Разработка проекта программной системы

Это этап детализации задачи. Здесь определяются структура входных и выходных данных системы - как внешних, так и, возможно, промежуточных (внутренних) и формы их хранения (оперативная память, файлы и т.д.), а также определяются основные функции по их преобразованию, но при этом не указывается, каким образом это выполняется. Детализация алгоритмов на этом уровне преждевременна, т.к. может вызвать нежелательные последствия. Как правило, уже на этом этапе в системе обосабливаются логически выделяемые подсистемы и модули.

На этапе проектирования проводятся следующие работы:

1) разрабатывается общая структура вычислительной системы (периферийные устройства и их взаимодействие);

2) уточняется или разрабатывается общая модульная структура программной системы, интерфейс, алгоритмы и функции отдельных подсистем;

3) планируется процесс параллельной работы группы программистов и им передаются на разработку отдельные модули.

Очевидно, что сам процесс проектирования является многоуровневым (иерархическим) процессом последовательной детализации. Рекомендуется проводить проектирование, стараясь выполнить максимальную проработку данного уровня, не затрагивая внутреннюю организацию модулей (подсистем) нижнего уровня. Шаги 2,3 повторяются на каждом уровне.

Результаты оформляются в виде рассмотренного ранее развернутого плана проекта программной системы.

Программирование (кодирование) или программная реализация алгоритмов

Словесную или графическую запись алгоритма обычно нельзя сразу ввести в ЭВМ, поэтому необходимо записать алгоритм на каком-либо языке программирования (ЯП). В результате получается программа на ЯП, которая вводится на ЭВМ и поступает на обработку в системную программу – транслятор (переводчик). Транслятор проверяет программу и выдаёт пользователю сообщение об ошибках. Если в программе ошибок нет, то транслятор переводит программу с ЯП на внутренний машинный язык ЭВМ. В результате получается машинная программа, которая управляет работой ЭВМ в процессе решения прикладной задачи. Переход от алгоритма к программе на ЯП называется кодированием алгоритма. Для каждого алгоритма можно построить несколько вариантов программы, поэтому при кодировании алгоритма нужно оптимизировать программу по лёгкости понимания, быстродействию и объёму памяти. Языки программирования можно разделить на 2 большие группы: алгоритмические и машинно-ориентированные.

Алгоритмический язык (АЯ) – это специальный искусственный язык, с помощью которого можно достаточно просто и удобно записать любой алгоритм. В настоящее время существуют сотни алгоритмических языков, например, наиболее известны следующие языки программирования: Фортран – язык для научно-технических расчётов; ПЛ/1, Кобол – языки для экономических расчётов; Бейсик – язык начального обучения; Паскаль – универсальный язык для обучения и программирования; Си – язык прикладного и системного программирования; Модула-2 и Ада – универсальные языки программирования; Лисп, Пролог – языки функционального и логического программирования; С++, Java, Object Pascal – языки объектно-ориентированного программирования. Часто вместо термина алгоритмический язык используется термин – язык программирования высокого уровня.

С технической точки зрения процесс кодирования алгоритма заключается в записи основных алгоритмических конструкций на языке программирования. Очень просто это можно представить в виде таблицы (табл.3), в которой сводятся основные алгоритмические конструкции и соответствующие им конструкции языка программирования.

Таблица 3.

Правила кодирования алгоритмов

№	Язык Си	Язык Паскаль
1	Блок начало
	main() {	PROGRAM Name; BEGIN
2	Блок конец
	}	END.
3	Операция присваивания: переменой x присвоить значение Z: x←Z
	x = Z ;	x := Z;
4	Разделение команд (операторов). Символ разделитель
	;	;
5	Ввод данных
	scanf ( &перем1, &перем2,…) 1;			READ ( перем1, перем2,…); или READLN ( перем1, перем2,…);
6	Вывод данных
	printf ( перем1, перем2,…) 1;			WRITE ( перем1, перем2,…); или WRITELN ( перем1, перем2,…);
7	Условие с двумя вариантами действий
	if (Условие) { A;} else {B;}			IF (Условие) THEN BEGIN A; END ELSE BEGIN B; END;
8	Условие с одним вариантом действий
	if (Условие) { A;}	IF (Условие) THEN BEGIN A; END;
9	Цикл с предусловием
	while (Условие) { A; }	WHILE (Условие) DO BEGIN A; END
10	Цикл с постусловием
	do { A; } while (Условие) ;	REPEAT A; UNTIL (Условие ) ;
11	Описание данных
	main() { int i, j,…; // целые данные double x,y,z,…; // вещественные char c,p,…; // символьные char str[50]; // строковые …		PROGRAM FIRST; VAR i, j,… : INTEGER ; {целые данные} x,y,z,…: REAL ; {вещественные } c,p,… : CHAR; {символьные } str : STRING; {строковые} BEGIN …
12	Подключение библиотек и модулей
	//ОБЯЗАТЕЛЬНО! #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> main() { …	{В случае необходимости} UNIT имямодуля-библиотеки; PROGRAM Name2; …
13	Комментарий
	// текст в одной строке или /* многострочный текст */	{ текст комментария в одну или несколько строк } или (* текст в одну или несколько строк *) или // текст в одной строке

Машинно-ориентированный язык (МОЯ) – это язык машинных команд, записанных в символическом виде. Для обозначения таких языков применяются термины: язык ассемблера, автокод, мнемокод, язык символического кодирования и т.п. Программирование на машинно-ориентированном языке менее наглядно и более трудоёмко, чем программирование на АЯ. Однако в процессе работы с машинно-ориентированным языком можно учесть все особенности системы команд конкретной ЭВМ. Программа, составленная хорошим программистом на машинно-ориентированном языке, имеет лучшие характеристики по быстродействию и памяти, чем программа, полученная после трансляции с АЯ. Поэтому МОЯ применяются либо в системном, либо в высокоэффективном прикладном программировании.

Пример 5. Используя таблицу, закодируем на языках Си и Паскаль (рис.8) структурные алгоритмы решения задачи табулирования функции на основе цикла с постусловием (на языке Си) и цикла с предусловием (на языке Паскаль).

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> main() { double a,b,h,x,f ; scanf (&a, &b, &h); x = a; do { f = sin(x*x) - x; printf(x, f); x = x+h; } while ( x>b ); }

PROGRAM TABUL1; VAR a,b,h,x,f: REAL; BEGIN READLN (a, b, h); x := A; WHILE ( x<= B ) DO BEGIN f:=sin(x*x) - x; WRITELN(x, f); x:=x+h; END END.

Рис.8. Реализация алгоритмов на языке Си и Паскаль

Примечание. На языке Си функции ввода-вывода scanf и printf имеют более сложный синтаксис, поэтому полученная в примере программа требует небольшой доработки. Программа на языке Паскаль получилась полностью работоспособной.