Реализация на языке программирования

Составление программы на языке программирования представляет собой сложный многоступенчатый процесс. Начинается эта работа с этапа редактирования текста программы.

1. Редактирование текста программы

-Текстовый редактор

Результат работы - текстовый файлЮ он называется исходный модуль.

Расширения; bas

pas

cpp

c

Далее трансляторами переводятся на машинный язык (в коды). Способы; интерпретация, компеляция.

для реализации методом Интерпретация используется системная программа: интерпретатор., компеляции - компилятор.

Интерпретация - процесс,, при котором перевод на машинный язык сопровождается исполнением программ.

Используется для обработки сравнительнон небольших программ.

Интерпретатор берет прогрмму, оператор за оператором, анализирует структуру, ошибки, и исполняет. Каждый оператор выполняется как только будет выполнен предыдущий оператор. результат работы; сообщения об ошибках и результат работы программы..

Другой способ трансляции, более эффективный - способ компиляции; специальная системная программа - компилятор осуществляет синтаксический контроль, анализ текста программы и переводит программу в машинные коды. Текст программмы целиком переводится в машинный код, в отличие от интерпретатора.

2. Компиляция (выполняется компилятором)

Процесс состоит из 2 частей; процедуры анализа и процедуры синтеза

В результате анализа компилятор проверяет текст программы на наличие в нем синтаксических ошибок, выдавая диагностические сообщения о результатах.

На втором этапе компилятор создает программу в машинных кодах

Объектный модуль - программа переведенная на машинный язык. Существует в виде файла с расширением .obj.

3. Компоновка

Осуществляется компановщиком (редактором связей).

Суть состоит в том, что к программе нужно подключить еще другие объектные модули, связанные с выполнением различных системных процедур.

Компановщик собирает все объектные модули. Результатом работы компановщика является загрузочный модуль - файл с расширением .exe.

Этот файл может исполнятся в среде операционной системы независимо от того, в какой среде он был создан.

Общий вывод:

В обработке принимают участие разные системные программы.

Интегрированная система программирования предназначена для ускоренной обработки программ

turbopascal, turbo C

Включают в себя: тектовый редактор, компилятор, компановщик, библиотеки функции, отладчик.

4. Отладка программы

Устранение ошибок. Необходимый этап, поскольку существует вероятность допустить ошибку при наборе текста программы. Наличие ошибок - нормальная ситуация. Типичные ошибки: синтакссические ошибки, выявляются на стадии трансляции (компилятор, транслятор "знает" о конструкциях, используемых в программе и выдает диагностические сообщения об этих ошибках. Переводит на шаг раньше и предлагает устранить ошибки.)Компилятор реагирует не на ошибку, а на её следствие.

Если синтаксические ошибки устранены, система пропустит на этап компановки. Есть такие ошибки, контроль которых невозможен, или затруднен. С точки зрения синтаксиса все корректно, но смысл искажен.

Например: неправильно употребление названия функции, компановщик не может понять, где взять эту функцию -> система программирование возвращает к редактору, чтобы устранить ошики в тексте программы.

Эффективность отладки зависит от возможности среды, в которой ведется работа с программой. В интегрированных средах более результативно.

5. Тестирование программы

Процесс исследования программы с целью получить информацию о качестве программного продукта.

Различают:

1) Альфа-тестирование - тестирование готового программного продукта на специально созданных задачах.

2) Бета-тестирование - опробование бесплатной версии готового програмного продукта на реальных задачах.

Различают:

1) Тестирование белого ящика - тестировщик имеет доступ к кодам программы

2) Тестирование черного ящика - тестировщик оказывается в роли пользователя и имеет возможность тестировать программу, используя имитацию работы пользователя с тестируемым програмным продуктом.

Речь идет о способах, с помощью которых тестировщик осуществляет тестирование программного продукта.

6. Анализ результатов работы программы

При условии, что модель отражает статические и динамические свойства, самой крупной проблемой является адекватность моделируемой предметной области.

Результаты всегда нужно анализировать, и не исключено, что в программе могли быть допущены такие принципиальные ошибки, которые при исполнении программы выдают некорректные результаты.

Результаты необходимо сравнивать с теоретическими прогнозами, результатами экспериментов и др.

Программа может быть неадекватна моделируемой предметной области, всю работу придется начинать с самого начала.

Если результат адекватен, то - новые знания об окружающем мире, востребованные целевой аудиторией. Вклад в национальные информационные ресурсы.

Принципы организации современного компьютера на примере ibm-pc.

Понятие аппаратурного и програмного обеспечения.

Современный компьютер правильнее назвать вычислительной систеемой из-за сложности оборудования, мнногообразия кофигурации, территориального рассредоточения оборудования и др.

В составе вычислительной системы принято выделять 2 подсистемы:

1) Аппаратное обеспечение (hardware) - комплекс технических устройств, с помощью которых на физическом уровне реализуются информационные процессы - формирование, хранение, передача, преобразование, извлечение.

2) Програмное обеспечение.(softwawre) - комплекс прикладных и системных прогрмм, взаимодействующих друг с другом и с аппаратурой. Предназначено для:

1) обеспечения эффективного использования ресурсов компьютера

2) обеспечения наиболее полного удовлетворения потребностей пользователей в информации.

Играет роль среды сопряжения, согласования интересов пользователя и возможностей аппаратуры.

Принципы функционирования компьютера

Компьютеры появились в 40е годы. принципы классического компьютера сформулированны Фон Нейманом:

1) Принцип использования двоичный системы счисления для представления данных и команд

2) Принцип программного управления - программа состоит из набора команд, которые выполняются друг за другом в определенной последовательности.

3) Принцип однородности памяти - программа и данные хранятся в одной и той же памяти. кодируются в одной и той же системе счисления.

4) Принцип адресуемости памяти - структурно основная память компьютера состоит из пронумерованных ячеек ( каждая ячейка имеет свой адрес) и процессору все ячейки доступны в любой момент времени.

Исходя из этих принципов, компьютер можно определить как устройство которое обрабатывает данные в соответствие с хранимой в памяти программой.

Программа в традиционной машине фон Неймана выполняется последовательно по принципу: один поток команд-один поток данных.

Внешние устройства <=>

Память

(прямо)-----поток команд------ (обратно) -----поток данных------

Процессор

Два основных компоненты - процессор и память, их взаимодействие определяет суть процессов компьютера. Через внешние устройства компьютер взаимодействует с внешней средой.

В разных вычислительных системах структура реализуется по-разному.

На примере ibm pc:

в основе организации структуры лежат слежующие принципы:

1) Магистрально-модульный принцип структуры

2) Принцип открытой архитектуры

3) Принцип преемственности аппаратного и програмного обеспечения

Принцип модульности означает, что любые компоненты компьютера, устройства, узлы, детали - т.е. модули, обладают функциональной, конструктивной и электрической завершенностью, т.е. они способны самостоятельно или в совокупности с другими модулями решать предоставленные задачи.

Модулями верхнего уровня являются: центральный процессор, оперативная память, внешние устройства.

Конструктивно модули выполнены в виде отдельных блоков: системного блока, монитора, клавиатуры, принтера, мыши и т.д.

Основным компонентом является системный блок. В нем располагаются основные узлы компьютера: электронные схемы, микропроцессор, опретивная память, контроллеры устройств, блок питания, накопители на магнитных дисках. Через специальные разъемы возможно подключение внешних устройств.

Основная микросхема компьютера - материнская плата.

На плате размещаются слоты расширения - разъемы для подключения дополнительных устройств: процессор, оперативная память, контроллеры устройств.

Влияет на общую производительность компьютера.

Центральный процессор - основной элемент, размещаемый на материнской плате. Выполняется по технологии сверхбольших интегральных схем. Характеристики:

1) Степень интеграции - кол-во активных элементов на единицу площади. Высокая плотность

2) Разрядность обрабатываемых данных

3) Тактовая частота - частота, с которой процессор выполняет те, или иные операции

Микропроцессор - полупроводниковое устройство, в виде одной или нескольких сверхбольших интегральных схем. Структурно можно выделить 3 области блока:

1) Арифметикологическое устройство - все арифметические и логических операции

2) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ - исполнение команд микропроцессора

3 блок регистров - сверхоперативная память компьютера. Данные объектов сиюминутной обработки. Включает: регистр команд, общего назначения и др.

Центральный процессор

RISC-архитектура reduce instruction set computer – перераспределение рабочего пространства микропроцессора в пользу арифметикологического устройства за счет сокращенного набора команд. Удается упростить управление.

Сопроцессор

Предназначен для выполнения арифметических операций с плавающей запятой, т.е. для обработки данных в виде вещественных дробных чисел.

Использование сопроцесора повышает производительность на 80%.

Устройства памяти

В виде микросхем

ROM BIOS (read only memory) или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство).

Реализуется в виде микросхем, отличительная особенность ПЗУ-памяти – энергонезависимость

Функции:

1. Хранение программ для проверки работоспособности оборудования

2. Загрузка ОС

3. Выполнение базовых функций по обслуживанию устройств компьютера

4. Настройки конфигураций ПК

Оперативная память

Реализуется в виде микросхем (модулей) на материнской плате.

RAM (randomly access memory) (память с произвольным доступом) – оперативное запоминающее устройство.

Особенности:

1. Высокая скорость обмена данными, считывания данных (наносекунды)

2. Энергозависимость, при отключении компьютера оперативная память освобождается.

Различают:

Статическая оперативная память

Динамическая оперативная память – менее скоростная, менее эффективная

Важные характеристики: объем ОЗУ и время доступа к элементам памяти

В настоящее время объем доходит до 1Гб

Доступ характеризует интервал времени, в течение которого информация записывается в память или считывается с неё.

Память имеет многоуровневую структуру

Основная память предназначена для хранения данных сиюминутной обработки.

Для сверхбыстрого доступа микропроцессора к ячейкам оперативной памяти имеется КЭШ-память (сверхоперативная память) – синоним буферная память.

КЭШ-память хранит те участки оперативной памяти, которые наиболее часто используется во взаимодействии ЦП и ОЗУ.

КЭШ 2 уровня – оперативная память оптимизирующая взаимодействие процессора с основной памятью (около 512 Кб)

Со стороны МП в составе его микросхем есть КЭШ 1 уровня – те же цели (32 Кб)

Интоксикация обмена между внешними запоминающими устройствами и ОЗУ загружаются в оперативную память также с помощью КЭШ-памяти.

Контроллеры – класс модулей ПК, через коротые осуществляется связь внешних устройств с ЦП и ОЗУ.

Для работы ПК необходим обмен данными между ОЗУ и внешними устройствами – такой обмен называется ввод-вывод. Не может происходить непосредственно между устройствами и ОЗУ. Для этого обмена имеются 2 промежуточных звена:

1. Для каждого внешнего устройства имеется адаптер и контроллер – схемы, которая управляет внешними устройствами

Контроллер управляет, а адаптер согласовывает интерфейсы.

2. Системная шина – магистраль, связывающая контроллеры и адаптеры с ПК.

Один из контроллеров – контроль ввода-вывода, управляющий контролем портов – речь идет о схемах сопряжения ПК с внешними устройствами.

Порты: параллельные и последовательные (с последовательным доступом)

Обычно расположены на задней панели системного блока.

Параллельные порты выполняют ввод-вывод с большей скоростью. Принцип параллельной передачи предполагает передачу нескольких бит информации параллельно. Например, принтеры.

При последовательной передаче биты передаются один за другим. К последовательным портам подключаются нескоростные устройства – модем, мышь.