Структурное программирование

XXII. Основные технологии программирования Модульное программирование

Модульное программирование - метод разработки программ, предполагающий разбиение программы на независимые модули. Разделение большой программы на модули облегчает ее разработку, отладку и сопровождение. Считается, что оптимальный по размерам модуль целиком помещается на экране дисплея.
Заглушка

Структурное программирование - методология и технология разработки программных комплексов, основанная на принципах:
- программирования "сверху-вниз";
- модульного программирования.

При этом логика алгоритма и программы должны использовать три основные структуры: последовательное выполнение, ветвление и повторение.

XXIII. Основные принципы структурного программирования
(программирование без GO TO)

Алгоритм задачи представляется только как композиция трёх базовых типов алгоритмов: линейных, ветвлений и циклов. Эти конструкции могут быть соединены или вложены друг в друга произвольным образом, но никаких других способов управления последовательностью выполнения операций не используется.

В алгоритме задачи выделяются модули. Модуль – это либо логически законченный фрагмент общей задачи, либо часто повторяющийся блок расчётов.

Каждый модуль оформляется по определённым правилам в виде подпрограммы, и в текст основного алгоритма вместо него вставляется короткая инструкция вызова подпрограммы. Когда выполнение программы доходит до этой инструкции, выполняется фрагмент, заложенный в подпрограмму, после чего управление передаётся на команду, следующую за инструкцией вызова подпрограммы.

Различают подпрограммы функции (используется как операнд в выражениях) и процедуры (используется как оператор). Общий вид подпрограммы:

Заголовок: Имя и Формальные параметры
Тело подпрограммы
Признак окончания подпрограммы

В инструкции по вызову указывается имя подпрограммы и фактические параметры, то есть значения формальных параметров, с которыми следует выполнить тело подпрограммы в данном месте.

Пример. Дан массив целых чисел {Ai},i=1, 2, ..., 15. Программа вычисляет произведение сумм некоторых элементов массива А. Так как операции, которые следует выполнить для суммирования, не зависят от конкретных значений используемых чисел, алгоритм суммирования оформлен в виде подпрограммы. Поскольку каждая из сумм, которые входят в конечное произведение, не представляет интереса сама по себе, подпрограмма оформлена по типу подпрограммы-функции.

Функция СУММА(I1,I2)

начало: S=0

начало цикла для I=I1 до I2

S=S+A(i)

конец цикла

СУММА=S

конец функции

начало программы

писать("введите значения массива А")

начало цикла для j=1 до 15

читать А(j)

конец цикла

читать G,W,T,L

Р:= СУММА(G,W)*СУММА(T,L)

писать ("произведение равно",Р:6)

конец программы

В программу введены константы: G=1; W=12;T=8;L=15. Это – фактические параметры, которые надо использовать вместо формальных параметров I1 и I2 при вычислении значения Р. В результате переменная Р примет значение произведения сумм элементов с 1 по 12 и с 8 по 15 из массива А.

Разработка программы идёт пошагово, методом сверху-вниз. Сначала пишется текст основной программы, в которой вместо фрагментов, выделенных в подпрограммы, ставят «заглушки». Это подпрограммы, в которых вместо реально нужных операторов ставят сигнальные печати или ввод данных, которые должна была бы сосчитать эта подпрограмма. Таким образом проверяют и отлаживают основной алгоритм. Затем подпрограммы-заглушки по очереди заменяют на нужные подпрограммы, отлаживают и тестируют их. Такая технология облегчает создание программы, уменьшает количество ошибок и облегчает нахождение допущенных ошибок.

Альтернативный способ – метод снизу-вверх: сначала пишут и отлаживают все подпрограммы, потом с их помощью строят, как из кубиков, основную программу.

Основные языки программирования, использующие структурную технологию:

– Ада, Си – языки общего назначения;

– Бейсик (до Visual Basic);

– КОБОЛ – для экономических задач (много операторов, облегчающих манипуляции с файлами);

– Фортран, Паскаль, ПЛ/1 – для вычислительных задач (удобные средства для записи формул).

XXIV. Основные принципы объектно-ориентированного программирования
Объектно-ориентированное программирование (ООП) применяют при программировании разных манипуляций над объектами (программы управления размерами и положением окон Windows, листами книги Excel, файлами и т. п.).

Основные принципы составления алгоритма решения таких задач:

– Моделируемая система состоит из объектов. Объекты могут быть вложены друг в друга (объект лист Excel – это часть объекта книга Excel).

– Объекты каким-то образом взаимодействуют между собой.

– Каждый объект характеризуется своим состоянием и поведением. Состояние объекта задаётся значением некоторых его свойств (объекты типа «книга Excel» имеют свойства имя, размер, открыта/закрыта и т. п.). Действия, которые можно выполнять над объектом или которые он сам может выполнять, называются методами (объект типа «книга Excel» можно открыть, закрыть, переименовать, перенести в другую папку и т. п.). После каждого действия изменяются какие-то свойства объекта.

Основные термины и понятия:

Класс объектов – шаблон, определяющий основные свойства, методы и события группы объектов, объединяемых в класс.

События – ситуации, в которых надо программировать какой-то отклик объекта (что делать, когда над гиперссылкой или кнопкой расположен курсор, или щёлкает курсор, или происходит двойной щелчок).

Наследование – порождает иерархию объектов. В основном классе (родителе) можно выделять подклассы. Они состоят из объектов, входящих в класс родителя и обладают наряду со всеми его характеристиками дополнительной группой свойств, которых у других объектов класса-родителя нет. Пример: класс-родитель – окно Windows, подклассы – диалоговые окна, окна документов, окна папок. Подклассы окон документов – окна документов Word, окна документов Excel, окна документов Power Point и т. п.

Определение наследования в Интернет-тестах: свойство ООП, которое может быть смоделировано с помощью таксонометрической классификационной схемы (иерархии).

Инкапсуляция – сокрытие деталей программ, создающих и манипулирующих объектами. Создание объектов, манипулирование ими оформляется в виде подпрограмм. Программист указывает в своей программе только то, что и с каким объектом нужно сделать или какой результат нужно получить. То есть объекты рассматриваются как «чёрные ящики». Такой способ упрощает разработку программы и её модификацию.

Полиморфизм –.одно и то же имя может обозначать в разных подклассах одного класса разные методы для выполнения одного и того же типа действий (трансформация объекта: для подкласса овал – один метод (программа), для подкласса прямоугольник – другой.

По другому. Использование одного имени для задания общих для класса действий, что означает способность объектов выбирать внутренний метод, исходя из типа данных.

По другому. Возможность использования разных функций с одним и тем же именем в разных классах.

Основные языки ООП:

– С++ – для системного программирования;

– Java, JavaScript, PHP, Perl – для разработки сценариев в динамических Veb-страницах;

– Simula – первый язык, построенный по принципам ООП;

– Delphi (Object Pascal) – удобен для программирования баз данных.

XXV.Этапы решения задач на компьютере
Постановка задачи:

– сбор информации о задаче;

– описание исходных данных и конечных целей;

– определение формы выдачи результатов.

1. Анализ и исследование модели задачи:

– анализ существующих аналогов;

– анализ технических и программных средств;

– разработка мат. модели;

– разработка структур данных.

2. Разработка алгоритма:

– выбор метода проектирования алгоритма;

– выбор формы записи алгоритма (блок-схема, псевдокод и т.п.);

– выбор тестов и метода тестирования;

– проектирование алгоритма.

3. Программирование:

– выбор языка программирования;

– уточнение способа организации данных;

– запись алгоритма на выбранном языке.

4. Отладка и тестирование:

– синтаксическая отладка: исправление ошибок в форме записи конструкций;

– отладка семантики и логической структуры (семантика – система правил истолкования отдельных конструкций языка): проверка правильности организации, например, циклов, ветвлений и т. п., соответствия типов переменных в выражениях, логическая структура – правильная последовательность обработки данных;

– тестовые расчёты и анализ результатов тестирования;

– совершенствование программы.

5. Деятельность, направленная на исправление ошибок в программной системе, называется отладкой .Тестирование – прогон отлаженной программы на эталонных вариантах исходных данных, для которых заранее известны результаты.

6. Анализ результатов тестирования и, если нужно, уточнение модели и повторение п.п. 2–5.

7. Сопровождение программы: составление документации по мат. модели, алгоритму, программе, набору тестов, использованию готовой программы и т. п.

? Интегрированная система программирования включает среди прочих компоненты:

:#5 текстовый редактор – для создания исходного текста программы;

#5 компилятор и #5интерпретатор – для перевода исходного текста программы в машинный код.

? Система программирования представляет программисту возможность:#5 автоматической сборки разработанных модулей в единый проект

? В состав средств программирования на языках высокого уровня входят:

#5 трансляторы,#5интерпретаторы.

? Интерпретатор: #5 воспринимает исходную программу на исходном языке и выполняет её построчно, не создавая исполняемого модуля.

Исполняемый файл создаётся из исходного текста программы компилятором и предполагает выполнение следующих процессов:

а) компиляция

б) компоновка

? Ошибка в форме записи программы приводит к сообщению о синтаксической ошибке:

? На этапе отладки программы:#5 проверяется корректность работы программы.

На этапе тестирования проверяется правильность составления алгоритма и выделения существенных закономерностей в моделируемой системе.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

РАЗДЕЛ 8.
ЛОКАЛЬНЫЕ И ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ ЭВМ.
МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

XXVI. Компоненты вычислительных сетей
Компьютерная сеть – это два или больше компьютеров, связанных каналами передачи информации.

Виды каналов передачи информации:

– специальные кабели (коаксиальный кабель, витая пара – телефонный кабель, оптоволоконный кабель – самая надёжная и быстрая связь);

– электромагнитные волны на разных частотах (спутниковая связь, подключение ноутбуков, мобильных телефонов);

Важнейшая характеристика канала – скорость передачи информации. В ЛВС обычно от 10 до 100 Мбит/сек., в крупных сетях – **__________ (чем короче кодировка символов, тем больше скорость передачи информации)

Цель создания сетей – обеспечение совместного доступа к сетевым ресурсам.

Для создания сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) и специальное программное обеспечение (сетевые программные средства).

Виды сетевых ресурсов:

– аппаратные (общий принтер, общий жёсткий диск для хранения программ и данных отдельных пользователей);

– программные (для выполнения сложных и длительных расчётов можно подключиться к мощной ЭВМ, послать на неё задание на расчёты и исходные данные, и, по окончании расчётов просто получить готовые результаты: аналог химчистки или прачечной);

– информационные (всевозможные справочные данные, архивы научных работ, книг и т.п.).

XXVII. Классификация вычислительных сетей

Виды сетей по географическому признаку и размерам:

Локальная (ЛВС или LAN) – сеть предприятия или учреждения, в которой рабочие станции распределены на расстоянии не более 300-500 м.

Региональные и Корпоративные (MAN) – объединяют компьютеры большого региона или филиалы учреждений, разбросанные в пределах города, большого географического региона, страны.

Глобальные (WAN) – объединяют всех абонентов (LAN и MAN) вне зависимости от места их расположения (страны, континента, всей земли – Интернет).

По возможностям передачи сигналов:

– узкополосные: канал связи может передавать только один сигнал в любой момент времени (?телефонная линия);

– широкополосные: одновременно можно передавать несколько сигналов, используя для каждого свою частоту передачи (кабельное телевидение).

Виды сетей по способу соединения компьютеров (Топология сети – это логический и физический способ соединения компьютеров.) см. далее.

XXVIII. Программное обеспечение вычислительных сетей
Сетевые протоколы – это наборы правил для обмена информацией в сети и разработки сетевого оборудования. Более подробно их можно определить как стандарты, которые определяют формы представления и способы пересылки разных типов сообщений между компьютерами, а также правила совместной работы различного оборудования в сетях, необходимые при создании этого оборудования.

Совокупность протоколов, которые используют компьютеры при работе в сети, обозначается термином стек. Традиционно стек делится на 7 уровней, функции которых определяются эталонной моделью взаимодействия открытых систем (сетевая модель OSI – Open System Interconnection):

– Прикладной уровень (7): совокупность правил для разработки программ-приложений, которые делают запросы к ресурсам, расположенным в сети. В него входит регламентация всех работ, которые связаны с запуском программ пользователя и их выполнением. Примеры протоколов этого уровня: HTTP, SMTP, FTP, DNS, РОР3 ( с помощью этих программ пользователь делает запрос на использование каких- то сетевых ресурсов).

– Представительский уровень (6): определяет синтаксис данных, т.е. коды и форматы данных, посылаемых в сеть. Каждая прикладная программа, каждая операционная система имеет свой способ кодировки своих данных и команд. На этом уровне устанавливаются стандартные способы кодировки для информации, которая выходит из локальной сети (аппаратное обеспечение – шлюзы). Примеры протоколов: Х.226

– Сеансовый уровень (5): осуществляет установку и поддержку сеанса связи между двумя абонентами. Определяются средства, необходимые для синхронизации и управления обменом данных между сетевыми объектами. Примеры протоколов: NetBEUT, RPC, X.225

– Транспортный уровень (4): интерфейс между процессами и сетью, т.е. устанавливает логические каналы между процессами и обеспечивает передачу информационных пакетов, сформированных по правилам сетевого уровня. Примеры протоколов: TCP (Transmission Control Protocol), UDP, NSP, X.224

– Сетевой уровень (3): Отвечает за маршрутизацию пакетов и связь между разными сетями. т.е. устанавливает логические каналы между объектами для реализации протоколов транспортного уровня. Примеры протоколов: IP (Internet Protocol), IPX,IDN,X.25

– Канальный уровень (2): передача информации по логическому каналу, установленному между двумя ЭВМ, соединёнными физическим каналом. На этом уровне обнаруживаются ошибки передачи пакетов, реализуется алгоритм восстановления информации в случае обнаружения сбоев или потери данных. Детализируются способы осуществления непосредственной связи объектов сетевого уровня. Примеры протоколов: LAP-B, SNAP, HDLC

– Физический уровень (1): процедуры управления аппаратурой передачи данных и подключённым к ней каналам связи. Примеры протоколов: Ethernet,Arcnet, Token Ring,

Основной протокол, под управлением которого работает Интернет, – это TCP/IP (Другая редакция: основой построения и функционирования сети Интернет является семейство протоколов ТСР/IP)