного
обеспечения. В основе структурного подхода лежит декомпозиция (разбиение на части) сложных
систем с целью последующей реализации в виде отдельных небольших (до 40 - 50 операторов)
подпрограмм. С появлением других принципов декомпозиции (объектного, логического и т. д.)
данный способ получил название процедурной декомпозиции.
В отличие от используемого ранее процедурного подхода к декомпозиции, структурный
подход требовал представления задачи в виде иерархии подзадач простейшей структуры.
Проектирование, таким образом, осуществлялось «сверху вниз» и подразумевало реализацию
общей идеи, обеспечивая проработку интерфейсов подпрограмм. Одновременно вводились ог-
раничения на конструкции алгоритмов, рекомендовались формальные модели их описания, а
также специальный метод проектирования алгоритмов - метод пошаговой детализации.
Поддержка принципов структурного программирования была заложена в основу так
называемых процедурных языков программирования. Как правило, они включали основные
«структурные» операторы передачи управления, поддерживали вложение подпрограмм,
локализацию и ограничение области «видимости» данных. Среди наиболее известных языков этой
группы стоит назвать PL/1, ALGOL-68, Pascal, С.
Одновременно со структурным программированием появилось огромное количество языков,
базирующихся на других концепциях, но большинство из них не выдержало конкуренции. Какие-
то языки были просто забыты, идеи других были в дальнейшем использованы в следующих
версиях развиваемых языков.
Дальнейший рост сложности и размеров разрабатываемого программного обеспечения
потребовал развития структурирования данных. Как следствие этого в языках появляется
возможность определения пользовательских типов данных. Одновременно усилилось стремление
разграничить доступ к глобальным данным программы, чтобы уменьшить количество ошибок,
возникающих при работе с глобальными данными. В результате появилась и начала развиваться
технология модульного программирования.
Модульное
Модульное программирование предполагает выделение групп подпрограмм, использующих
одни и те же глобальные данные в отдельно компилируемые модули (библиотеки подпрограмм),
например, модуль графических ресурсов, модуль подпрограмм вывода на принтер (рис. 1.5). Связи
между модулями при использовании данной технологии осуществляются через специальный
интерфейс, в то время как доступ к реализации модуля (телам подпрограмм и некоторым
«внутренним» переменным) запрещен. Эту технологию поддерживают современные версии
языков Pascal и С (C++), языки Ада и Modula.
Использование модульного программирования существенно упростило разработку
программного обеспечения несколькими программистами. Теперь каждый из них мог
разрабатывать свои модули независимо, обеспечивая взаимодействие модулей через специально
оговоренные межмодульные интерфейсы. Кроме того, модули в дальнейшем без изменений можно
было использовать в других разработках, что повысило производительность труда программистов.
Практика показала, что структурный подход в сочетании с модульным программированием
позволяет получать достаточно надежные программы, размер которых не превышает 100 000
операторов [10]. Узким местом модульного программирования является то, что ошибка в
интерфейсе при вызове подпрограммы выявляется только при выполнении программы (из-за
раздельной компиляции модулей обнаружить эти ошибки раньше невозможно). При увеличении
размера программы обычно возрастает сложность межмодульных интерфейсов, и с некоторого
момента предусмотреть взаимовлияние отдельных частей программы становится практически
невозможно. Для разработки программного обеспечения большого объема было предложено
использовать объектный подход.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 482; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!