- •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
7.11. Работа с регулярными выражениями в языках программирования (c#, php). Описание типов xml-документов с помощью грамматики (dtd)
Регулярное выражение – это выражение, задающее (определяющее) множество цепочек регулярного языка. Регулярный язык – это язык, определяемый регулярной грамматикой (см. вопрос 1). В теории формальных языком и при описании КС-грамматик (расширенная форма Бэкуса-Наура) для описания регулярных выражений используются следующие метасимволы: “| “ – объединение множеств цепочек, “{ “ и “} “ – итерация множества цепочек, “[ “ и “] “ – необязательность цепочек множества. Для конкатенации (сцепления) метасимвола нет. В различных языках программирования набор метасимволов обычно шире.
Пример. Метасимволы регулярных выражений в команде findstr командной оболочкиWindows.
По команде findstr /R шаблон файл выводятся те строки из указанного файл, которые удовлетворяют регулярному выражению «шаблон»
Метасимволы следующие:
. Подстановочный знак: любой символ
* Повтор: ноль или более предшествующих символов или классов символов.
^ Позиция строки: начало строки
$ Позиция строки: конец строки
[класс] Класс символа: любой символ из множества
[^класс] Инвертированный класс: любой символ из множества
[x-y] Диапазон: любой символ из диапазона
\x Исключение: использование метасимвола x в качестве литерала
\<xyz Позиция слова: начало слова (есть слово, начинающееся с xyz)
xyz\> Позиция слова: конец слова (есть слово, заканчивающееся на xyz)
“xx yy” В строке есть подцепочка xx или yy (метасимволом является пробел)
Для XML-документа спецификация DTD (Data Type Document) служит для описания его структуры. Это описание располагается либо в самом документе, либо в отдельном файле (файле с расширением dtd). Фактически эта спецификация представляет собой КС-грамматику, где правая часть каждого правила является регулярным выражением.
Пример dtd-файла с описанием структуры XML-документа
<?xml version='1.0' encoding = "Windows-1251" ?>
<!ELEMENT library (book)+>
<!ELEMENT book (name, author) >
<!ELEMENT name (#PCDATA) >
<!ELEMENT author (#PCDATA) >
Описание эквивалентно КС-грамматике с правилами (в нотации РБНФ):
library book {book}
book name author
8. Методы распределения памяти и доступа к данным
8.1. Простые методы динамического распределения памяти: стек, дек, список блоков постоянной длины
Любой вычислительный процесс для своего выполнения нуждается в памяти, оперативной и внешней. Одна из важнейших задач операционной системы – выделение процессам по их требованию соответствующих ресурсов, то есть, распределение памяти. Задача распределения оперативной памяти должна решаться быстро и эффективно, в течение микросекунд. Внешняя, преимущественно дисковая, память допускает гораздо большие задержки.
В процессе назначения и освобождения памяти может сложиться положение, при котором участки свободной памяти разделены занятыми участками. В этом случае говорят о внешней фрагментации памяти. Предположим, процесс запросил блок памяти определенной длины, но согласно используемому алгоритму распределения памяти ему назначен больший блок. Тогда часть памяти он принципиально не может использовать, имеет место внутренняя фрагментация памяти. Эффективность алгоритмов распределения памяти обычно связывают с минимизацией фрагментации. Внешняя фрагментация может быть такой, что при достаточном суммарном объеме свободной памяти запрос связного участка необходимого размера не может быть реализован. Тогда запускается процесс объединения фрагментированной свободной памяти в одну область. Этот процесс обычно называются сбором мусора. Понятно, что он требует определенных ресурсов времени, поэтому нежелательно выполнять его слишком часто. Внутреннюю фрагментацию, к сожалению, за счет сбора мусора уменьшить не удается.