Основные понятия программирования

Программирование — процесс создания компьютерных программ.

В узком смысле под программированием понимается написание инструкций (программ) на конкретном языке программирования (часто по уже имеющемуся алгоритму — плану, методу решения поставленной задачи). Соответственно, люди, которые этим занимаются, называются программистами, а те, кто разрабатывают алгоритмы — алгоритмистами.

В более широком смысле под программированием понимают весь спектр деятельности, связанный с созданием и поддержанием в рабочем состоянии программ — программного обеспечения ЭВМ. Иначе это называется «программная инженерия» («инженерия ПО»). Сюда входят анализ и постановка задачи, проектирование программы, построение алгоритмов, разработка структур данных, написание текстов программ, отладка и тестирование программы (испытания программы), документирование, настройка (конфигурирование), доработка и сопровождение.

Программирование для ЭВМ основывается на использовании языков программирования, на которых записывается программа. Чтобы программа могла быть понята и исполнена ЭВМ, требуется специальный инструмент — транслятор. Транслятор — программа или техническое средство, выполняющее трансляцию программы. Трансляция программы — преобразование программы, представленной на одном из языков программирования, в программу на другом языке и, в определённом смысле, равносильную первой.

В зависимости от назначения и / или способа написания программ различают:

• · Прикладное программирование [applicationprogramming] - разработка и отладка программ для конечных пользователей, например бухгалтерских, обработки текстов и т. п.
• · Системное программирование [systemprogramming] - разработка средств общего программного обеспечения, в том числе операционных систем, вспомогательных программ, пакетов программ общесистемного назначения, например: автоматизированных систем управления, систем управления базами данных и т. д.
• · Декларативное (логическое, продукционное) программирование [declarativeprogramming, logicalprogramming] - метод программирования, предназначенный для решения задач искусственного интеллекта. В указанном контексте программа описывает логическую структуру решения задачи, указывая преимущественно, что нужно сделать, не вдаваясь в детали, как это делается. Используются языки программирования типа Пролог.
• · Объектно-ориентированное программирование, объектное программирование, ООП [OOP — Object-OrientedProgramming] - метод программирования, основанный на использовании концепции объекта, абстрагирующего конкретные его реализации в предметной области. При этом данные тесно связываются с выполняемыми над объектами процедурами. Например, круг на экране монитора может рассматриваться как объект, данные о котором характеризуют положение (координаты) центра, величину радиуса, толщину и цвет линии. Процедуры, связанные с этим объектом, — перемещение, изменение размера, стирание и т. д. Объектно-ориентированное программирование разрабатывалось и усовершенствовалось в 1960;1970;х гг. В настоящее время используется в ряде языков программирования высокого уровня (Си++, Java, Смолток, ObjectLisp и др). В начале 90-х гг. была выявлена потребность в выработке единых спецификаций, которые должны позволить программным продуктам различных фирм взаимодействовать друг с другом в общей информационной среде. Решение указанной задачи взяла на себя фирма OMG (США). Выработанная ею идеология «Бизнес-объекта» к 1997 г. получила достаточно широкое распространение при выработке промышленных программных приложений. Основу этой идеологии составляет «Общая архитектура брокера объектных запросов» — COBRA (CommonObjectRequestBrokerArchitecture), центральной частью которой является спецификация на программный продукт (ORB — ObjectRequestBroker), представляющий собой набор доменов или динамических библиотек, обеспечивающих взаимодействие различных программ в распределенной компьютерной среде. Кроме того, фирма OMG разработала спецификации обмена данными между брокерами различных фирм-производителей — GIOP (GeneralInter ORB Protocol), а с той же целью для Internet — HOP (InternetInter ORB Protocol). Поддержкой и развитием бизнес-объектной технологии занимается организованный в рамках OMG специальный комитет — BODTF (BusinessObjectDomainTaskForce). В 1998 г. этим комитетом была выпущена спецификация (BOCA — BusinessObjectComponentArchitecture), регламентирующая построение программных систем из компонент-объектов, созданных на основе технологии CORBA/IIOP. Подробнее см. [407, 423, 434].
• · Параллельное программирование [concurrentprogramming] - разработка программ, обеспечивающих одновременное (параллельное) выполнение операций, связанных с обработкой данных.
• · Процедурное (процедурно-ориентированное) программирование [procedure-orientedprogramming] - метод программирования, в соответствии с которым программы пишутся как перечни последовательно выполняемых команд. При этом используются процедурно-ориентированные языки программирования.
• · Структурное программирование, модульное программирование [structuredprogramming, modularprogramming] - метод написания программ небольшими независимыми частями — модулями, каждый из которых связан с какой-либо процедурой или функцией. При этом результирующая программа организуется в виде совокупности взаимосвязанных по определенным правилам модулей. Это упрощает разработку сложных программных продуктов и их тестирование.
• · Функциональное программирование [functionalprogramming] - метод программирования, основанный на разбиении алгоритма решения задачи на отдельные функциональные модули, а также описании их связей и характера взаимодействия. Для функционального программирования наиболее широко используются языки НОРЕ и ML. Элементы функционального программирования реализуются также другими языками, например Си.
• · Эвристическое программирование [hueristicprogramming] - метод программирования, основанный на моделировании мыслительной деятельности человека. Используется для решения задач, не имеющих строго формализованного алгоритма или связанных с неполнотой исходных данных.

Алгоритм [algorithm] - 1. последовательность действий (операций) и правил их выполнения или команд, предназначенных для решения определенной задачи или группы задач. 2. предписание, определяющее ход вычислительного процесса, связанного с преобразованием данных от некоторого их исходного состояния к требуемому результату. Формальные описания алгоритмов аналогичны представлениям основных частей программ, которые их реализуют, поэтому многое, что относят к описанию конкретных программ, применимо к алгоритму, и наоборот.

Некоторые виды алгоритмов:

Адаптивный алгоритм [adaptivealgorithm] - алгоритм, обладающий свойством настраиваться на условия применения.

Линейный алгоритм [serialalgorithm] - алгоритм, не содержащий ветвей и циклов, все элементы которого выполняются последовательно.

Логический алгоритм [logicalalgorithm] - алгоритм решения логической задачи.

Алгоритм маршрутизации [routingalgorithm] - алгоритм решения задачи определения оптимального пути, по которому будут передаваться данные в коммуникационной сети.

Параллельный алгоритм [parallelalgorithm] - алгоритм, в котором часть или все операции независимы и могут выполняться одновременно (параллельно).

Последовательный алгоритм [sequentialalgorithm] - 1. алгоритм, все действия которого выполняются последовательно. 2. алгоритм обслуживания, реализующий принцип очереди — «первый на входе — первый на выходе» [FIFO — FirstInput — FirstOutput].

Циклический алгоритм [round-robinalgorithm] - алгоритм обслуживания в системах с разделением времени, при котором задача, использовавшая выделенный ей ресурс времени центрального процессора, прерывается и помещается в конец очереди.

Программа [program, routine] - 1. последовательность операций, в том числе нескольких параллельных, выполняемых ЭВМ для достижения поставленной цели или задачи. 2. описание на языке программирования или в машинном коде действий, которые должна выполнить ЭВМ в соответствии с алгоритмом решения конкретной задачи или группы задач (синоним — машинная программа). 3. упорядоченная последовательность команд, подлежащих обработке.

Некоторые понятия, связанные с термином «программа».

Машинная программа [computer (machine) program] - программа, написанная на машинном языке (в машинном коде).

Структура программы [programstructure] - общая схема построения программы, рассматривающая ее составные компоненты (программные блоки) и взаимосвязи между ними.

Спецификация программы, программная спецификация [programspecification] - точная и полная формулировка определенной задачи или группы задач, содержащая сведения, необходимые для построения ее алгоритма (программы) или решения. Содержит описание результата, который должен быть достигнут с помощью конкретной программы, а также того, что для достижения этого результата программа должна делать без упоминания, как достигнут указанный результат.

Верификация программы [programverification] - 1. установление любым корректным методом факта соответствия программы заданным целям ее создания или приобретения — установление правильности программы. 2. формализованный контроль или проверка работоспособности программы.

Отладка программы [debugging] - обнаружение, локализация и устранение ошибок в компьютерной программе.

Отладчик [debugger] - программа, предназначенная для анализа поведения другой программы, обеспечивающая ее трассировку (отслеживание и распечатку выполняемых программой команд, изменений переменных или данных о других событиях, связанных с выполнением программы), останов в указанных точках или, при выполнении указанных условий, просмотр и изменение ячеек памяти, регистров процессора и команд программы.

Трассировка [trace] - метод проверки правильности функционирования программ при их выполнении путем отображения изменений всех значений переменных. Этим достигается сокращение поиска ошибочных команд, из-за которых переменные принимают неверные значения. Трассировка выполняется при помощи ввода в проверяемую программу специальных команд или с использованием специальных сервисных программ.

Тестирование программы [programtesting] - проверка программы в рабочих условиях с некоторым специально созданным (тестовым) массивом данных в целях определения ее работоспособности в соответствии с заданными критериями оценки.

Испытания программы [programverificationandvalidation] - всесторонняя (по формализованным признакам — «Verification» и общей субъективной оценке — «Validation») проверка и тестирование программы при сдаче ее в эксплуатацию или аттестации.

Подпрограмма [subroutine] - небольшая часть программы, связанная с реализацией какой-либо повторяющейся функции, процедуры или операции и вызываемая для выполнения из разных мест программы.

В зависимости от того, являются ли подпрограммы частью разработки использующей их программы или заимствуются из других программ, они подразделяются на внутренние подпрограммы [internalsubroutines] и внешние подпрограммы [externalsubroutines]. В качестве последних могут использоваться и так называемые стандартные подпрограммы или программы [standardsubroutines, standardprograms] - программы, помещенные в библиотеку программ.

Программное обеспечение, ПО [software] - совокупность программных средств, управляющих работой ЭВМ и / или автоматизированной системы, а также документация, необходимая для эксплуатации этих средств. Различают общее и прикладное (специальное) программное обеспечение.

Программная документация [programdocumentation] - комплект документов, содержащих полное описание программы и необходимый состав сведений для ее распространения (в том числе продажи) и использования.