1.1 Классификация систем программирования

В настоящее время существует множество систем программирования (СП) (таблица 1). Среди них наиболее популярными являются Паскаль, Basic, Java, C++, Delphi.

Системы программирования информационных систем

Системы программирования информационных систем обеспечивают разработчика инструментарием доступа к файлам и базам данных, более развитым, чем это имеет место для традиционных языков программирования. Эти средства программирования включают как форматы обычных языков программирования (операторы, операции и функции), так и команды (операторы) обращения к таблицам (файлам данных) баз данных и вспомогательным файлам, образующим базу данных (форматы, индексы, частотные словари).

Таблица 1. Классификация систем программирования

Фактор	Характеристика	Группа	Пример СП
Уровень СП	Степень близости к архи-тектуре компьютера	Низкий	–
		Высокий	Паскаль, Ада, Basic, Java, C++
		Сверхвысокий	Сетл
Специализация	Потенциальная или реаль-ная область применения	Универсальные	Basic, Паскаль, Simula
		Специализированные	Ада, Модула
Процедурность	Возможность абстрагиро-ваться от деталей алго-ритма решения задачи	Процедурные	Паскаль, Ада, Basic
		Непроцедурные	Prolog, Langin, FoxPro

1.2 Средства автоматизированной разработки программ

Общие принципы, используемые при разработке программ:

– частотный принцип – основан на выделении в алгоритмах и в обрабатываемых структурах действий и данных по частоте использования. Для действий, которые часто встречаются при работе программы, обеспечиваются условия их быстрого выполнения. К данным, к которым происходит частое обращение, обеспечивается наиболее быстрый доступ. «Частые» операции стараются делать более короткими;

– принцип модульности. Модуль – часть какой-либо хорошо структурированной системы, выполняющая четко определенные функции.

Способы обособления составных частей программы в отдельные модули могут быть различными. Чаще всего разделение происходит по функциональному признаку. В значительной степени разделение системы на модули определяется используемым методом проектирования программного обеспечения;

– принцип функциональной избирательности является логическим продолжением частотного и модульного принципов и используется при проектировании программного обеспечения, объем которого превосходит имеющийся объем оперативной памяти. В программном обеспечении выделяются модули, которые постоянно должны быть в состоянии готовности для эффективной организации вычислительного процесса. Эту часть в программном обеспечении называют ядром или монитором. При формировании состава монитора требуется удовлетворить двум противоречивым требованиям. В состав монитора, помимо чисто управляющих модулей, должны войти наиболее часто используемые модули. Программы, входящие в состав монитора, постоянно хранятся в оперативной памяти. Остальные части программного обеспечения постоянно хранятся на внешних запоминающих устройствах и загружаются в оперативную память только по вызову, перекрывая друг друга при необходимости;

– принцип генерируемости – основное положение этого принципа определяет такой способ исходного представления программного обеспечения, который бы позволял осуществлять настройку на конкретную конфигурацию технических средств, круг решаемых проблем, условия работы пользователя;

– принцип функциональной избыточности – учитывает возможность проведения одной и той же работы (функции) различными средствами. Особенно важен учет этого принципа при разработке пользовательского интерфейса;

– принцип «умолчания» – применяется для облегчения организации связей с системой как на стадии генерации, так и при работе с уже готовой программой. Принцип основан на хранении в системе базовых описаний структур, модулей, конфигураций оборудования и данных, определяющих условия работы с программой;

– общесистемные принципы – при создании и развитии программного обеспечения рекомендуется применять следующие общесистемные принципы:

– принцип включения – предусматривает, что требования к созданию, функционированию и развитию программного обеспечения определяются со стороны более сложной, включающей его в себя системы;

– принцип системного единства – на всех стадиях создания, функционирования и развития программного обеспечения его целостность будет обеспечиваться связями между подсистемами, а также функционированием подсистемы управления;

– принцип информационного единства, т.е. во всех подсистемах, средствах обеспечения и компонентах программного обеспечения используются единые термины, символы, условные обозначения и способы представления;

– принцип развития – предусматривает в программном обеспечении возможность его наращивания и совершенствования компонентов и связей между ними;

– принцип комплексности – заключается в том, что программное обеспечение обеспечивает связность обработки информации как отдельных элементов, так и для всего объема данных в целом на всех стадиях обработки;

– принцип совместимости – состоит в том, что язык, символы, коды и средства обеспечения программного обеспечения согласованы, обеспечивают совместное функционирование всех его подсистем и сохраняют открытой структуру системы в целом;

– принцип инвариантности – предопределяет, что подсистемы и компоненты программного обеспечения инвариантны к обрабатываемой информации, т.е. являются универсальными или типовыми.

Особенностью автоматизации разработки является использование общих ресурсов. Основные виды совместного доступа к ресурсам:

– использования утилит, общих для всех программ комплекса. Так, например, утилита проверки орфографии доступна из всех программ пакета;

– применение объектов, которые могут находиться в совместном использовании нескольких программ;

– реализация простого метода перехода из одного приложения к другому;

– реализация построенных на единых принципах средств автоматизации работы с приложе-нием, что позволяет организовать комплексную обработку информации при минимальных затратах на программирование и обучение программированию на языке макроопределений.

Совместное использование объектов с несколькими приложениями – краеугольный камень современной технологии интеграции программ и манипулирования данными. Разработаны два основных стандарта в этой области: динамической компоновки и встраивания объектов Object Linking and Embedding (OLE) фирмы Microsoft, OpenDoc фирм Apple, Borland, IBM, Novell и WordPerfect.

Механизм динамической компоновки объектов дает возможность пользователю помещать информацию, созданную одной прикладной программой, в документ, формируемый в другой. При этом пользователь может редактировать информацию в новом документе средствами того продукта, с помощью которого этот объект был создан (при редактировании автоматически запускается соответствующее приложение). Запущенное приложение и программа обработки документа-контейнера выводит на экран «согласованные» меню, часть пунктов которого принадлежит одной программе, а другая часть – другой. Данный механизм позволяет переносить OLE-объекты из окна одной прикладной программы в окно другой.

В этой технологии предусмотрена возможность общего использования функциональных ресурсов программ. Например, модуль построения графиков табличного процессора может быть использован в текстовом редакторе.

Недостатком данной технологии является ограничение на размер объекта размером одной страницы.

OpenDoc – объектно-ориентированная система, базирующаяся на открытых стандартах фирм участников разработки. Предполагается совместимость между OLE и OpenDoc.

Диалоговые программы

Для конечных пользователей требуется создание таких средств и методов общения с вычислительной системой, благодаря которым, не владея профессионально приемами программирования, они могли бы удовлетворять свои информационные потребности при взаимодействии с машиной.

Пользователь и компьютер могут взаимодействовать в пакетном и диалоговом режимах.

Пакетный режим был наиболее распространен при централизованной организации решения задач. Организация вычислительного процесса при пакетном режиме строится без доступа пользователя к ЭВМ. Его функции ограничиваются подготовкой исходных данных по комплексу (пакету) задач и передачей их в центр обработки, содержащий задание для ЭВМ на обработку, программы и нормативно-справочные данные. Пакет вводится в ЭВМ и реализуется в автоматическом режиме в соответствии с приоритетами задач без участия пользователя, что позволяет минимизировать время выполнения заданного набора задач. При этом работа ЭВМ может проходить в однопрограммном или многопрограммном режиме, что предпочтительнее, так как обеспечивается параллельная работа основных устройств машины.

Диалоговый режим взаимодействия пользователя и ЭВМ обеспечивает возможность оперативного вмешательства человека в процесс обработки информации на ЭВМ. При коллективном диалоге с вычислительной системой управленческий персонал организации может использовать в автоматизированном процессе решения производственно-хозяйственных задач большой набор слабо формализуемых факторов в соответствии со своим опытом и знаниями реальной экономической ситуации.

Диалог представляет собой обмен информационными сообщениями между участниками процесса, когда прием, обработка и выдача сообщений происходят в реальном масштабе времени.

В основе машинной диалоговой технологии обработки информации лежит взаимодействие человека и ЭВМ во время решения задачи посредством передачи и приема сообщений через терминальные устройства. При диалоге типа «человек – ЭВМ» целью пользователя является получение данных в процессе решения задачи. Цель использования ЭВМ – оказание помощи пользователю при выполнении рутинных операций.

Понимание при диалоге достигается наличием единой системы языковых знаков или кодов, из которых формируются сообщения. Общие знания и умения у партнеров диалога обеспечивают эффективное понимание друг друга.

Если роли участников диалога заданы жестко, то такой диалог называется жестким, например, режим работы «вопрос–ответ» с указанием того, кому из партнеров принадлежит инициатива. Альтернативная жесткая структура задает множество предписанных вариантов диалога, пред-ставляемых пользователю в виде меню, как правило, иерархической структуры, из которого он выбирает направление решения задачи. Такой диалог называется гибким. Свободным называется диалог, позволяющий участникам общения обмениваться информацией произвольным образом.

Диалоговые системы решения задач для пользователей-специалистов в области управления должны обеспечивать относительно простые, но надежные сервисные функции по синтактическому, логическому и численному контролю исходных данных; корректировке хранимой в памяти ЭВМ информации; прерыванию процедуры выполнения алгоритмического процесса с возвратом в ближайшую к прерванной процедуре точку алгоритма с восстановлением соответствующих ей исходных состояний файлов.

Эксплуатационные характеристики диалоговых систем должны удовлетворять следующим требованиям:

– адаптация пользователя к системе;

– единообразие вычислительных, логических процедур и терминологии;

– снабжение пользователя справочной информацией и необходимыми инструкциями, выводи-мыми на экран видеотерминала или печатающее устройство с указанием моментов получения помощи от ЭВМ или необходимости проведения ответных действий;

– использование кратких форм диалога;

– наличие защитных средств информации в системе, реализуемых операционными системами и специальными программами.

Технология обработки данных в диалоговом режиме на ЭВМ предполагает:

– организацию в реальном времени непосредственного диалога пользователя и машины, в ходе которого ЭВМ информирует человека о состоянии решаемой задачи и предоставляет ему возможность активно воздействовать на ход ее решения;

– обеспечение реактивности, т.е. оперативной циркуляции сообщений как между функциональными задачами (программами), так и между задачами и пользователем.

Для решения практических задач структура диалога включает различные возможные способы обмена информацией между пользователем и ЭВМ, т.е. диалоговая система содержит множество запросов и соответствующих им ответных сообщений. Каждому запросу соответствует несколько альтернативных ответных сообщений. Схема диалога разрабатывается на весь комплекс решаемых задач. Каждому пользователю выделяются отдельные части схемы диалога с целью автоматического контроля его полномочий и для предотвращения несанкционированного доступа.

Наиболее распространенными типами организации диалога являются меню, шаблон, команда, естественный язык.

Меню как тип диалога очень удобен для конечного пользователя. Реализация диалога типа «меню» возможна через вывод на экран видеотерминала определенных функций системы.

Выбор конкретной функции пользователем может осуществляться:

– набором на клавиатуре требуемой директивы или ее сокращенного обозначения;

– набором на клавиатуре номера необходимой функции;

– подведением курсора в строку экрана с нужной пользователю функцией;

– нажатием функциональных клавиш, запрограммированных на реализацию данной функции.

При наличии различных вариантов ответов на ввод функций пользователем в последующих шагах производится детализация, или уточнение действий.

Частным случаем диалога типа «меню» является режим ответа ДА/НЕТ, т.е. пользователю предлагаются два альтернативных варианта ответа: ДА или НЕТ.

Шаблон – режим взаимодействия конечного пользователя и ЭВМ, на каждом шаге которого система воспринимает только синтаксически ограниченное по формату входное сообщение пользователя. Варианты ответа пользователя ограничиваются форматами, предъявляемыми ему на экране видеотерминала. Диалог может быть реализован через:

– указание системой на экране дисплея формата вводимого пользователем сообщения;

– резервирование места для сообщения пользователя в тексте сообщения системы на экране терминала.

Диалог «шаблон» используется для ввода данных, значения которых понятны или являются профессиональными терминами, известными пользователю по его предметной области.

Различают жесткий и свободный шаблон. Жесткий шаблон предусматривает, чтобы количество вводимых пользователем символов обязательно соответствовало числу разрядов, выделенных программой на экране дисплея. При свободном шаблоне задается предельно допустимое поле, в которое вносится конкретное значение.

Разновидностью данного типа диалога является простой запрос: пользователю предоставляется возможность вводить массив, состоящий более чем из одного сообщения, по формату, заданному системой. Диалог в этом случае сводится всего лишь к одному шагу, а в качестве сообщений на экране компьютера могут быть выведены анкетные данные работающих, номенклатура материальных ценностей.

Диалог типа «команда» инициируется пользователем. При этом выполняется одна из допустимых на данном шаге диалога команд пользователя. Их перечень отсутствует на экране, но легко вызывается на экран с помощью специальной директивы или функциональной клавиши (обычно F1). При вводе ошибочной команды (нет в списке, не тот формат или синтаксис) выдается сообщение об ошибке.

Естественный язык – тип диалога, при котором запрос и ответ со стороны пользователя ведется на языке, близком к естественному. Пользователь формулирует задачу, но с набором установленных программной средой слов, фраз и синтаксиса языка. Система может уточнять формулировку пользователя. Разновидностью диалога является речевое общение с системой.

Обычно при решении задач используется сочетание нескольких типов диалога. Это дает воз-можность общаться с системой как пользователю-неспециалисту (должен знать свой пароль и свое меню), так и пользователю-специалисту с более широким диапазоном выполняемых функций.

Для всех категорий пользователей программных средств, работающих в режиме диалога, обязательной является включаемая в них система помощи и средств обучения (HELP), ускоряющая как процесс освоения, так и процесс работы. Освоение основных функций любого пакета диалогового типа не должно требовать специальных знаний в области языков программирования, архитектуры ЭВМ.

Пользователь работает с различными диалоговыми программными системами, поэтому в них целесообразно закладывать некоторое единообразие. Например, использование функциональных клавиш F1 и F10 обеспечивает вызов помощи и выход из системы, применение управляющих клавиш или их комбинаций для управления состоянием процесса вычислений.

Все большее распространение как форма диалогового взаимодействия пользователя с ЭВМ приобретает его работа в мультимедийной среде – объединенное взаимодействие различных каналов передачи информации от машины к человеку. Мультимедийные технологии находят применение в обучающих системах, в компьютерной мультипликации и рекламе, в системах автоматизации проектирования и экспертных системах.

Ускоряется общий процесс технологической обработки данных в распределенных (децентрализованных) системах обработки данных на базе ПК, работающих в режиме диалога. Ввод данных с клавиатуры позволяет повысить достоверность вводимой информации за счет визуального контроля на экране, применения логико-синтактического метода контроля, снизить затраты на проведение операций по формированию отдельных массивов и баз данных.

Диалоговая технология для системы обработки данных на базе ПК обеспечивает проведение автоматизированного сбора, регистрации и предварительной обработки данных непосредственно на рабочих местах специалистов управления – создание автоматизированных рабочих мест (АРМ). Диалоговая технология приближает вычислительную технику к пользователю, однако требует применения повышенных мер по обеспечению защиты информации от несанкционированного доступа.

Диалоговые системы различаются между собой по различным признакам: виду обрабатываемой информации, технической базе, автономности. Для выбора диалоговой системы, ориентированной на решение однотипного класса задач, устанавливается система критериев или показателей оценки. Целесообразно эффективность диалоговой системы определять с точки зрения пользователя, который главными показателями системы считает время отклика и время ожидания обслуживания, время решения задачи и степень мобильности, обеспечивающей пользователю перечень действий в нерегламентных условиях.