- •Аннотация к вопросам для Госэкзаменов по Информационным Системам и Вычислительным процессам
- •1. Модели данных 4
- •2. Прикладные системы 10
- •3. Анализ и проектирование систем 25
- •4. Коллективная разработка систем 35
- •5. Архитектура систем 38
- •6. Программирование 42
- •7. Формальные языки и методы трансляции 44
- •8. Методы распределения памяти и доступа к данным 51
- •9. Сети Петри 57
- •1. Модели данных
- •1.1. Концептуальная и логическая модель данных. Модель «сущность связь» (er-модель)
- •1.2. Полная функциональная зависимость. Вторая нормальная форма (2нф). Приведение отношения к 2нф
- •1.3. Транзитивная зависимость. Третья нормальная форма (3нф). Приведение отношения к 3нф
- •1.4. Операции реляционной алгебры: булевы операции, операции выбора, проекции, соединения, деления
- •1.5. Операторы расщепления и фактора. Их применение для организации работы с распределенными данными
- •1.6. Транзакции в базах данных Понятие транзакции
- •Принципы транзакций (acid)
- •Модели транзакций
- •2. Прикладные системы
- •2.1. Классификация современных программных прикладных систем
- •2.2. Требования к качеству прикладных программных систем: адекватность технологии, удобство использования, устойчивость, сопровождаемость, защищенность, переносимость
- •Адекватность технологии предметной области
- •Удобство использования
- •Сопровождаемость
- •Устойчивость
- •Защищенность
- •Переносимость
- •2.3. Условия и способы тиражирования прикладных программных систем
- •2.5. Жизненный цикл программных систем. Этапы жизненного цикла
- •2.6. Модели жизненного цикла – каскадная, поэтапная, спиральная, инкрементная. Области их применения
- •2.7. Средства автоматизации проектирования (case-средства)
- •2.8. Оценка параметров программной системы. Мера, метрика. Анализ риска Оценка параметров программной системы
- •Мера и метрика
- •Анализ рисков и первичная оценка
- •2.9. Размерно-ориентированные метрики: правила оценивания, область применимости
- •Выполнение оценки проекта
- •Пример оценки проекта
- •Достоинства и недостатки
- •3. Анализ и проектирование систем
- •3.1. Анализ требований, его роль в жизненном цикле создания программной системы. Основные задачи анализа требований. Системный структурный анализ
- •3.2. Методология sadt (idef0). Ее реализация в case-средстве bPwin
- •Использование case-средства bPwin для построения idef0-модели
- •3.3. Моделирование потоков данных и процессов их обработки. Построение диаграмм потоков данных
- •Диаграммы потоков данных
- •Диаграммы потоков данных в методологии Гейна-Сарсона
- •Использование case-средства bPwin для построения дпд
- •4. Коллективная разработка систем
- •4.1. Обоснование необходимости. Проблемы. Типы коллективов программистов Проблема
- •Профессиональные особенности
- •Типы коллективов программистов
- •Традиционная бригада
- •Бригада без персонализации
- •Бригада главного программиста
- •4.2. Условия работы коллективов программистов: физическая, социальная, административная обстановки
- •Стимулы
- •4.3. Взаимодействие участников программного проекта. Их роли в коллективе разработчиков Профессиональные особенности
- •Технические роли в бригаде
- •Психологические роли в бригаде
- •5. Архитектура систем
- •5.1. Причины декомпозиции программы на модули (содержательные и технические аспекты). Декомпозиция как способ борьбы со сложностью
- •5.2. Модуль, его информационная закрытость. Интерфейс и реализация. Связность модуля, уровни связности
- •5.3. Сцепление модулей, уровни сцепления. Модели управления модульной системой
- •6. Программирование
- •6.1. Объектный подход к программированию. Объект и класс. Инкапсуляция, наследование, полиморфизм. Абстрактные и интерфейсные классы
- •6.2. Классы в современных системах программирования. Общие, собственные и защищенные области. Свойства, их назначение, описание и использование. Владелец и родитель класса
- •7. Формальные языки и методы трансляции
- •7.1. Право- и леволинейные грамматики. Регулярные (автоматные) грамматики. Регулярные множества и праволинейные грамматики
- •7.2. Автоматы с магазинной памятью (мп-автоматы). Детерминированные и недетерминированные мп-автоматы. Построение эквивалентного мп-автомата по кс-грамматике
- •7.3. Восходящий анализ кс-языков без возвратов. Lr(k)-грамматики. Грамматики простого предшествования. Алгоритм «перенос-свертка» для грамматики простого предшествования
- •7.4. Алгоритмы удаления пустых и недостижимых символов в кс-грамматике. Нормальные формы кс-грамматик (Хомского и Грейбах). Устранение левой рекурсии в грамматике
- •7.5. Компиляторы и интерпретаторы. Архитектура компилятора. Фазы и этапы компиляции. Препроцессоры
- •7.6. Дерево вывода для кс-грамматик. Восходящий и нисходящий синтаксический анализ. Алгоритм нисходящего разбора с возвратами
- •7.7. Промежуточные представления программ: атрибутно-синтаксическое дерево, триадное представление, тетрады, обратная польская запись. Байт-коды внутреннего представления (Java-код, p-код и др.)
- •7.8. Ll(k)-грамматики, соотношение классов ll(k). Множества first(k) и follow(k) и их построение. Разделенная грамматика
- •7.9. Метод рекурсивного спуска построения синтаксического анализатора
- •7.10. Способы описания синтаксиса языков программирования. Диаграммы Вирта, расширенная форма Бэкуса-Наура
- •7.11. Работа с регулярными выражениями в языках программирования (c#, php). Описание типов xml-документов с помощью грамматики (dtd)
- •8. Методы распределения памяти и доступа к данным
- •8.1. Простые методы динамического распределения памяти: стек, дек, список блоков постоянной длины
- •Простейшее распределение памяти
- •Выделение памяти блоками постоянной длины
- •8.2. Методы динамического распределения памяти, основанные на списках блоков переменной длины
- •8.3. Методы доступа к данным, основанные на индексах: индексно-последовательный и индексно-произвольный Индексные методы
- •Индексно-последовательный метод
- •Индексно-произвольный метод
- •8.4. Методы доступа к данным, основанные на инвертированных списках и битовых картах Инвертированные списки
- •Битовые карты
- •8.5. Алгоритмы хеширования, основанные на методах деления, умножения и деления многочленов Метод деления
- •Метод умножения
- •Деление многочленов
- •8.6. Алгоритмы разрешения коллизий в перемешанных таблицах, основанные на методах внешних и внутренних цепочек Метод внешних цепочек
- •Метод внутренних цепочек
- •9. Сети Петри
- •9.1. Определение и основные понятия сетей Петри. Структура, графы, маркировка Структура сетей Петри
- •Графы сетей Петри
- •Маркировка сетей Петри
- •9.2. Моделирование сетями Петри задач о производителе/потребителе и о чтении/записи Задача о производителе и потребителе
- •Задача о чтении/записи
- •9.3. Безопасность и ограниченность сетей Петри Безопасность
- •Ограниченность
- •9.4. Активность сетей Петри
- •9.5. Достижимость и покрываемость в сетях Петри
- •9.6. Дерево достижимости сети Петри. Алгоритм построения дерева достижимости Дерево достижимости
- •Алгоритм построения дерева достижимости
- •9.7. Применение дерева достижимости сети Петри для проверки безопасности и ограниченности.
- •9.8. Применение дерева достижимости сети Петри для проверки покрываемости
- •Литература Основная
- •Дополнительная
- •Формальные языки и методы трансляции
- •Методы доступа к данным и распределения памяти
- •Сети Петри
Технические роли в бригаде
Программист – основа проекта. Помимо прямой деятельности, он должен обеспечить понимаемость программ всей командой.
Заказчик – ставит задачу, уточняет и контролирует. Знать приоритеты работ и принимает решения в соответствии с ними.
Тестер – следит за регулярными запусками тестов.
Ревизор – следит за общей картиной разработки и контролирует успешность продвижения к цели.
Инструктор – контролирует правильность исполнения проекта и вмешивающийся в него по необходимости. В критические моменты он должен взять управление на себя и привести исполнение проекта в нормальное русло.
Консультант – приносит в команду знания для решения возникающих проблем.
Большой босс – руководит проектом и принимает основные решения. Он же за все и отвечает.
Психологические роли в бригаде
Председатель – выбирает путь, по которому команда движется к цели. Умеет обнаружить сильные и слабые стороны команды.
Оформитель – придает законченную форму действиям команды, определяет рамки групповых обсуждений и общих решений.
Генератор идей – выдвигает новые идеи, пытается внедрять радикальные технологии.
Критик – анализирует проблемы, оценивает идеи, придает сбалансированность решениям. Противовес генератору идей.
Рабочая пчелка – превращает планы и концепции в практические рабочие процедуры.
Опора команды – поддерживает силу духа, способствует подъему командного настроя. Добытчик – налаживает внешние контакты, которые могут быть полезными для команды.
Завершающий – поддерживает в команде настойчивость в достижении цели. Играет доминирующую роль на стадии финального тестирования и сдачи.
Каждый участник может играть несколько ролей.
5. Архитектура систем
5.1. Причины декомпозиции программы на модули (содержательные и технические аспекты). Декомпозиция как способ борьбы со сложностью
Сложность программной системы – одна из основных проблем программирования. Человек по своей природе способен контролировать весьма ограниченное количество объектов, тогда как в процессе написание или исследовании программ требуется анализировать исключительно большое количество ситуаций. Сложность возникает не столько от количества элементов программной системы, сколько от количества связей между ними. Так, если система состоит из N элементов, количество потенциальных путей между ними – N!, то есть при N>7 анализировать её становится практически невозможно. На самом деле в системе реализуются далеко не все потенциальные связи между элементами, но всё равно, считается, что сложность её растёт экспоненциально в зависимости от объёма.
Пусть T(N) – функция сложности, то есть, время, необходимое для написания или понимания программы размером в N строк. Тогда, учитывая экспоненциальную сложность, получаем T(N1+N2) > T(N1)+T(N2). Если считать, что функциональность программы определяется некоторым необходимым объёмом кода N, получается, что написание кода программы, реализующей эту функциональность, сложнее, чем написание двух фрагментов с той же общей функциональностью и с тем же суммарным объёмом. Таким образом, стремление к уменьшению сложности программы приводит к необходимости декомпозиции её на меньшие фрагменты – модули, реализующие ту же функциональность.
Существует довольно много определений модуля, но все они сводятся практически к одному и тому же: модуль должен быть относительно независимым фрагментом какого-то текста. Если речь идёт о программе, то это фрагмент текста программы. Далее под программным модулем будем понимать отдельно программируемый, транслируемый и отлаживаемый программный фрагмент.
Учитывая уменьшение сложности написания программы при декомпозиции, можно было бы рекомендовать разбиение её на как можно более мелкие модули. Но это неверно: большое количество модулей требует значительных затрат на организацию их взаимодействия – межмодульного интерфейса. Разбиение программы на множество мелких модулей приведёт к переносу сложности модуля в сложность взаимодействия, что ухудшает параметры системы в целом.
Таким образом, можно рассматривать величины верхней и нижней границ модуля, которые зависят от ряда условий, главное из которых – упрощение понимания и модуля, и системы в целом, как множества взаимодействующих модулей.
Существуют и другие мотивы разбиения программы на модули, которые приводят разные авторы, например, [Жоголев-14]. В разное время значимость отдельных аргументов как за, так и против, менялась, некоторые аргументы в пользу декомпозиции, такие, как уменьшение времени трансляции, выглядят анахронизмом. В целом можно рассматривать как содержательные, так и технические мотивы. Заметим, что исторически раньше возникли технические проблемы, связанные с размещением программы в оперативной памяти, но сейчас они рассматриваются как вторичные.
Итак, основные содержательные мотивы декомпозиции следующие:
уменьшение сложности программной системы, о чём уже говорилось;
систематизация разработки, связанная с дисциплиной мышления, по которой решение сложной задачи начинается с разделения её на относительно независимые понятные фрагменты;
уменьшение времени разработки за счёт параллельной разработки независимых модулей
упрощение планирования коллективной работы над программным проектом;
возможность существенного упрощения изменяемости системы в процессе её сопровождения и, как следствие, увеличение срока её эксплуатации.
К техническим мотивам декомпозиции можно отнести следующие:
возможность многократного использования уже существующего отлаженного кода (иногда этот мотив относят к содержательным);
сокращение записи при программировании (отсутствие дублирования текста);
удобство редактирования и наглядность – модуль в силу своего размера не способствует текстуальному разнесению логически связанного текста;
сегментирование программного кода, что позволяет даже очень большую программную систему выполнять на устройстве с относительно небольшой памятью;
уменьшение времени трансляции – в настоящее время это не актуально.
