Letysite.ru

IT Новости с интернет пространства
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Для чего нужны системы программирования

Уроки 54 — 57
Системное программное обеспечение. Системы программирования
§40. Системное программное обеспечение. §41. Системы программирования. §42. Инсталляция программ

Содержание урока

§40. Системное программное обеспечение
§41. Системы программирования

Зачем нужны системы программирования?

§42. Инсталляция программ

§41. Системы программирования

Зачем нужны системы программирования?

Процессор, выполняющий всю обработку данных, понимает только машинные команды (числовые коды). Чаще всего их записывают в шестнадцатеричном коде, например, так:

В82301052500

Чтобы понять, что делает этот код, нужно взять таблицу команд процессора и посмотреть, что означает каждая пара шестнадцатеричных цифр (байт).

Программы для первых компьютеров составляли именно в машинных кодах. Программирование было доступно только специалистам, отладка программы занимала очень много времени.

Человек плохо воспринимает коды, поэтому в дальнейшем для каждой машинной команды придумали символические обозначения. Например, приведённая выше программа — это две машинные команды для процессоров фирмы Intel, их можно записать так:

MOV AX,0123h

ADD AX,25h

Здесь АХ — это имя регистра (ячейки памяти) процессора, команда MOV записывает в регистр новое значение, а команда ADD добавляет число к содержимому ячейки. Буква «h» после числа означает, что оно записано в шестнадцатеричной системе счисления.

Вспомним, что процессор может выполнить только программу, написанную в машинных кодах. Поэтому возникает задача: перевести программу с такого языка в машинные коды. Для этого используют программы-ассебмлеры (англ, assembler — рабочий — сборщик), а сам язык называется языком ассемблера. Этот язык машинно-ориентированный, потому что он определяется набором команд конкретного процессора (ориентирован на машину).

Очевидно, что программировать на языке ассемблера тоже не очень удобно — нужно хорошо знать команды процессора, организацию памяти и т. п. Кроме того, каждый процессор имеет свою систему команд и свой язык ассемблера. Это значит, что программы на языке ассемблера непереносимы — программа, написанная для одного процессора, не будет работать на другом.

Людям хочется (в идеале) разговаривать с компьютером на естественном языке, не думая о том, какой процессор в нём установлен. К сожалению, пока это невозможно. Сейчас для программирования чаще всего используют компромиссный вариант — языки программирования высокого уровня, или алгоритмические языки. Это формальные языки, созданные специально для разработки программ. Команды строятся из слов естественного (чаще всего, английского) языка, каждая команда воспринимается однозначно в соответствии с установленными правилами.

Для перевода программы, написанной на языке высокого уровня, в машинные коды, применяют специальные программы — трансляторы (англ, translator — переводчик). Кроме трансляторов в системы программирования входят и другие программы, о которых будет рассказано далее.

Системы программирования — это программные средства для создания и отладки новых программ.

Следующая страница Языки программирования

Cкачать материалы урока

Системы программирования

Неотъемлемой частью современных ЭВМ являются системы программного обеспечения, которые являются средствами, расширяющими возможности аппаратуры и сферу ее использования. Эти системы являются посредником между человеком и вычислительной машиной, автоматизируют выполнение определенных функций в соответствии с профилем специалистов и режимами их взаимодействия с ЭВМ. Программное обеспечение повышает эффективность труда пользователя. Программное обеспечение подразделяют на общее и специальное.

Общее программное обеспечение служит для реализации функций, связанных с работой ЭВМ. Оно состоит из операционной системы, системы программирования, программ технического обслуживания.

Специальное программное обеспечение состоит из прикладных программ, проблемно ориентированных на решение определенных задач.

Состав систем программирования

Системы программирования представляют комплексы инструментальных программных средств для работы с программами на определенном языке программирования.

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Используя подобные системы программисты имеют возможность разрабатывать свои собственные компьютерные программы.

Системы программирования состоят из: трансляторов с языков высокого уровня; редактирующих и компонующих средств, а также средств загрузки программ; макроассемблеров (машинно-ориентированных языков); отладчиков машинных программ.

Языки программирования

Язык программирования составляет ядро системы программирования. Они могут быть процедурными и непроцедурными.

Процедурные (или алгоритмические) программы — это системы предписаний для решения определенных задач.

Компьютер лишь механически выполняет эти предписания.

Процедурные языки могут быть представлены языками низкого и высокого уровня.

С использованием языков низкого уровня (машинно-ориентированных) создаются программы в машинных кодах. С такими языками тяжело работать, однако созданные на них программы малы по объему и быстродейственны. Используя языки программирования низкого уровня, разрабатывают системные программы, драйвера и др.

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

Программы, созданные на языках высокого уровня, представляют собой наборы заданных команд, которые близки по своему звучанию к естественному (английскому) языку.

К наиболее известным процедурным системам программирования относят:

  1. Fortran, один из старейших и по сей день используемых в решении задач математической ориентации язык.
  2. Basic, являющийся универсальным символическим кодом инструкций для начинающих пользователей, самый популярный среди пользователей.
  3. ALGOL, представляющий собой алгоритмический язык, сыгравший большую роль в теории, в настоящее время практически не используется.
  4. PL/1 — многоцелевой язык, который в настоящее время не используется.
  5. Си – широко используемый язык при создании систем программного обеспечения.
  6. Pascal – чрезвычайно популярный язык как среди новичков в программировании, так и среди профессионалов. На его основе созданы более мощные языки такие, как Ada, Delphi.
  7. COBOL – язык, ориентированный на общий бизнес, сейчас практически не используется.
  8. Delphi – очень популярный объективно-ориентированный язык визуального программирования.
  9. Java – платформенно независимый язык объективно-ориентированного программирования, эффективен при создании интерактивных web-страниц.

Среди непроцедурных языков программирования наиболее известны:

Машинно-ориентированные системы программирования

По уровню формализации входного языка, целевому назначению и структуре системы программирования делят на: машинно-ориентированные и машинно-независимые.

Машинно-ориентированные состоят из входного языка, наборов операторов и изобразительных средств. Для систем подобного типа характерны:

  • высокое качество созданных программ;
  • предсказуемость заказов памяти и объектного кода;
  • использование конкретных аппаратных ресурсов;
  • необходимость знания системы команд и особенностей функционирования конкретной ЭВМ;
  • низкая скорость программирования;
  • трудоемкость процесса программирования;
  • невозможность непосредственного использования программ, составленных на этих языках, на компьютерах других типов.

По степени автоматического программирования машинно-ориентированные системы подразделяют на классы:

  1. Машинный язык. В системе такого типа отдельный компьютер обладает своим определенным машинным языком, которому предписывается выполнение операций над операндами. Этот язык является командным.
  2. Система символического кодирования. В системах такого типа используют языки символического кодирования, являющиеся командными. Коды операций и адреса в машинных командах в языках символьного кодирования заменены символами (идентификаторами), формы написания которых помогают легче запоминать программисту смысловое содержание операции. Это способствует существенному уменьшению числа ошибок при составлении программ.
  3. Автокоды. Содержат все возможности языков символического кодирования через процесс расширенного введения макрокоманд. В различных программах часто встречаются некоторые используемые командные последовательности, соответствующие определенным процедурам преобразования информации. Эти последовательности оформляют в виде специальных макрокоманд, которые затем можно использовать в языке программирования при написании программ. Макрокоманды переводятся в машинные команды 2 способами: расстановкой и генерированием. В первом способе используются «остовы» – серии команд реализации требуемой функции, обозначенной макрокомандой. Макрокоманды передают фактические параметры, вставляемые в процессе трансляции в «остов» программы, преобразуя ее в реальную машинную программу. Системы с генерацией содержат специальные программы анализа макрокоманд, определяющие какую функцию нужно выполнить и формирующие последовательности команд, реализующих эту функцию. Обе системы используют трансляторы с языка символьного кодирования и наборы макрокоманд, являющиеся операторами автокода.
  4. Макросы. Представляют собой более сжатую форму записи, используемую для замены последовательности символов описания выполнения требуемых действий ЭВМ. Предназначены для сокращения записи исходных программ. Компонент программного обеспечения, с помощью которого обеспечивается функционирование макросов, называют макропроцессором. На него поступает макросопределяющий и исходный тексты. Реакцией макропроцессора на вызов является выдача выходного текста.
Читать еще:  Основы сетевой безопасности

Машинно-независимые системы программирования

Эти системы программирования являются средством описания алгоритмов решения задач и обрабатываемой информации. Их удобно использовать широкому кругу пользователей, поскольку не требуется знаний особенностей организации функционирования ЭВМ.

Машинно-независимые системы программирования подразделяют на:

  1. Процедурно-ориентированные системы. В этих системах входные языки программирования предназначены для записи при решении задач алгоритмов обработки информации. Эти языки обеспечивают программиста средствами четкого формулирования задач и получения результатов в требуемой форме.
  2. Проблемно-ориентированные системы используют в качестве входного языка язык программирования с проблемной ориентацией. Языки подобного типа обеспечивают программиста средствами короткой и четкой формулировки задач и средствами получения результатов в требуемой форме. Программы на этих языках программирования записываются в терминах решаемой задачи и реализуются через выполнение определенных процедур.
  3. Диалоговые языки. Обеспечивают оперативное взаимодействие пользователя с компьютером через сохранение в его памяти копии исходной программы в машинных кодах. В процессе изменений в программе система программирования устанавливает с помощью специальных таблиц взаимосвязь между структурами исходной и объектной программ, что дает возможность в дальнейшем редактировать объектную программу.
  4. Непроцедурные языки. Составляют группу языков, с помощью которых описывается организация обрабатываемых данных и языков связи с операционными системами. Являются табличными языками, позволяющими четко описывать как задачу, так и ее решения в наглядной форме. В одной таблице решений, описывающей некоторую ситуацию, содержатся все возможные блок-схемы реализаций алгоритмов решения.

Интерпретаторы и компиляторы

Компилятор прежде чем запустить программу на выполнение полностью обрабатывает ее текст:

  • выполняет поиск синтаксических ошибок;
  • делает смысловой анализ;
  • автоматически генерирует машинный код.

Далее сгенерированный объектный код обрабатывается специальной программой — сборщиком или редактором связей. В результате текст программы преобразовывается в готовый к исполнению файл, он сохраняется в памяти компьютера или на диске. Этот файл может самостоятельно работать под управлением опера¬ционной системы.

Интерпретатор используется для анализа очередного оператора языка из текста програм¬мы и запуска его на исполнение. Перейти к выполнению следующего оператора интерпретатор может только после успешного выполнения текущего. При многократном выполнении одного и того же оператора интерпретатор каждый раз выполняет его так, будто впервые. В результате программы, содержащие большие объемы повторяющихся вычислений, работают медленно.

К основным недостаткам компиляторов можно отнести трудоемкость трансляции языков программирования, ориентированных на обработку данных сложной структуры. Используя интерпретатор, наоборот, можно остановить работу программы в любой момент, организовать диалог с пользователем, исследовать содержимое памяти, выполнить любые сложные преобразования данных и при этом постоянно осуществлять контроль за состоянием окружающей программно-аппаратной среды, благодаря чему достигают высокой надежности работы. Интерпретаторы удобно использовать при изучении про¬граммирования, так как они дают возможность понять механизм работы каждого оператора языка в отдельности.

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

Что нужно знать, чтобы написать операционную систему

Что нужно знать, чтобы написать операционную систему

  • Переводы, 2 августа 2019 в 15:11
  • Александр Ланский

Создание операционной системы — одна из сложнейших задач в программировании, поскольку требует обширных и комплексных знаний о работе компьютера. Каких именно? Разбираемся ниже.

Что такое ОС

Операционная система (ОС) — это программное обеспечение, которое работает с компьютерным железом и его ресурсами и является мостом между аппаратной и программной частью компьютера.

Компьютеры первого поколения не имели операционных систем. Программы на первых ЭВМ включали в себя код для непосредственной работы системы, связи с периферийными устройствами и вычислений, для выполнения которых эта программа и писалась. Из-за такого расклада даже простые по логике работы программы были сложны в программной реализации.

По мере того как компьютеры становились более разнообразными и сложными, писать программы, которые работали и как ОС, и как приложение, стало попросту неудобно. Поэтому, чтобы программы было легче писать, владельцы компьютеров начали разрабатывать программное обеспечение. Так и появились операционные системы.

ОС предоставляет всё необходимое для работы пользовательских программ. Их появление означало, что теперь программам не нужно контролировать весь объём работ компьютера (это отличный пример инкапсуляции). Теперь программам нужно было работать именно с операционной системой, а система уже сама заботилась о ресурсах и работе с периферией (клавиатура, принтер).

Кратко об истории операционных систем

Первая операционная система была создана в 1956 году компанией General Motors для единственного компьютера IBM. Остальные владельцы этих компьютеров последовали примеру и начали создавать собственные ОС.

Как можно догадаться, первые ОС сильно отличались друг от друга. Почти на каждом компьютере стояла своя система. Хоть они и облегчали написание программ, использовать такие программы можно было только на одном компьютере.

В 1960-х годах IBM стала первой выпускающей компьютеры компанией, которая взяла на себя процесс написания ОС под свои же компьютеры. Компания начала распространять компьютеры вместе со своей операционной системой.

В эти же годы компании Control Data Corporation, Computer Sciences Corporation, Burroughs Corporation, GE, Digital Equipment Corporation и Xerox тоже начали реализовывать свои ОС.

В конце 60-х была разработана первая версия ОС Unix. Написанная на Си, свободно доступная первые годы, Unix привлекала всё больше внимания и аудитории. Она легко портировалась на новые системы и начала набирать обороты.

Многие современные ОС, включая Apple OS X и все разновидности Linux-систем, являются дальними потомками Unix.

Microsoft Windows, в свою очередь, была написана для ряда персональных компьютеров IBM.

Первая ОС от Microsoft называлась не Windows, а MS-DOS. Эта система была создана в 1981 году, когда систему 86-DOS купили у компании Seattle Computer Products и модифицировали её под требования IBM.

Всем привычное название Windows появилось в 1985, когда MS-DOS обзавелась графическим интерфейсом.

Apple OS X, Microsoft Windows и ряд Linux-систем (включая Android) сейчас контролируют большую часть рынка операционных систем.

Составляющие операционной системы

ОС состоит из двух основных частей:

  • ядро системы;
  • системные программы.

Ядро (англ. kernel)

Сердце операционной системы. Именно оно запускается первым при включении компьютера (не считая BIOS и загрузчик). Ядро контролирует ресурсы компьютера и обрабатывает запросы от системных программ.

Системные программы

Работают поверх ядра. Такие программы нужны, в целом, не для пользователя, а для связи ядра с пользовательскими приложениями и периферией. Примеры системных программ: драйвера устройств, файловая система, сетевые программы, утилиты для дефрагментации диска.

Пользовательские программы

Не являются частью операционной системы. Именно эти программы уже имеют конкретное назначение. Текстовые редакторы, браузеры, медиа-плееры — всё это пользовательские программы. Они контролируются ядром и используют системные программы для доступа к периферии.

Что необходимо знать

Список вещей, которые необходимо знать для создания собственной ОС, очень длинный. Но в нём есть три основных пункта, на которые нужно обратить внимание в первую очередь:

  • базовое понимание компьютерной науки (информатики);
  • теория и опыт в программировании;
  • знание высоко- и низкоуровневых языков программирования.

Изучение информатики

Разработка ОС — это не тоже самое, что, скажем, веб-разработка. Тут нельзя будет просто и быстро разобраться в базовых вещах. Для начала нужно получить крепкий базис информатики и только потом переходить к другим темам.

Coursera: Computer Science 101 — это курс, который подойдёт для тех, кто только начал осваиваться в информатике и программировании. Если у вас уже имеются элементарные знания в в этой области, то пропустите этот курс и переходите к следующему.

Udacity: Intro to Computer Science использует веб-разработку в качестве подхода к обучению компьютерной науке. Хоть курс и не направлен на непосредственную разработку ОС, он даёт мощный базис в области программирования.

edX: Introduction to Computer Science — этот курс является самым исчерпывающим и углублённым в этом списке. Несмотря на это, он полностью бесплатен. Курс был разработан в Гарвардском Университете. В нём вас научат алгоритмам, структурам данных, управлению ресурсами, разработке ПО, а так же познакомят с такими языками программирования, как C, PHP и JavaScript.

Подборка книг для самостоятельного изучения Computer Science.

Изучение программирования

С крепкими знаниями в области информатики и хотя бы базовым пониманием программирования вам нужно набраться опыта в разработке проектов.

Udacity: Software Development Process — отличный курс для тех, кто ещё не принимал участие в крупных проектах. Тут вас ознакомят с подробностями рабочего процесса и работой с инструментарием (например Git), а также расскажут о настройке интегрированной среды разработки.

Изучение языков программирования

Для разработки операционной системы вам понадобится освоить минимум два языка программирования:

  • низкоуровневый язык ассемблера;
  • высокоуровневый язык программирования.

Первый используется для работы напрямую с процессором. Процессор «понимает» только машинный код, и для каждого типа процессора есть только один соответствующий язык. Одной из самых популярных архитектур процессора является x86. Она была разработана компанией Intel и на текущий момент широко используется многими производителями компьютерного железа, включая AMD. По этой причине в этой статье акцент будет именно на архитектуру x86.

Высокоуровневые языки программирования, в свою очередь, работают сразу на нескольких архитектурах. Самый популярный из таких языков — Cи. Чаще всего именно на нём и пишутся операционные системы. Но это не означает, что этот язык единственный. Для написания ОС можно использовать и более высокоуровневые языки, например C++ или Python.

Прим. перев. Есть пример написания «игрушечных» операционных систем на C#. Cosmos — некий конструктор ОС. В этой статье на практическом примере показывают написание системы всего в нескольких десятках строк.

Язык ассемблера для x86

«x86 Assembly Guide» — неплохо подойдёт для начального изучения ассемблера. Несмотря на то, что эта статья коротка для полного курса, в ней содержится всё необходимое для дальнейшего углубления.

Книга «Programming from the Ground Up» Джонатана Бартлетта является одной из основных по изучению ассемблера. В ней основами языка программирования подкрепляются базисы информатики.

Для изучения ассемблера есть ещё одна показательная книга — «The Art of Assembly Language», написанная Рэнди Гайдом. Изначально книга писалась специально для курсов, которые вёл автор в Калифорнийском университете Cal Poly и UC Riverside. В середине 90-х годов книга была признана определяющей в этой сфере.

Если вдруг вышеописанные материалы вам не подошли, вот ещё пара отличных книг:

Язык Cи

Как уже упоминалось выше, для написания ОС есть несколько высокоуровневых языков программирования. Однако самый популярный из них — Си.

Начать изучать этот язык можно отсюда. Этот ресурс ознакомит вас с базовыми понятиями и подготовит к более сложным задачам.

«Learn C the Hard Way» — название ещё одной книги. Кроме привычной теории в ней собрано много практических решений. Этот учебник расскажет обо всех аспектах языка.

Либо же можете выбрать одну из этих книг:

Разработка ОС

После освоения всего необходимого, что касается информатики, языка ассемблера и Cи, вам стоит прочесть хотя бы одну или две книги про непосредственную разработку ОС. Вот несколько ресурсов для этого:

«Linux From Scratch». Здесь рассматривается процесс сборки операционной системы Linux (учебник переведён на много языков, в том числе и на русский). Тут, как и в остальных учебниках, вам предоставят все необходимые базовые знания. Полагаясь на них можно попробовать себя в создании ОС. Чтобы сделать программную часть ОС более профессиональной, присутствуют дополнения к учебнику: «Beyond Linux from Scratch», «Automated Linux from Scratch», «Cross Linux from Scratch» или «Hardened Linux from Scratch».

«The little book about OS development» Эрика Хэйлина и Адама Ренберга. Этот учебник разработан в рамках продвинутого курса информатики и на момент его написания авторы являлись студентами Королевского Института Технологий в Стокгольме. В этой книге рассматривается разработка ОС для архитектуры x86 (причём с самого начала — с установки среды разработки). В этом курсе рассказывается о многих интересных темах, включая многозадачность, управление памятью и разработку файловой системы.

«Operation System Development Series» Broken Thorn Entertainment — серия из 25 уроков, посвящённых разработке ОС с нуля.

Примечание Эти уроки рассчитаны на то, что вы уже знакомы с IDE и владеете как языком ассемблера, так и Cи.

Вот ещё три книги, которые помогут вам ознакомиться с дисциплиной разработки ОС:

Сообщества, посвященные разработке ОС

Заниматься разработкой ОС в одиночку смело, но сложно. Гораздо проще найти единомышленников, которые, как и вы, решили попытать удачу в этом нелёгком деле. Существует пара подходящих мест:

  • OSDev.org — это Вики с исчерпывающей информацией о разработке ОС и отличным форумом, где вы можете попросить о помощи или же наоборот сами кого-нибудь выручить.
  • OS Development Channel на Реддите. Канал, также посвящённый разработке ОС.
  • Computer Science, Programmers, StackOverflow от StackExchange — площадки, где вы можете задавать различные технические вопросы.

Заключение

Обучение разработке ОС — достаточно сложная задача. Однако в процессе вы разберётесь в работе процессора и аппаратного уровня, что поможет лучше понимать работу и оптимизацию высокоуровневых приложений и их взаимодействие друг с другом. Ну и в глазах коллег вы наверняка будете выглядеть очень крутым (но это не точно).

Для чего нужны системы программирования

по дисциплине «Организация и функционирование компьютерных систем»

СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Система программирования — это набор специализированных программных продуктов, которые являются инструментальными средствами разработчика.
Программные продукты данного класса поддерживают все этапы процесса программирования, отладки и тестирования создаваемых программ.

Заметим, что любая система программирования может работать только в соответствующей ОС, под которую она и создана, однако при этом она может позволять разрабатывать программное обеспечение и под другие ОС.

    Например, одна из популярных систем программирования на языке С/С++ от фирмы Watcom для OS/2 позволяет получать программы и для самой OS/2, и для DOS, и для Windows.

Система программирования включает следующие программные компоненты:

  • редактор текста;
  • транслятор с соответствующего языка;
  • компоновщик (редактор связей);
  • отладчик;
  • библиотеки подпрограмм.

Редактор текста — это программа для ввода и модификации текста.

Трансляторы предназначены для преобразования программ, написанных на языках программирования, в программы на машинном языке. Программа, подготовленная на каком-либо языке программирования, называется исходным модулем. В качестве входной информации трансляторы применяют исходные модули и формируют в результате своей работы объектные модули, являющиеся входной информацией для редактора связей. Объектный модуль содержит текст программы на машинном языке и дополнительную информацию, обеспечивающую настройку модуля по месту его загрузки и объединение этого модуля с другими независимо оттранслированными модулями в единую программу.

Трансляторы делятся на два класса: компиляторы и интерпретаторы. Компиляторы переводят весь исходный модуль на машинный язык. Интерпретатор последовательно переводит на машинный язык и выполнят операторы исходного модуля

    (У интерпретаторов два основных недостатка. Первый — низкая скорость работы интерпретируемых программ.)
    Преимущество интерпретатора перед компилятором состоит в том, что программа пользователя имеет одно представление — в виде текста. При компиляции одна и та же программа имеет несколько представлений — в виде текста и в виде выполняемого файла.

Компоновщик, или редактор связей — системная обрабатывающая программа, редактирующая и объединяющая объектные (ранее оттраслированные) модули в единые загрузочные, готовые к выполнению программные модули. Загрузочный модуль может быть помещен ОС в основную память и выполнен.

Отладчик позволяет управлять процессом исполнения программы, является инструментом для поиска и исправления ошибок в программе. Базовый набор функций отладчика включает:

  • пошаговое выполнение программы (режим трассировки) с отображением результатов,
  • остановка в заранее определенных точках,
  • возможность остановки в некотором месте программы при выполнении некоторого условия;
  • изображение и изменение значений переменных.

Загрузчик — системная обрабатывающая программа. Загрузчик помещает объектные и загрузочные модули в оперативную память, объединяет их в единую программу, корректирует перемещаемые адресные константы с учетом фактического адреса загрузки и передает управление в точку входа созданной программы.

Список использованных источников

  1. Гордеев А.В., Молчанов А.Ю. Системное программное обеспечение. — СПб.: Питер, 2001. — с. 17-21
  2. Пустоваров В.И. Ассемблер: программирование и анализ корректности машинных программ: — К.: Издательская группа BHV, 2000. — с. 5-25

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:

  • Редактор текста
  • Язык программирования
  • Библиотека подпрограмм
  • Редактор связей (компоновщик)
  • Транслятор
  • Отладчик

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:

Исходный код программы -> компилятор -> объектный модуль -> библиотека подпрограмм -> редактор связей -> выполняемая программа

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector