Для чего нужны системы программирования
Назначение систем программирования
Для удобной разработки программ существуют специальные средства их создания, — системы (среды) программирования, которые обеспечивают весь цикл работы с программой — от ее разработки до выполнения и получения необходимых результатов.
Система программирования — это комплекс программных средств, предназначенных для автоматизации процесса подготовки и выполнения программ пользователя.
Назначение и состав систем программирования
Рассмотрим основные составляющие системы программирования:
Для сознательного понимания назначения составляющих системы программирования опишем этапы процесса разработки программы, связанные с использованием компьютера.
Редактор исходного кода
Вводим текст разработанной программы, которую называют исходным кодом, в компьютер и храним в памяти. Для этого система программирования имеет редактор текста, который обеспечивает ввод и редактирование исходного кода.
Компиляция и интерпретация
После введения программы и исправления ошибок, которые могли произойти во время ввода, осуществляется преобразование программы с языка программирования высокого уровня в двоичный код.
Такое преобразование осуществляется с помощью транслятора программ.
Различают два типа трансляторов: компиляторы и интерпретаторы.
В процессе интерпретации исходных текстов программ каждая команда (инструкция) последовательно превращается в двоичный код и сразу выполняется — на экране высвечивается результат ее выполнения. После завершения одной команды выполняется следующая и так далее до последней команды. Но результат преобразования не сохраняется, и каждый запуск программы начинается сначала.
В процессе компиляции осуществляется преобразование всего текста программного кода в двоичный код. Полученную после компиляции программу называют объектным модулем. Такая программа еще не готова к выполнению.
Исходный код обычно содержит ссылки на другие модули (подпрограммы), которые содержатся в библиотеке подпрограмм (например, модуль вычисления квадратного корня). Таким образом, к программному модуля нужно добавить коды необходимых подпрограмм, чтобы подготовить программу для исполнения.
Компилируемая программы выполняются быстрее интерпретируемых. Режим интерпретации нуждается в дополнительной основной памяти, поскольку интерпретатор должен все время храниться вместе с кодом. Но интерпретация в работе удобнее. Особенно для программистов, которые только начинают работать с системами программирования, так контролируется результат каждой команды.
Компоновка
После компиляции компоновщик (редактор связей) «склеивает» отдельные двоичные модули в единую программу, которая называется исполняемой программой. Этот процесс представлены на схеме:
Для дальнейшего выполнения программного кода, компилятор не нужен. Итак, после компиляции программа представлена двоичными символами 1 и 0 и готова к исполнению на компьютере.
Отладка и тестирование
Полученная программа, даже если она выполняется, не гарантирует, что нет логических ошибок. Она может выполняться, но результат исполнения может быть неправильным. Поэтому нужно провести тестирование (испытания) программы на предмет выявления и устранения в ней логических ошибок.
Тестирование — достаточно ответственный этап. В крупных IT-компаниях над разработкой программ, которые называют проектами, работают десятки и даже сотни программистов разных направлений. Одни из них разрабатывают проекты, другие занимаются тестированием программ, экономическим обоснованием и тому подобное.
На этом этапе применяется отладчик программ, который позволяет пошагово анализировать программу. Отладчик позволяет выполнять трассировку программы, устанавливать и удалять контрольные точки в программах, условия приостановления выполнения программы и тому подобное.
Создание переносимых программ
Описанный выше процесс разработки программ является классическим для процедурных языков программирования. Для программ, разработанных языком ООП, есть отличия. Их сущность заключается в том, что после компиляции создается не машинный, а промежуточный код, так называемый байт-код. С помощью специального программного обеспечения он затем превращается в машинный.
Такой подход обусловлен тем, что в Интернете свободно перемещаются данные и программы (апплеты — небольшие программы, предназначенные для передачи через Интернет и выполнения в браузере, совместимом с языком программирования). Их нужно защитить от вирусов и других вредоносных программ, а также реализовать переносимость программ.
Под переносимостью понимают возможность загрузки и выполнения апплета на компьютерах с любым типом процессора, любой операционной системой и браузером, подключен к Интернету. Именно эти проблемы и позволяет решить байт-код.
Понятно, что использование любого промежуточного кода, в том числе и байт-кода, снижает скорость выполнения программ и требует дополнительных аппаратных средств. Впрочем, эти потери незначительны по сравнению с полученным выигрышем. Если бы ООП-программа сразу компилировалась в машинный код, то для каждого компьютера со своим типом процессора необходимо было бы иметь отдельную версию той самой программы, что экономически крайне невыгодно.
Иногда используются так называемые динамические компиляторы. Их сущность заключается в том, что байт-код компилируется в машинный код не весь сразу, а отдельными фрагментами, по мере необходимости. Другие части кода могут выполняться в режиме интерпретации. Тем самым достигается высокая эффективность работы с кодом.
Примеры систем программирования
Системы (среды) программирования часто именуются по названию языка, например среда Pascal, среда Delphi. Иногда название системы содержит префикс, указывающий на разработчика среды: название системы Turbo-C означает, что ее разработчиком является фирма Borland.
Сегодня все чаще используются интегрированные среды программирования, которые обеспечивают работу с несколькими языками. Такими системами являются, например, IntelliJ IDEA, Eclipse. Вариант Ultimate Edition системы IDEA обеспечивает работу с языками программирования Java, PHP, Python.
Некоторые системы программирования поддерживают как режим интерпретации, так и режим компиляции программ.
Далее, в процессе описания языка программирования Python, мы будем применять среду IDLE.
Конспект по информатике на тему «Системы программирования»
«Управление общеобразовательной организацией:
новые тенденции и современные технологии»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
В настоящее время разработка любого системного и прикладного программного обеспечения осуществляется с помощью систем программирования, в состав которых входят
• трансляторы с языков высокого уровня;
• средства редактирования, компоновки и загрузки программ;
• макроассемблеры (машинно-ориентированные языки);
• отладчики машинных программ.
Системы программирования, как правило, включают в себя
• текстовый редактор ( Edit ), осуществляющий функции записи и редактирования исходного текста программы;
•загрузчик программ ( Load ), позволяющий выбрать из директория нужный текстовый файл программы;
• запускатель программ ( Run ), осуществляющий процесс выполнения программы;
• компилятор ( Compile ), предназначенный для компиляции или интерпретации исходного текста программы в машинный код с диагностикой синтаксических и семантических (логических) ошибок;
• отладчик ( Debug ), выполняющий сервисные функции по отладке и тестированию программы;
• диспетчер файлов ( File ), предоставляющий возможность выполнять операции с файлами:сохранение, поиск, уничтожение и т.п.
Ядро системы программирования составляет язык. Существующие языки программирования можно разделить на две группы: процедурные и непроцедурные, рис. 2.9.
Процедурные (или алгоритмические) программы представляют из себя систему предписаний для решения конкретной задачи. Роль компьютера сводится к механическому выполнению этих предписаний.
Процедурные языки разделяют на языки низкого и высокого уровня.
Языки низкого уровня (машинно-ориентированные) позволяют создавать программы из машинных кодов, обычно в шестнадцатиричной форме. С ними трудно работать, но созданные с их помощью высококвалифицированным программистом программы занимают меньше места в памяти и работают быстрее. С помощью этих языков удобнее разрабатывать системные программы, драйверы (программы для управления устройствами компьютера), некоторые другие виды программ.
Рис. 2.9. Общая классификация языков программирования
Программы на языках высокого уровня близки к естественному (английскому)
языку и представляют набор заданных команд.
Перечислим наиболее известные системы программирования.
Среди непроцедурных языков наиболее известны
2. Пролог ( PROgramming in LOGic );
3. Оккам (назван в честь философа У. Оккама).
2.2. ТРАНСЛЯЦИЯ ПРОГРАММ И СОПУТСТВУЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ
С появления первых компьютеров программисты серьезно задумывались над проблемой кодирования компьютерных программ. Уже с конца 40-х годов стали появляться первые примитивные языки программирования высокого уровня. В них программист записывал решаемую задачу в виде математических формул, а затем, используя специальную таблицу, переводил символ за символом, преобразовывал эти формулы в двухлитерные коды. В дальнейшем специальная программа (впоследствии названная интерпретатором) превращала эти коды в двоичный машинный код. Первый компилятор был разработан Г. Хоппер в начале 50-х годов; он осуществлял функцию объединения команд и в ходе трансляции производил организацию подпрограмм, выделение памяти компьютера, преобразование команд высокого уровня (в то время псевдокодов) в машинные команды. В дальнейшем компиляторы и интерпретаторы для языков Ассемблера стали развиваться и прочно вошли в практику компьютерного дела.
Современная программа представляет набор команд, операторов и выражений, в которых имеются ссылки (прямые или косвенные) на различные подпрограммы из существующих в системе программирования библиотек, модулей, объектов. В этой связи исходный текст программы, как правило, занимает по объему места в памяти в несколько раз меньше, чем его оттранслированный вариант в машинных кодах.
Многие системы программирования дополнительно содержат промежуточные этапы трансляции. В этих системах на первом шаге предусмотрена трансляция исходного текста в макроассемблерный код, а затем в объектный модуль. Это связано с историей развития языков программирования, а также с тем, что многие подпрограммы удобнее писать на языке Ассемблера, и подключать их легче на этапе линко-вания ассемблерного модуля с ассемблерными библиотеками подпрограмм.
В современных системах программирования, например, Турбо-Паскаль, Турбо-Си весь этот сложный процесс трансляции с компоновкой подпрограмм скрыт от пользователя и осуществляется специальными компиляторами.
Коротко об отладчиках. Эти программы входят в современные системы программирования и предоставляют средства для просмотра и изменения значений переменных в ходе отладки программы, поиска ошибок и т.д. Использование отладчиков значительно облегчает процесс доводки больших программ.
Заметим, что описанный процесс трансляции характерен для компиляции. Последовательно реализованный интерпретатор объектного модуля фактически не создает. В этом его и недостаток, и достоинство (экономия машинной памяти). Впрочем, у современных ЭВМ, в том числе и персональных, проблема малого ОЗУ отходит на второй план, и интерпретация встречается все реже, так как эффективность этого процесса в целом значительно ниже.
Остается непонятным, как детально происходит трансляция. Пользователь может не уметь сам вручную оттранслировать программу (даже столь короткую, как вышеприведенная), но элементарное понимание этого сложного процесса необходимо.
Различные фазы компиляции могут быть как последовательными, так и частично перекрывающимися во времени. В зависимости от способа реализации компилятор читает и обрабатывает исходный текст один или несколько раз, называясь соответственно однопроходным, двухпроходным и т.д.
Системы программирования
Что такое система программирования
Система программирования — это система для разработки новых программ на конкретном языке программирования.
Специалисты с помощью сервисных возможностей систем программирования могут разрабатывать собственные компьютерные программы. При этом компьютерная программа состоит из совокупности указаний автоматизированной вычислительной системы, в результате выполнения которой получается требуемый результат.
Наиболее полное определение системы программирования и ее составляющих представлено в документе ГОСТ 19781-90. Согласно ему:
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Система программирования — система, образуемая языком программирования, компиляторами или интерпретаторами программ, представленных на этом языке, соответствующей документацией, а также вспомогательными средствами для подготовки программ к форме, пригодной для выполнения.
Системы программирования позволяют программистам заниматься разработкой компьютерных программ. Данная задача значительно облегчается совершенствованием систем программирования, в которых постоянно расширяются пользовательские возможности, создается удобная среда для работы и оптимизируется процесс разработки программ.
Что входит в состав комплекса, основные компоненты
Система программирования обычно включает в себя следующие компоненты:
Компилятор — это особый вид транслятора, который переводит тексты с языка программирования высокого уровня (с того языка, которым пользуется программист при написании текста программы) на машинный язык (в машинный код, который понятен компьютеру).
Например, если пользователь пишет код на языке высокого уровня, таком как Java, и хочет его выполнить, то ему необходимо использовать специальный компилятор, разработанный для Java. Он занимается сканированием всей программы, транслированием ее в машинный код, который выполняется процессором компьютера, после чего выполняются необходимые задачи.
Интерпретатор — это исполняемый файл, который поэтапно читает программу, а затем обрабатывает, сразу выполняя ее инструкции. Он осуществляет программу поэтапно как часть собственного исполняемого файла.
Каждый раз, когда интерпретатор получает на выполнение код языка высокого уровня, то перед его конвертацией в машинный код, он преобразовывает этот код в промежуточный язык. Части кода последовательно интерпретируются и выполняются отдельно; при нахождении ошибок в составляющих кода процесс интерпретации останавливается.
Основные отличия компилятора от интерпретатора:
Интегрированная среда разработки — это набор инструментов для разработки и отладки программ, имеющий общую интерактивную графическую оболочку, поддерживающую выполнение всех основных функций жизненного цикла разработки программы.
Функции жизненного цикла разработки программы:
Основные компоненты интегрированной среды разработки:
Компоновщик — инструментальная программа, которая производит компоновку («линковку»): принимает на вход один или несколько объектных модулей и собирает из них исполняемый или библиотечный файл-модуль.
В системе программирования компоновщик необходим для связывания объектного и машинного кодов, а также подготовки объектной программы (файла) к работе в конкретной программной среде.
Библиотеки стандартных программ и функций состоят из совокупности подпрограмм, составленных на одном из языков программирования и удовлетворяющих определенным единым требованиям к структуре, организации их входов и выходов, описаниям подпрограмм.
Важным компонентом понятия системы программирования являются отладочные программы.
Отладка — этап разработки компьютерной программы, на котором обнаруживают, локализуют и устраняют ошибки.
Программный модуль отладки позволяет выполнить основные задачи, связанные с мониторингом процесса выполнения результирующей прикладной программы. Отладка позволяет последовательно и пошагово выполнять итоговые программы, просматривать значения объявленных переменных, устанавливать контрольные точки, трассировку для того, чтобы идентифицировать места и виды ошибок в разработке.
Справочная система, входящая в состав системы программирования, предназначена для предоставления пользователю справочной информации по конкретной системе программирования.
Машинно-ориентированные системы программирования
Классификация машинно-ориентированных систем:
Машинно-независимые системы программирования
Машинно-независимые системы программирования — системы, позволяющие описывать алгоритмы решения задач и информацию, подлежащую обработке. Системы часто используются в широких кругах пользователей и не требуют особых знаний организации функционирования ЭВМ.
Виды языков программирования в машинно-независимых системах:
Процедурно-ориентированные являются основными языками описания алгоритмов, которые обеспечивают математические функции многих современных вычислительных машин.
Они включают в себя такие популярные языки как:
Проблемно-ориентированные языки — это формальные языки, предназначенные для описания данных (информации) и алгоритмов их обработки (программ) на вычислительной машине.
Основные проблемно-ориентированные языки:
Объектно-ориентированное программирование основано на методологии представления программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.
Примеры объектно-ориентированных языков:
Примеры систем программирования
Актуальные системы программирования:
Системы программирования. Прикладное программное обеспечение
Урок 15. Информатика 7 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Системы программирования. Прикладное программное обеспечение»
На прошлых уроках мы узнали:
· Программное обеспечение – это все программы, которые предназначены для выполнения на компьютере.
· Программное обеспечение можно разделить на три категории: системное, прикладное и системы программирования.
· К системному программному обеспечению относится операционная система и сервисные программы, которые обеспечивают работу компьютера.
· Прикладное программное обеспечение.
Мы уже знаем, что самые первые компьютеры были нужны для проведения сложных расчётов. Это были громоздкие машины, занимавшие порой целые здания. Как же с их помощью производились вычисления? Чтобы задать такой машине задачу для расчёта её переключатели устанавливались в определённом порядке и подключались провода. Однако количество переключателей не было бесконечным. То есть задачи для расчёта имели ограниченный объём. И использовать такие компьютеры могли считанные единицы людей во всём мире.
Возможно у некоторых из вас возник вопрос, как появилось такое множество самых разных программ для компьютеров? Всё началось с идеи задавать команды процессору, не изменяя электрическую схему самого компьютера. Стало проще задавать целые последовательности команд для выполнения в виде единиц и нулей. Ноль обозначал отсутствие электрического сигнала, а единица – его наличие. Эти последовательности команд процессору и были первыми программами. Процесс создания компьютерных программ и называется программированием. Программисты – это люди, которые создают компьютерные программы, а языки программирования – формальные языки, созданные для записи компьютерных программ.
Самый первый язык программирования назывался Plankalkül (Планкалкюль) – такое сложное немецкое название раскладывается на две простые составляющие: план и калькуляция, то есть – исчисление планов. Планкалкюль был придуман в период 1943–1945 гг. немецким учёным Конрадом Цузе как средство программирования для компьютера Z4. Однако из-за второй мировой войны он так и не был реализован.
До 50-х годов всё ещё использовались машинные коды. Команды машинных кодов для разных процессоров были разными. Для использования таких кодов нужно было хорошо знать устройство компьютера и особенности его процессора. Потому компьютеры всё ещё были недоступны большинству людей.
Вскоре на смену машинным языкам стали приходить языки ассемблера. Они упрощали написание программ для различных процессоров и могли собирать воедино отдельные части программ. Однако для работы с такими языками всё ещё был необходим высокий уровень знаний оборудования компьютера в целом, и понимания особенностей процессоров в частности. Так, как эти языки позволяют полностью использовать возможности конкретных моделей процессоров, в некоторых случаях они используются и сегодня.
В середине 50-х годов был реализован первый язык высокого уровня Fortran (Фортран). Сейчас большинство программ пишется именно на языках высокого уровня. Языки высокого уровня получили такое название, потому что многие команды в них записываются словами естественного разговорного языка, и сам язык имитирует разговорный. Программисту стало гораздо проще понимать и изучать язык программирования. Эти языки не привязаны к конкретным процессорам или другому оборудованию. Одна и та же программа, написанная на них выглядит одинаково для всех моделей компьютеров.
Главная особенность всех языков программирования в том, что они полностью формальны. Все правила в них носят явный характер. Программы, которые на них написаны, можно трактовать только однозначно. Благодаря этому компьютерная программа точно знает, что делать с данными, которые задал пользователь.
Существует несколько тысяч языков программирования. Некоторые языки программирования имеют широкое распространение и их использует большое количество программистов по всему миру. Другие языки используются считанными единицами людей. Все языки программирования имеют свои особенности. Некоторые из них больше подходят для создания программ, которые проводят математические расчёты, другие – для создания веб-страниц, третьи – для работы с базами данных.
Поэтому некоторые профессиональные программисты могут использовать в своей работе около десятка разных языков программирования. В следующем году мы начнём изучать язык программирования Pascal (Паскаль). Он был придуман в 1970 г. Никлаусом Виртом для обучения студентов программированию. Паскаль используется для самых разных целей, в частности хорошо подходит для написания небольших программ, выполняющих математические расчёты.
Программы на языках программирования можно записать на любом материальном носителе, даже на бумаге. Однако для того, чтобы компьютер выполнил программу, её нужно задать. Последовательность команд, из которых состоит программа, записанная на языке программирования – это исходный код программы. Компьютер переводит исходный код программы в машинные коды, проверяет его правильность. Если нужно, он указывает программисту ошибки в программе. Это происходит благодаря системам программирования. Так называется совокупность программ, которая предназначена для разработки программного обеспечения на языке программирования.
Из каких же программ состоят системы программирования? Первая из них – встроенный текстовый редактор. С его помощью программист вводит и изменяет текст программы, пользуясь при этом библиотеками стандартных функций и процедур, которые упрощают этот процесс. Для того, чтобы перевести программу в машинные коды, необходима программа-компилятор или программа-интерпретатор. Компилятор при первом запуске переводит всю программу в машинный код целиком. И при каждом следующем запуске он выполняет уже готовый машинный код. Интерпретатор при каждом новом запуске построчно переводит программу в машинный код и выполняет его. В каждой системе программирования есть программа-отладчик. Она находит ошибки в исходном коде программы и указывает на них программисту.
Мы знаем, что для работы с информацией на компьютере не обязательно знать программирование. Это возможно благодаря самому разному прикладному программному обеспечению или приложениям. Так называются программы, с помощью которых можно обрабатывать информацию не используя программирование. По применению прикладное программное обеспечение можно разделить на два вида. Это приложения общего назначения и приложения специального назначения.
Приложения общего назначения используют практически все пользователи. Они нужны для обработки разных видов информации. Рассмотрим некоторые из них:
· Текстовые редакторы предназначены для создания и обработки текстовой информации. Некоторые из них поставляются в комплекте с операционной системой Windows. Например Блокнот и WordPad. Так же популярны бесплатный текстовый редактор для Windows NotePad++ и кроссплатформенный Vim.
· Графические редакторы нужны для обработки изображений. Они бывают растровые и векторные. Растровые графические редакторы заносят изображение в память компьютера как множество точек. Векторные графические редакторы воспринимают изображение как набор геометрических фигур. Популярные растровые графические редакторы – это платный редактор Adobe Photoshop и бесплатный Gimp. С операционной системой Windows поставляется редактор Paint. Наиболее популярные векторные графические редакторы – это коммерческий CorelDRAW и бесплатный Inkscape.
· Мультимедийные проигрыватели воспроизводят звук, анимацию и видео. В комплекте с операционной системой виндоус поставляется проигрыватель Windows Media. Широко распространён кроссплатформенный бесплатный проигрыватель MPlayer.
Ещё к приложениям общего назначения относятся:
· электронные таблицы, для автоматизации расчётов,
· системы управления базами данных.
С многими приложениями общего назначения вы познакомитесь на уроках информатики в средней и старшей школе.
Разные офисные пакеты содержат различные приложения общего назначения. Как правило это текстовый процессор, редактор электронных таблиц, редактор презентаций, система управления базами данных и многое другое.
Популярные офисные пакеты: коммерческий MicrosoftOffice для Windows и бесплатные кроссплатформенные OpenOffice и LibreOffice.
Приложения специального назначения используют квалифицированные пользователи в разных сферах профессиональной деятельности. К ним относятся:
· Издательские системы. С их помощью создают макеты печатной продукции.
· Бухгалтерские системы для учёта денег в организациях.
· Математические пакеты для выполнения сложных расчётов.
· Различные экспертные системы и справочники для поиска профессиональной информации.
· Системы автоматизированного проектирования для работы с чертежами.
· Программы компьютерного моделирования, которые проводят виртуальные испытания оборудования и сооружений.
· Образовательные приложения и системы автоматического тестирования.
· Языки программирования – это формальные языки, предназначенные для создания компьютерных программ.
· Система программирования – это совокупность программ, предназначенная для разработки программного обеспечения на языке программирования.
· В систему программирования входят: встроенный текстовый редактор, библиотека встроенных функций и процедур, компилятор или интерпретатор и отладчик.
· Приложения (прикладное программное обеспечение) – это программы для обработки информации без использования программирования.
· Приложения общего назначения используются всеми пользователями для обработки различных видов информации.
· Приложения специального назначения используются квалифицированными пользователями в разных сферах профессиональной деятельности.