Даже при наличии сотен тысяч программ для ПК пользователям может потребоваться что-то такое, чего не делают (или делают, но не так) имеющиеся программы. В этих случаях для создания новых программ используется инструментальное ПО, позволяющее разрабатывать как системное, так и прикладное программное обеспечение. Следовательно, оно играет в программировании роль средств производства.
Системы программирования – это комплексы программ и прочих средств, предназначенных для разработки и эксплуатации программ на конкретном языке программирования для конкретной архитектуры ПК (платформы).
В состав системы программирования обычно входит редактор текстов программ, транслятор программ, библиотеки подпрограмм и редакторы связей , отладчики , справочные системы, а иногда и различные вспомогательные программы.
Язык программирования – это искусственный язык, с помощью которого записывается алгоритм решения задачи в виде, понятном ПК.
Существует множество языков программирования, и у каждого могут быть десятки версий. Каждый программист пишет программы на том языке, который ему удобен, и нет языка программирования, считающегося общепринятым.
Но у всех языков программирования есть одно общее свойство. Они понятны программистам, но непонятны процессору, так как процессор может работать только с двоичными числами и потому понимает программы, записанные только в машинном коде . Поэтому программы, записанные на любом языке программирования, сначала «переводят» на язык процессора, т.е. превращают в машинный код. Этот перевод выполняют специальные программы-переводчики. По-английски «перевод» называется трансляцией (translation ), поэтому программы, выполняющие перевод программ на язык машинного кода, называют трансляторами .
На этапе трансляции происходит преобразование исходного кода программы в объектный код, который дальше обрабатывается редактором связей. Редактор связей – специальная программа, обеспечивающая построение загрузочного модуля , пригодного к выполнению (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Схема процесса создания загрузочного модуля программы
Различают следующие виды трансляторов: интерпретатор, компилятор.
Интерпретатор берёт очередной оператор языка из текста программы, анализирует его структуру и сразу исполняет. Потом переходит к следующему оператору. Компилятор переводит всю программу в машинные команды.
Из универсальных языков программирования сегодня наиболее популярны следующие: Бейсик (Basic), Паскаль (Pascal), Си++ (C++), Ява (Java).
Для каждого из этих языков программирования сегодня имеется немало систем программирования, выпускаемых различными фирмами и ориентированных на различные модели ПК и операционные системы. Наиболее популярны следующие визуальные среды быстрого проектирования программ для Windows: Microsoft Visual Basic; Borland Delphi; Borland C++Builder; Microsoft Visual Studio (Visual Basic.net, C++, C#, J#).
Современные системы программирования позволяют создавать программы, вызываемые при просмотре Web-страниц в глобальной электронной сети Интернет.
Особым классом систем программирования являются системы для создания приложений типа клиент-сервер. Эти системы позволяют быстро создавать информационные системы для подразделений и даже крупных предприятий. В них содержатся средства для создания пользовательского интерфейса, описания процедур обработки данных, заготовки для выполнения типовых действий по обработке данных и т.д. Эти системы, как правило, позволяют работать с самыми различными СУБД – Oracle, Sybase, Microsoft SQL Server и др. Среди наиболее популярных систем такого рода можно назвать PowerBuilder фирмы Sybase, Delphi фирмы Borland, Visual Basic фирмы Microsoft. Разумеется, средства для создания приложений типа клиент-сервер имеются и в составе СУБД типа клиент-сервер (Oracle, Sybase и др.), но они ориентированы только на данную СУБД.
1. Классификация программного обеспечения
Назначением ЭВМ является выполнение программ. Программа содержит команды, определяющие порядок действии компьютера. Совокупность программ для компьютера образует программное обеспечение (ПО) . По функциональному признаку различают системное и прикладное программное обеспечение.
В первом приближении все программы, работающие на компьютере, можно условно разделить на три категории (смотри рисунок) :
1. прикладные программы , непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ;
2. системные программы , выполняющие различные вспомогательные функции, например:
управление ресурсами компьютера;
создание копий используемой информации;
проверка работоспособности устройств компьютера;
выдача справочной информации о компьютере и др.;
3. инструментальные программные системы , облегчающие процесс создания новых программ для компьютера.
При построении классификации ПО нужно учитывать тот факт, что стремительное развитие вычислительной техники и расширение сферы приложения компьютеров резко ускорили процесс эволюции программного обеспечения.
Если раньше можно было по пальцам перечислить основные категории ПО - операционные системы, трансляторы, пакеты прикладных программ, то сейчас ситуация коренным образом изменилась.
Развитие ПО пошло как вглубь (появились новые подходы к построению операционных систем, языков программирования и т.д.), так и вширь (прикладные программы перестали быть прикладными и приобрели самостоятельную ценность).
Соотношение между требующимися программными продуктами и имеющимися на рынке меняется очень быстро. Даже классические программные продукты, такие, как операционные системы, непрерывно развиваются и наделяются интеллектуальными функциями, многие из которых ранее относились только к интеллектуальным возможностям человека.
Кроме того, появились нетрадиционные программы, классифицировать которые по устоявшимся критериям очень трудно, а то и просто невозможно, как, например, программа - электронный собеседник.
На сегодняшний день можно сказать, что более или менее определённо сложились следующие группы программного обеспечения:
операционные системы и оболочки;
системы программирования (трансляторы, библиотеки подпрограмм, отладчики и т.д.);
интегрированные пакеты программ;
динамические электронные таблицы;
системы машинной графики;
системы управления базами данных (СУБД);
прикладное программное обеспечение.
Структура
программного обеспечения показана на рисунке
.
Разумеется, эту классификацию нельзя считать исчерпывающей, но она более
или менее наглядно отражает направления совершенствования и развития
программного обеспечения.
Операционная система (ОС) -система программ, предназначенная для управления устройствами ЭВМ, управления обработкой и хранением данных, обеспечения пользовательского интерфейса.
Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера - на
диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и
размещается в ОЗУ.
Этот процесс называется загрузкой операционной системы.
В функции операционной системы входит:
Осуществление диалога с пользователем;
ввод-вывод и управление данными;
планирование и организация процесса обработки программ;
распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних
устройств);
запуск программ на выполнение;
всевозможные вспомогательные операции обслуживания;
передача информации между различными внутренними устройствами;
программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры,
дисковых накопителей, принтера и др.).
В зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач и числа пользователей, которых могут обслуживать ОС, различают четыре основных класса операционных систем:
1. однопользовательские однозадачные, которые поддерживают одну клавиатуру и могут работать только с одной (в данный момент) задачей;
2. однопользовательские однозадачные с фоновой печатью , которые позволяют помимо основной задачи запускать одну дополнительную задачу, ориентированную, как правило, на вывод информации на печать. Это ускоряет работу при выдаче больших объёмов информации на печать;
3. однопользовательские многозадачные , которые обеспечивают одному пользователю параллельную обработку нескольких задач. Например, к одному компьютеру можно подключить несколько принтеров, каждый из которых будет работать на "свою" задачу;
4. многопользовательские многозадачные , позволяющие на одном компьютере запускать несколько задач нескольким пользователям. Эти ОС очень сложны и требуют значительных машинных ресурсов.
В различных моделях компьютеров используют операционные системы с разной архитектурой и возможностями. Для их работы требуются разные ресурсы. Они предоставляют разную степень сервиса для программирования и работы с готовыми программами.
Операционная система для персонального компьютера, ориентированного на профессиональное применение, должна содержать следующие основные компоненты:
Программы управления вводом/выводом;
программы, управляющие файловой системой и планирующие задания для
компьютера;
процессор командного языка, который принимает, анализирует и выполняет
команды, адресованные операционной системе.
Каждая операционная система имеет свой командный язык, который позволяет
пользователю выполнять те или иные действия:
обращаться к каталогу;
выполнять разметку внешних носителей;
запускать программы;
... другие действия.
Анализ и исполнение команд пользователя, включая загрузку готовых программ из файлов в оперативную память и их запуск, осуществляет командный процессор операционной системы.
Для управления внешними устройствами компьютера используются специальные системные программы - драйверы. Драйверы стандартных устройств образуют в совокупности базовую систему ввода-вывода (BIOS), которая обычно заносится в постоянное ЗУ компьютера.
Современные операционные системы для ПЭВМ отличаются друг от друга, прежде всего ориентацией на машины определенного класса, поддерживаемыми ими режимами обработки, предоставляемыми сервисными возможностями. Примерами ОС для ПЭВМ являются СР/М, MS DOS, OS/2 Warp (IBM), Windows 95 (Microsoft).
Инструментальные программные средства - это программы, которые используются в ходе разработки, корректировки или развития других прикладных или системных программ.
По своему назначению они близки системам программирования. К инструментальным программам, например, относятся:
редакторы;
средства компоновки программ;
отладочные программы, т.е. программы, помогающие находить и устранять ошибки в программе;
вспомогательные программы, реализующие часто используемые системные действия;
графические пакеты программ и т.п.
Инструментальные программные средства могут оказать помощь на всех стадиях
разработки ПО.
Исходя из задач, поставленных перед инструментальным программным обеспечением, можно выделить большое количество различных по назначению видов инструментального программного обеспечения:
1) Текстовые редакторы
2) Интегрированные среды разработки
4) Компиляторы
5) Интерпретаторы
6) Линковщики
7) Парсерыигенераторы парсеров(см.Javacc)
8) Ассемблеры
9) Отладчики
10) Профилировщики
11) Генераторы документации
12) Средства анализа покрытия кода
13) Средства непрерывной интеграции
14) Средства автоматизированного тестирования
15) Системы управления версиямии др.
Следует отметить, что оболочки для создания прикладных программ создаются также инструментальными программами и поэтому могут быть отнесены к прикладным программам. Рассмотрим кратко назначения некоторых инструментальных программ.
Заключение
Итак, подытожив все вышесказанное, следует отметить, что инструментальное программное обеспечение является одним из видов программного обеспечения, обладая его общими задачами и функциями.
Однако, являясь узкоспециализированным видом программного обеспечения, обладает определенным набором уникальных свойств и функций, обеспечивающих решение свойственных ему задач.
Необходимо отметить наметившуюся тенденцию к упрощению процесса программирования и создания определенного подкласса – полупрофессиональное программирование для прикладных целей.
Именно это позволит опытному пользователю компьютера, но не профессиональному программисту, создавать некие приложения и небольшие исполняемые в среде Microsoft Office файлы, используемые в первую очередь для целей учета и обеспечения документооборота в небольших компаниях.
Именно с этой целью Microsoft был разработан программный комплекс Visual Basic for Application, позволяющий облегчить процесс программирования и давший возможность заниматься прикладным программированием пользователям, а не программистам. Данная возможность была реализована в первую очередь путем создания раздела программы – «Редактор сценариев» и возможности записывать и исполнять «Макросы», как отдельную разновидность графически программируемых модулей. Реализована возможность создания приложений сграфическим интерфейсомдля MSWindows. Также достоинством данного вида инструментального программного обеспечения является простойсинтаксис, позволяющий очень быстро освоить язык, и применять его для программирования во всех стандартных приложениях Microsoft Office.
Поэтому трудно переоценить значение инструментального обеспечения в целом, и Visual Basic for Application в частности, хотя недостатки, а о них было сказано выше, также имеют место. Но это скорее даже не негативные стороны продукта, а ориентиры для дальнейшего совершенствования инструментального обеспечения в лице Visual Basic for Application.
Список использованных источников
1. Алгоритмические языки реального времени /Под ред. Янга С./ 2004 г.
2. Журнал PC Magazine Russian Edition №2 2008г. Компьютер сегодня.
3. Информатика. /Под ред. Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К/ – М.: ACADEMIA, 2000.
4. Информатика и информационные технологии: Учебник /Под ред. Романова Д.Ю./ ООО «издательство «Эксмо», 2007.
5. Новейшая энциклопедия персонального компьютера /Под ред. Леонтьева В. /Москва, 1999 год. – 271 с.
6. Новые языки программирования и тенденции их развития /Под ред. Ушковой В./ 2001 г.
7. Педагогика /Под ред. Пидкасистого П.И./ – М.: Педагогическое общество Россия, 2000.
8. Программирование для Microsoft Excel 2000 за 21 день. /Под ред. Хариса М./ – М.: Вильямс, 2000.
9. Симонович С. Информатика: базовый курс. Учеб. для ВУЗов. СПб, Питер, 2002 г.
10. С Excel 2000 без проблем. /Под ред. Ковальски/ – М.: Бином, 2000.
11. «Эффективная работа в Windows 98» /Под ред. Стинсона К./ 2000 год. – 247 с.
12. Языки программирования. кн.5 /Под ред. Ваулина А.С./ 2003 г.
13. Языки программирования: разработка и реализация /Под ред. Терренса П./ 2001 г.
14. Электронный учебник по информатике. Алексеев Е.Г.http://www.stf.mrsu.ru/economic/lib/Informatics/text/Progr.html \
Для инструментального программного обеспечения, как особой разновидности программного обеспечения, характерны общие и частные
функции, как и для всего программного обеспечении в целом. Общие функции рассмотрены нами выше, а специализированными функциями, присущими только данному типу программ, являются:
1. Создание текста разрабатываемой программы с использованием специально установленных кодовых слов (языка программирования), а также определенного набора символов и их расположения в созданном файле - синтаксис программы.
2. Перевод текста создаваемой программы в машинно-ориентированный код, доступный для распознавания ЭВМ. В случае значительного объема создаваемой программы, она разбивается на отдельные модули и каждый из модулей переводится отдельно.
3. Соединение отдельных модулей в единый исполняемый код, с соблюдением необходимой структуры, обеспечение координации взаимодействия отдельных частей между собой.
4. Тестирование и контроль созданной программы, выявление и устранение формальных, логических и синтаксических ошибок, проверка программ на наличие запрещенных кодов, а также оценка работоспособности и потенциала созданной программы.
Виды инструментального программного обеспечения
Исходя из задач, поставленных перед инструментальным программным обеспечением, можно выделить большое количество различных по назначению видов инструментального программного обеспечения:
1) Текстовые редакторы
2) Интегрированные среды разработки
4) Компиляторы
5) Интерпретаторы
6) Линковщики
7) Парсеры и генераторы парсеров (см. Javacc)
8) Ассемблеры
9) Отладчики
10) Профилировщики
11) Генераторы документации
12) Средства анализа покрытия кода
13) Средства непрерывной интеграции
14) Средства автоматизированного тестирования
15) Системы управления версиями и др.
Следует отметить, что оболочки для создания прикладных программ создаются также инструментальными программами и поэтому могут быть отнесены к прикладным программам. Рассмотрим кратко назначения некоторых инструментальных программ.
Текстовые редакторы.
Текстовый редактор -- компьютерная программа, предназначенная для обработки текстовых файлов, такой как создание и внесение изменений.
Типы текстовых редакторов.
Условно выделяют два типа редакторов: потоковые текстовые редакторы и интерактивные.
1) Потоковые текстовые редакторы
Потоковые текстовые редакторы представляют собой компьютерные программы, которые предназначены для автоматизированной обработки входных текстовых данных, полученных из текстового файла, в соответствии с заранее заданными пользователями правилами. Чаще всего правила представляют собой регулярные выражения, на специфичном для данного конкретного текстового редактора диалекте. Примером такого текстового редактора может служить редактор Sed.
2) Интерактивные текстовые редакторы
Интерактивные текстовые редакторы - это семейство компьютерных программ предназначенных для внесения изменений в текстовый файл в интерактивном режиме. Такие программы позволяют отображать текущее состояние текстовых данных в файле и производить над ними различные действия.
Часто интерактивные текстовые редакторы содержат значительную дополнительную функциональность, призванную автоматизировать часть действий по редактированию, или внести изменение в отображение текстовых данных, в зависимости от их семантики. Примером функциональности последнего рода может служить подсветка синтаксиса.
Текстовые редакторы предназначены для создания и редактирования текстовых документов. Наиболее распространенными являются MS WORD, Лексикон. Основными функциями текстовых редакторов являются:
1) работа с фрагментами документа,
2) вставка объектов созданных в других программах
3) разбивка текста документа на страницы
4) ввод и редактирование таблиц
5) ввод и редактирование формул
6) форматирование абзаца
7) автоматическое создание списков
8) автоматическое создание оглавления.
Известны десятки текстовых редакторов. Наиболее доступными являются NOTEPAD(блокнот), WORDPAD, WORD. Работа конкретного редактора текста определяется обычно функциями, назначение которых отражено в пунктах меню и в справочной системе.
Интегрированная среда разработки
Интегрированная среда разработки, ИСР-- система программных средств, используемая программистами для разработки программного обеспечения (ПО). Обычно среда разработки включает в себя:
1) текстовый редактор
2) компилятор и/или интерпретатор
3) средства автоматизации сборки
4) отладчик.
Иногда содержит также средства для интеграции с системами управления версиями и разнообразные инструменты для упрощения конструирования графического интерфейса пользователя. Многие современные среды разработки также включают браузер классов, инспектор объектов и диаграмму иерархии классов -- для использования при объектно-ориентированной разработке ПО. Хотя, и существуют среды разработки, предназначенные для нескольких языков программирования -- такие, как Eclipse, NetBeans, Embarcadero RAD Studio, Qt Creator или Microsoft Visual Studio, обычно среда разработки предназначается для одного определённого языка программирования - как, например, Visual Basic, Delphi, Dev-C++.
Частный случай ИСР -- среды визуальной разработки, которые включают в себя возможность визуального редактирования интерфейса программы.
SDK (от англ. Software Development Kit) или «devkit» -- комплект средств разработки, который позволяет специалистам по программному обеспечению создавать приложения для определённого пакета программ, программного обеспечения базовых средств разработки, аппаратной платформы, компьютерной системы, видеоигровых консолей, операционных систем и прочих платформ.
Программист, как правило, получает SDK непосредственно от разработчика целевой технологии или системы. Часто SDK распространяется через Интернет. Многие SDK распространяются бесплатно для того, чтобы поощрить разработчиков использовать данную технологию или платформу.
Поставщики SDK иногда подменяют термин Software в словосочетании Software Development Kit на более точное слово. Например, «Microsoft» и «Apple» предоставляют Driver Development Kits (DDK) для разработки драйверов устройств, а «PalmSource» называет свой инструментарий для разработки «PalmOS Development Kit (PDK)».
Примеры SDK:
5) Java Development Kit
6) Opera Devices SDK
Компиляторы.
Компилятор --
1) Программа или техническое средство, выполняющее компиляцию.
2) Машинная программа, используемая для компиляции.
3) Транслятор, выполняющий преобразование программы, составленной на исходном языке, в объектный модуль.
4) Программа, переводящая текст программы на языке высокого уровня в эквивалентную программу на машинном языке.
5) Программа, предназначенная для трансляции высокоуровневого языка в абсолютный код или, иногда, в язык ассемблера. Входной информацией для компилятора (исходный код) является описание алгоритма или программа на проблемно-ориентированном языке, а на выходе компилятора -- эквивалентное описание алгоритма на машинно-ориентированном языке (объектный код).
Компиляция --
1) Трансляция программы на язык, близкий к машинному.
2) Трансляция программы, составленной на исходном языке, в объектный модуль. Осуществляется компилятором.
Компилировать -- проводить трансляцию машинной программы с проблемно-ориентированного языка на машинно-ориентированный язык.
Виды компиляторов:
1) Векторизующий . Транслирует исходный код в машинный код компьютеров, оснащённых векторным процессором.
2) Гибкий. Составлен по модульному принципу, управляется таблицами и запрограммирован на языке высокого уровня или реализован с помощью компилятора компиляторов.
3) Диалоговый.
4) Инкрементальный. Повторно транслирует фрагменты программы и дополнения к ней без перекомпиляции всей программы.
5) Интерпретирующий (пошаговый). Последовательно выполняет независимую компиляцию каждого отдельного оператора (команды) исходной программы.
6) Компилятор компиляторов. Транслятор, воспринимающий формальное описание языка программирования и генерирующий компилятор для этого языка.
7) Отладочный. Устраняет отдельные виды синтаксических ошибок.
8) Резидентный. Постоянно находится в основной памяти и доступен для повторного использования многими задачами.
9) Самокомпилируемый. Написан на том же языке, с которого осуществляется трансляция.
10) Универсальный. Основан на формальном описании синтаксиса и семантики входного языка. Составными частями такого компилятора являются: ядро, синтаксический и семантический загрузчики.
Виды компиляции:
1) Пакетная . Компиляция нескольких исходных модулей в одном пункте задания.
2) Построчная.
3) Условная. Компиляция, при которой транслируемый текст зависит от условий, заданных в исходной программе. Так, в зависимости от значения некоторой константы, можно включать или выключать трансляцию части текста программы.
Структура компилятора.
Процесс компиляции состоит из следующих этапов:
1) Лексический анализ. На этом этапе последовательность символов исходного файла преобразуется в последовательность лексем.
2) Синтаксический (грамматический) анализ. Последовательность лексем преобразуется в дерево разбора.
3) Семантический анализ. Дерево разбора обрабатывается с целью установления его семантики (смысла) -- например, привязка идентификаторов к их декларациям, типам, проверка совместимости, определение типов выражений и т. д. Результат обычно называется «промежуточным представлением/кодом», и может быть дополненным деревом разбора, новым деревом, абстрактным набором команд или чем-то ещё, удобным для дальнейшей обработки.
4) Оптимизация. Выполняется удаление излишних конструкций и упрощение кода с сохранением его смысла. Оптимизация может быть на разных уровнях и этапах -- например, над промежуточным кодом или над конечным машинным кодом.
5) Генерация кода. Из промежуточного представления порождается код на целевом языке.
В конкретных реализациях компиляторов эти этапы могут быть разделены или совмещены в том или ином виде.
Трансляция и компоновка.
Важной исторической особенностью компилятора, отражённой в его названии (англ. compile -- собирать вместе, составлять), являлось то, что он мог производить и компоновку (то есть содержал две части -- транслятор и компоновщик). Это связано с тем, что раздельная компиляция и компоновка как отдельная стадия сборки выделились значительно позже появления компиляторов. В связи с этим, вместо термина «компилятор» иногда используют термин «транслятор» как его синоним: либо в старой литературе, либо когда хотят подчеркнуть его способность переводить программу в машинный код (и наоборот, используют термин «компилятор» для подчёркивания способности собирать из многих файлов один).
Интерпретаторы.
Интерпретатор (языка программирования) --
1) Программа или техническое средство, выполняющее интерпретацию.
2) Вид транслятора, осуществляющего пооператорную (покомандную) обработку и выполнение исходной программы или запроса (в отличие от компилятора, транслирующего всю программу без её выполнения).
3) Программа (иногда аппаратное средство), анализирующая команды или операторы программы и тут же выполняющая их.
4) Языковый процессор, который построчно анализирует исходную программу и одновременно выполняет предписанные действия, а не формирует на машинном языке скомпилированную программу, которая выполняется впоследствии.
Типы интерпретаторов.
Простой интерпретатор анализирует и тут же выполняет (собственно интерпретация) программу покомандно (или построчно), по мере поступления её исходного кода на вход интерпретатора. Достоинством такого подхода является мгновенная реакция. Недостаток -- такой интерпретатор обнаруживает ошибки в тексте программы только при попытке выполнения команды (или строки) с ошибкой.
Интерпретатор компилирующего типа -- это система из компилятора, переводящего исходный код программы в промежуточное представление, например, в байт-код или p-код, и собственно интерпретатора, который выполняет полученный промежуточный код (так называемая виртуальная машина). Достоинством таких систем является большее быстродействие выполнения программ (за счёт выноса анализа исходного кода в отдельный, разовый проход, и минимизации этого анализа в интерпретаторе). Недостатки -- большее требование к ресурсам и требование на корректность исходного кода. Применяется в таких языках, как Java, PHP, Python, Perl (используется байт-код), REXX (сохраняется результат парсинга исходного кода), а также в различных СУБД (используется p-код).
В случае разделения интерпретатора компилирующего типа на компоненты получаются компилятор языка и простой интерпретатор с минимизированным анализом исходного кода. Причём исходный код для такого интерпретатора не обязательно должен иметь текстовый формат или быть байт-кодом, который понимает только данный интерпретатор, это может быть машинный код какой-то существующей аппаратной платформы. К примеру, виртуальные машины вроде QEMU, Bochs, VMware включают в себя интерпретаторы машинного кода процессоров семейства x86.
Некоторые интерпретаторы (например, для языков Лисп, Scheme, Python, Бейсик и других) могут работать в режиме диалога или так называемого цикла чтения-вычисления-печати (англ. read-eval-print loop, REPL). В таком режиме интерпретатор считывает законченную конструкцию языка (например, s-expression в языке Лисп), выполняет её, печатает результаты, после чего переходит к ожиданию ввода пользователем следующей конструкции.
Уникальным является язык Forth, который способен работать как в режиме интерпретации, так и компиляции входных данных, позволяя переключаться между этими режимами в произвольный момент, как во время трансляции исходного кода, так и во время работы программ.
Следует также отметить, что режимы интерпретации можно найти не только в программном, но и аппаратном обеспечении. Так, многие микропроцессоры интерпретируют машинный код с помощью встроенных микропрограмм, а процессоры семейства x86, начиная с Pentium (например, на архитектуре Intel P6), во время исполнения машинного кода предварительно транслируют его во внутренний формат (в последовательность микроопераций).
Алгоритм работы простого интерпретатора:
2. проанализировать инструкцию и определить соответствующие действия;
3. выполнить соответствующие действия;
4. если не достигнуто условие завершения программы, прочитать следующую инструкцию и перейти к пункту 2.
Достоинства и недостатки интерпретаторов.
Достоинства:
1) Большая переносимость интерпретируемых программ -- программа будет работать на любой платформе, на которой есть соответствующий интерпретатор.
2) Как правило, более совершенные и наглядные средства диагностики ошибок в исходных кодах.
3) Упрощение отладки исходных кодов программ.
4) Меньшие размеры кода по сравнению с машинным кодом, полученным после обычных компиляторов.
Недостатки:
1) Интерпретируемая программа не может выполняться отдельно без программы-интерпретатора. Сам интерпретатор при этом может быть очень компактным.
2) Интерпретируемая программа выполняется медленнее, поскольку промежуточный анализ исходного кода и планирование его выполнения требуют дополнительного времени в сравнении с непосредственным исполнением машинного кода, в который мог бы быть скомпилирован исходный код.
3) Практически отсутствует оптимизация кода, что приводит к дополнительным потерям в скорости работы интерпретируемых программ.
Компоновщик.
Компоновщик (также редактор связей, линкер) -- программа, которая производит компоновку -- принимает на вход один или несколько объектных модулей и собирает по ним исполнимый модуль.
Для связывания модулей компоновщик использует таблицы имён, созданные компилятором в каждом из объектных модулей. Такие имена могут быть двух типов:
1) Определённые или экспортируемые имена -- функции и переменные, определённые в данном модуле и предоставляемые для использования другим модулям.
2) Неопределённые или импортируемые имена -- функции и переменные, на которые ссылается модуль, но не определяет их внутри себя.
Работа компоновщика заключается в том, чтобы в каждом модуле разрешить ссылки на неопределённые имена. Для каждого импортируемого имени находится его определение в других модулях, упоминание имени заменяется на его адрес.
Компоновщик обычно не выполняет проверку типов и количества параметров процедур и функций. Если надо объединить объектные модули программ, написанные на языках со строгой типизацией, то необходимые проверки должны быть выполнены дополнительной утилитой перед запуском редактора связей.
Ассемблер.
Ассемблер (от англ. assembler -- сборщик) -- компьютерная программа, компилятор исходного текста программы, написанной на языке ассемблера, в программу на машинном языке.
Как и сам язык (ассемблера), ассемблеры, как правило, специфичны конкретной архитектуре, операционной системе и варианту синтаксиса языка. Вместе с тем существуют мультиплатформенные или вовсе универсальные (точнее, ограниченно-универсальные, потому что на языке низкого уровня нельзя написать аппаратно-независимые программы) ассемблеры, которые могут работать на разных платформах и операционных системах. Среди последних можно также выделить группу кросс-ассемблеров, способных собирать машинный код и исполняемые модули (файлы) для других архитектур и ОС.
Ассемблирование может быть не первым и не последним этапом на пути получения исполняемого модуля программы. Так, многие компиляторы с языков программирования высокого уровня выдают результат в виде программы на языке ассемблера, которую в дальнейшем обрабатывает ассемблер. Также результатом ассемблирования может быть не исполняемый, а объектный модуль, содержащий разрозненные и непривязанные друг к другу части машинного кода и данных программы, из которого (или из нескольких объектных модулей) в дальнейшем с помощью программы-компоновщика («линкера») может быть скомпонован исполнимый файл.
Отладчик или дебаггер является модулем среды разработки или отдельным приложением, предназначенным для поиска ошибок в программе. Отладчик позволяет выполнять пошаговую трассировку, отслеживать, устанавливать или изменять значения переменных в процессе выполнения программы, устанавливать и удалять контрольные точки или условия остановки и т. д.
Список отладчиков.
1) AQtime -- коммерческий отладчик для приложений, созданных для.NET Framework версии 1.0, 1.1, 2.0, 3.0, 3.5 (включая ASP.NET приложения), а также для Windows 32- и 64-битных приложений.
2) DTrace -- фреймворк динамической трассировки для Solaris, OpenSolaris, FreeBSD, Mac OS X и QNX.
3) Electric Fence -- отладчик памяти.
4) GNU Debugger (GDB) -- отладчик программ от проекта GNU.
5) IDA -- мощный дизассемблер и низкоуровневый отладчик для операционных систем семейства Windows и Linux.
6) Microsoft Visual Studio -- среда разработки программного обеспечения, включающая средства отладки от корпорации Microsoft.
7) OllyDbg -- бесплатный низкоуровневый отладчик для операционных систем семейства Windows.
8) SoftICE -- низкоуровневый отладчик для операционных систем семейства Windows.
9) Sun Studio -- среда разработки программного обеспечения, включающая отладчик dbx для ОС Solaris и Linux, от корпорации Sun Microsystems.
10) Dr. Watson -- стандартный отладчик Windows, позволяет создавать дампы памяти.
11) TotalView -- один из коммерческих отладчиков для UNIX.
12) WinDbg -- бесплатный отладчик от корпорации Microsoft.
Генератор документации -- программа или пакет программ, позволяющая получать документацию, предназначенную для программистов (документация на API) и/или для конечных пользователей системы, по особым образом комментированному исходному коду и, в некоторых случаях, по исполняемым модулям (полученным на выходе компилятора).
Обычно генератор анализирует исходный код программы, выделяя синтаксические конструкции, соответствующие значимым объектам программы (типам, классам и их членам/свойствам/методам, процедурам/функциям и т. п.). В ходе анализа также используется мета-информация об объектах программы, представленная в виде документирующих комментариев. На основе всей собранной информации формируется готовая документация, как правило, в одном из общепринятых форматов -- HTML, HTMLHelp, PDF, RTF и других.
Документирующие комментарии.
Документирующий комментарий -- это особым образом оформленный
Инструментальное ПО или системы программирования - это системы для автоматизации разработки новых программ на языке программирования. В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования (языке системного программирования) нужно иметь следующие компоненты: 1. Текстовый редактор для создания файла с исходным текстом программы. 2. Компилятор или интерпретатор. Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в промежуточный объектный код. Исходный текст большой программы состоит из нескольких модулей (файлов с исходными текстами). Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом, которые затем надо объединить в одно целое. 3. Редактор связей или сборщик, который выполняет связывание объектных модулей и формирует на выходе работоспособное приложение – исполнимый код. Исполнимый код – это законченная программа, которую можно запустить на любом компьютере, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась. Как правило, итоговый файл имеет расширение.ЕХЕ или.СОМ. 4. В последнее время получили распространение визуальный методы программирования (с помощью языков описания сценариев), ориентированные на создание Windows-приложений. Этот процесс автоматизирован в средах быстрого проектирования. При этом используются готовые визуальные компоненты, которые настраиваются с помощью специальных редакторов. Наиболее популярные редакторы (системы программирования программ с использованием визуальных средств) визуального проектирования:
Borland Delphi - предназначен для решения практически любых задачи прикладного программирования
Borland C++ Builder – это отличное средство для разработки DOS и Windows приложений
Microsoft Visual Basic – это популярный инструмент для создания Windows-программ
Microsoft Visual C++ - это средство позволяет разрабатывать любые приложения, выполняющиеся в среде ОС типа Microsoft Windows
1.3.2. Файловые системы
Все современные ОС обеспечивают создание файловой системы, которая предназначена для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Основные функции файловой системы можно разделить на две группы:
Функции для работы с файлами (создание, удаление, переименование файлов и т.д.)
Функции для работы с данными, которые хранятся в файлах (запись, чтение, поиск данных и т.д.)
Известно, что файлы используются для организации и хранения данных на машинных носителях. Файл – это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем или поименованная область на машинных носителях. Структурирование множества файлов на машинных носителях осуществляется с помощью каталогов, в которых хранятся атрибуты (параметры и реквизиты) файлов. Каталог может включать множество подкаталогов, в результате чего на дисках образуются разветвленные файловые структуры.Организация файлов в виде древовидной структуры называется файловой системой. Принцип организации файловой системы – табличный. Данные о том, в каком месте на диске записан файл, хранится в таблице размещения файлов (File Allocation Table, FAT). Эта таблица размещается в начале тома. В целях защиты тома на нем хранятся две копии FAT. В случае повреждения первой копии FAT дисковые утилиты могут воспользоваться второй копией для восстановления тома. По принципу построения FAT похожа на оглавление книги, так как операционная система использует ее для поиска файла и определения кластеров, которые этот файл занимает на жестком диске. Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора 512 байт. Поскольку размер FAT – таблицы ограничен, то для дисков, размер которых превышает 32 Мбайт, обеспечить адресацию к каждому отдельному сектору не представляется возможным. В связи с этим группы секторов условно объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, не фиксирован и зависит от емкости диска.
Сначала для дискет и небольших жестких дисков (менее 16 Мбайт) использовалась 12-разрядная версия FAT (так называемая FAT12). Затем в MS-DOS была введена 16-разрядная версия FAT для более крупных дисков. Операционные системы MS DOS, Win 95, Win NT реализуют 16 – разрядные поля в таблицах размещения файлов. Файловая система FAT32 была введена в Windows 95 OSR2 и поддерживается в Windows 98 и Windows 2000. FAT32 представляет собой усовершенствованную версию FAT, предназначенную для использования на томах, объем которых превышает 2 Гбайт. FAT32 обеспечивает поддержку дисков размером до 2 Тбайт и более эффективное расходование дискового пространства. FAT32 использует более мелкие кластеры, что позволяет повысить эффективность использования дискового пространства. В Windows XP применяется FAT32 и NTFS. Более перспективным направлением в развитии файловых систем стал переход к NTFS (New Technology File System – файловая система новой технологии)с длинными именами файлов и надежной системой безопасности. Объем раздела NTFS не ограничен. В NTFS минимизируется объем дискового пространства, теряемый вследствие записи небольших файлов в крупные кластеры. Кроме того, NTFS позволяет экономить место на диске, сжимая сам диск, отдельные папки и файлы.
По способам именования файлов различают “короткое” и “длинное” имя. Согласно соглашению, принятому в MS-DOS, способом именования файлов на компьютерах IBM PC было соглашение 8.3., т.е. имя файла состоит из двух частей: собственно имени и расширения имени. На имя файла отводится 8 символов, а на его расширение – 3 символа. Имя от расширения отделяется точкой. Как имя, так и расширение могут включать только алфавитно-цифровые символы латинского алфавита. Имена файлов, записанные в соответствии с соглашением 8.3, считаются “короткими”. С появлением операционной системы Windows 95 было введено понятие “длинного” имени. Такое имя может содержать до 256 символов. Этого вполне достаточно для создания содержательных имен файлов. “Длинное” имя может содержать любые символы, кроме девяти специальных: \ / : * ? “ < > |. В имени разрешается использовать пробелы и несколько точек. Имя файла заканчивается расширением, состоящим из трех символов. Расширение используется для классификации файлов по типу. Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему. Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые проходит. В качестве разделителя используется символ “\” (обратный слеш - обратная косая черта).Например: D:\Documents and Settings\ТВА\Мои документы\lessons-tva\ robots.txt Несмотря на то, что данные о местоположении файлов хранятся в табличной структуре, пользователю они представляются в виде иерархической структуры – людям так удобнее, а все необходимые преобразования берет на себя операционная система. К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции, происходящие под управлением операционной системы:
создание файлов и присвоение им имен;
создание каталогов (папок) и присвоение им имен;
переименование файлов и каталогов (папок);
копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками) одного диска;
удаление файлов и каталогов (папок);
навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);
управление атрибутами файлов.
