Этапы решения задач на компьютере

Классификация и обзор языков программирования

Системы программирования

Компиляторы и интерпретаторы

Основу каждой системы программирования составляет транслятор. Это программа, переводящая текст на языке программирования в форму, пригодную для исполнения (на другой язык). Такой формой обычно являются машинные команды, которые могут непосредственно исполняться компьютером. Различают несколько видов трансляторов: компиляторы, интерпретаторы, конверторы.

Компилятор, обрабатывая исходную программу, создает эквивалентную программу на машинном языке, которая называется также объектной программой, или объектным кодом.

Интерпретатор, распознавая, как и компилятор, исходную программу, не формирует машинный код в явном виде. Для каждой операции, которая может потребоваться при исполнении исходной программы, в программе-интерпретаторе заранее заготовлена машинная команда или команды. «Узнав» очередную операцию в исходной программе, интерпретатор выполняет соответствующие команды, потом – следующие, и так всю программу. Интерпретатор – это переводчик и исполнитель исходной программы.

Конвертор – транслятор, переводящий программу не в машинный код, а на другой язык программирования.

Процесс создания программы включает:

• Составление исходного кода программы на языке про­граммирования.

• Этап трансляции, необходимый для создания объектного кода программы.

• Построение загрузочного модуля, готового к исполнению.

Все перечисленные выше действия требуют наличия специальных программных средств. Совокупность этих программных средств входит в состав системы программирования:

• Текстовый редактор (необходимый для создания и редактирова­ния исходного кода программы на языке программирования).

• Компилятор.

• Редактор связей.

• Отладчик.

• Библиотеки функций.

• Справочная система.

Современное состояние языков программирования можно представить в виде следующей классификации (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Классификация языков программирования

Процедурное программирование есть отражение фон Неймановской архитектуры компьютера. Программа, написанная на этом языке, представ­ляет собой последовательность команд, определяющих алгоритм решения задачи. Основной командой является команда присвоения, предназначенная для определения и изменения содержимого памяти компьютера. Фундаментальная идея процедурного программирования – использование памяти компьютера для хранения данных. Функционирование программы сводится к последовательному вы­полнению команд с целью преобразования исходного состояния памяти, т.е. программа производит пошаговое преобразование содержимого памяти, изменяя его от исходного состояния к результирующему. Примеры таких языков: Фортран, Кобол, Алгол, BASIC, Паскаль (Pascal), АДА, С (Си).

Суть функционального программирования определяется как «способ составления программ, в которых единственным действием является вызов функции, единственным способом расчленения программы на части является введение имени функции, а единственным правилом композиции – оператор суперпозиции функций. Никаких ячеек памяти, ни операторов присваивания, ни циклов, ни, тем более, блок-схем, ни передачи управления». Первым таким языком стал Лисп

Концепция логического программирования базируется на поня­тии отношение. Логическая программа – это совокупность аксиом и правил, определяющих отношения между объектами и целью. Пролог – это язык логического программирования.

Основой объектно-ориентированного программирования (ООП) является понятие объект. Его суть состоит в том, что объект объеди­няет в себе структуры данных и характерные только для него проце­дуры (методы) их обработки. Языками ООП являются: Смолток, С++, Java, Visual Basic, Delphi, С++ Builder, Visual С++, VBA.

Языки программирования баз данных отличаются от алгоритмических языков своим функциональным назначением. При работе с базами данных (БД) наиболее часто выполняются следующие операции: создание, преобразование, удаление таблиц в БД; поиск, отбор, сортировка по запросам пользователя; добавление новых записей или модификация существующих; удаление записей и др. Для обработки больших мас­сивов информации и выборки записей по определенным признакам был создан структурированный язык запросов SQL

Появление и активное развитие компьютерных сетей стало причиной создания многочисленных версий популярных языков программирования, адаптированных для использования в сети. Отличительные особенности, присущие сетевым языкам: они являются интерпретируемыми. Интерпретаторы для них распространяются бесплатно, а сами программы – в исходных текстах. Такие языки получили название скрипт-языков. Например, HTML, Perl, Tcl/Tk, VRML.

Для моделирования существуют специальные языки – языки моделирования. При моделировании систем применяются формальные способы их описания – формальные нотации, с помощью которых можно представить объекты и взаимосвязи между ними в системе. Такие системы называют CASE-системами.

Компьютер предназначен для решения разнообразных задач: научно-технических, инженерных, разработки системного программного обеспечения, обучения, управления производственными процессами и т.д. В процессе подготовки и решения на компьютере научно-технических задач можно выделить следующие этапы:

Постановка задачи – формулируется цель решения задачи, подробно описывается ее содержание; проводится анализ условий, при которых решается поставленная задача, выявляется область определения входных параметров задачи.

Формальное построение модели задачи – предполагает построение модели с характеристиками, адекватными оригиналу, на основе какого-либо его физического или информационного принципа; анализируется характер и сущность величин, используемых в задаче.

Построение математической модели задачи – характеризуется математической формализацией задачи, при которой существующие взаимосвязи между величинами выражаются с помощью математических соотношений. Как правило, математическая модель строится с определенной точностью, допущениями и ограничениями.

Выбор и обоснование метода решения – модель решения задачи реализуется на основе конкретных приемов и методов решения. В большинстве случаев математическое описание задачи трудно перевести на машинный язык. Выбор и использование метода решения позволяет свести решение задачи к конкретному набору машинных команд. При обосновании метода решения рассматриваются вопросы влияния различных факторов и условий на конечный результат, в том числе на точность вычислений, время решения задачи на компьютере, требуемый объем памяти и др.

Построение алгоритма – на данном этапе составляется алгоритм решения задачи, в соответствии с выбранным методом решения. Процесс обработки данных разбивается на отдельные относительно самостоятельные блоки, определяется последовательность выполнения этих блоков.

Составление программы – алгоритм решения переводится на конкретный язык программирования.

Отладка программы – процесс устранения синтаксических и ло­гических ошибок в программе. Иногда данный этап называют тестированием программы.

Решение задачи на компьютере и анализ результатов. Теперь программу можно использовать для решения поставленной задачи. Первоначально выполняется многократное решение задачи на компьютере для различных наборов исходных данных. Получаемые результаты анализируются специалистом, поставившим задачу. Разработанная программа поставляется заказчику в виде готовой к исполнению машинной программы. К ней прилагается документация, включающая инструкцию по эксплуатации.

В задачах другого типа некоторые этапы могут отсутствовать. Например, проектирование программного обеспечения не требует построения математической модели.

Все приведенные этапы тесно связаны между собой. Например, анализ результатов может привести к необходимости внесения изменений в программу, алгоритм, метод решения или даже в постановку задачи.

Дата добавления: 2014-11-29