Файл: Алгоритмизация как обязательный этап разработки программы (Устройство современных компьютеров).pdf

В профессиональной деятельности компьютеры помогают человеку выполнять сложные громоздкие вычисления, обрабатывать большие объемы информации, оформлять чертежи, осуществлять поиск нужных данных среди множества записей и реализовывать огромное количество других операций по обработке информации.

Помогают компьютеры и в быту, причем это направление их использования также активно развивается. Удаленное приобретение билетов, бронирование посещения культурных мероприятий, управление работой бытовой техники автомобилями, просмотр видео, виртуальные игры со многими участниками – все это стало доступно благодаря развитию микропроцессорной техники и появлению глобальной вычислительной сети Интернет.

Компьютеры и Интернет сделали доступными быстрые межконтинентальные контакты между людьми в режиме реального времени. Теперь новости распространяются практически мгновенно, и имеют аудиторию во все цивилизованное человечество.

Появление компьютеров придало новый импульс развитию науки и техники, ускорению научно-технического прогресса. Благодаря быстрому распространению новостей, возможности обмениваться идеями, гипотезами и научными достижениями ученые получили уникальные возможности удаленного сотрудничества, на каких бы расстояниях друг от друга они не находились.

Можно утверждать, что компьютерная техника является важным инструментом осуществления многих действий для каждого современного человека. Значит, необходимо уметь грамотно и эффективно этим инструментом пользоваться.

Понимание устройства современного компьютера, знание видов программного обеспечения, умение самостоятельно разработать алгоритм и сформировать компьютерную программу для решения профессиональных задач важны для каждого современного специалиста.

Алгоритмизация является важным этапом в разработке современного программного обеспечения.

Одним из актуальных направлений взаимодействия с компьютером является понимание программного принципа управления и изучение языков программирования.

Актуальность курсовой работы заключается в том, что современному специалисту важно научиться разрабатывать алгоритмы решения поставленных профессиональных задач и реализовывать их с помощью конкретного языка программирования, выработать понимание логики работы компьютера и научиться эффективному взаимодействию с компьютерной техникой путем организации грамотного диалога с ней.

Объектом исследования курсовой работы являются алгоритмы.

Предметом исследования курсовой работы является алгоритмизация как этап разработки программного обеспечения.

Цель курсовой работы – изучение алгоритмизации как обязательного этапа разработки компьютерных программ.

Задачи курсовой работы:

изучить понятие алгоритма, его свойств и способов описания;
исследовать этапы разработки программного обеспечения и роль алгоритмизации среди этих этапов;
рассмотреть алгоритмизацию на практических примерах разработки программ на языке программирования PascalABC;
подвести итоги выполнения курсовой работы.

1 ЭТАПЫ РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

1.1 Устройство современных компьютеров

Первая электронно-вычислительная машина была сконструирована в середине двадцатого века американскими учеными. Первый компьютер, названный ENIAC (от англ. Electronic Numerical Integrator And Calculator –электронный цифровой интегратор и калькулятор), был предназначен для осуществления сложных вычислений в военных целях.

Машина была построена на основе вакуумных ламп и электромеханических реле. Электронно-вычислительная машина (ЭВМ) ENIAC занимала зал площадью около 200 квадратных метров и имела веем более 27 тонн. В ее состав входило порядка 18000 радиоламп. Из-за большого количества ламп, которые сильно нагревались и иногда перегорали, конструкторам ENIAC пришлось решать специфические задачи: для того, чтобы не допускать перегрева устройства, была разработана специальная система охлаждения, которая по размерам не уступала самой ЭВМ.

Большое количество ламп требовало большого расхода электроэнергии. Бесперебойная работа компьютера также имела временные ограничения, поэтому ученые должны были успеть выполнить расчеты за время функционирования ENIAC.

Первый компьютер осуществлял вычисления в десятичной системе счисления, не имел внутренней памяти для размещения программ во время выполнения программы и внешней для хранения программ и данных. Программирование осуществлялось на физическом уровне путем переключения контактов на специальной коммутационной панели.

Несмотря на все конструкционные и функциональные недостатки первого компьютера его реализация стала огромным научным достижением. Первый компьютер ENIAC представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Первая электронно-вычислительная машина

После первого опыта конструирования и эксплуатации электронного вычислительного устройства были сделаны инженерные выводы о том, как надо строить другие аналогичные устройства.

Такая информация была обобщена в докладе группы ученых под руководством американского математика Джона Фон Неймана и получила название принципов фон Неймана.

К основным принципам фон Неймана относят:

принцип двоичного кодирования – вся информация в компьютерах должна быть представлена в двоичной форме, что оправданно и легко реализуемо технически;
принцип программного управления – компьютер должен работать под управлением программы, загружаемой для работы во внутреннюю память устройства; храниться программы должны на устройствах внешней памяти;
принцип универсальности - программы и данные должны быть представлены с помощью единых методов кодирования и храниться в одинаковых ячейках памяти;
принцип адресности памяти – все пространство памяти компьютера должно состоять из ячеек памяти, каждая из которых должна иметь свой уникальный адрес (номер), по которому к ячейке можно обратиться напрямую;
для организации операций ввода - вывода информации нужны специальные устройства – устройства ввода-вывода информации (сегодня их называют внешние или периферийные устройства).

На основе вышеуказанных принципов была предложена архитектура аппаратной части компьютера, которую называют архитектурой фон Неймана (рисунок 2).

Рисунок 2 – Архитектура фон Неймана

Принципы фон Неймана актуальны с середины двадцатого века, даже сегодня многие компьютеры (в частности – персональные компьютеры) организованы на их основе.

Развитие архитектуры фон Неймана получило развитие в современном магистрально-модульном принципе построения компьютеров, позволяющем собирать компьютеры из комплектующих любых производителей в любой комплектации. Эти устройства подключаются к компьютеру при помощи унифицированных разъемов. Информация передается от устройства к устройству с помощью системных шин – магистралей. Магистрально – модульный принцип построения компьютеров представлен на рисунке 3.[2]

Рисунок 3 – Магистрально-модульный принцип построения ЭВМ

Физическое подключение внешних устройств к современному персональному компьютеру представлено на рисунке 4.

Рисунок 4 – Подключение периферийных устройств к ПК

1.2 Языки программирования

Компьютеры работают под управлением программ. Для разработки программ используется специальный вид программного обеспечения – инструментальное программное обеспечение и среды разработки.

Языком программирования называют формальную знаковую систему, предназначенную для записи компьютерных программ.

Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, задающих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (компьютер) под её управлением.

Классификация языков программирования представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Классификация языков программирования

Язык программирования Pascal, который использован в курсовой работе для реализации практической части, относится к процедурно-ориентированным языкам программирования. Современные версии языка – такие, как Delphi, Lazarus, PascalABC поддерживают концепцию объектно-ориентированного программирования.

1.3 Этапы разработки программных продуктов

За время развития отрасли разработки программных продуктов сложились определенные технологии их создания на основе различных подходов и различных концепций программирования.

Одним из основных представлений методологии проектирования информационных систем является понятие жизненного цикла программного обеспечения информационной системы.

Жизненным циклом информационной системы называется непрерывный процесс, начинающийся в момент принятия решения о необходимости ее разработки и оканчивающийся в момент ее полного исключения из эксплуатации.

Для регламентации жизненного цикла информационных систем разработан ряд стандартов – и международных, и российских. Стандарты не указывают конкретные процессы разработки программного обеспечения информационных систем, не ограничивая свободу программистов, но предъявляют к ним определенные требования, обязательные к исполнению, а также контурно очерчивают процесс разработки.

Наиболее популярными стандартами, регламентирующими жизненный цикл информационных систем, являются:

ГОСТ 34.601-90 регламентирует автоматизированные системы и определяет этапы и стадии их создания. Стандарт описывает содержание работ на каждом этапе. Данный стандарт лучше всего соответствует каскадной модели жизненного цикла.
ISO/IEC 12207:1995 стандартизирует процессы и организацию жизненного цикла информационных систем, но не содержит описания фаз, стадий и этапов. Стандарт распространяется на все виды заказного программного обеспечения.
Rational Unified Process (RUP) регламентирует итеративную модель разработки, состоящую из четырх фаз:
- - начало;
  - исследование;
  - построение;
  - внедрение.

Каждую фазу возможно разделить на этапы (итерации), в результате которых выпускается версия для внутреннего или внешнего использования. Выполнение основных четырех фаз считают циклом разработки, каждый цикл завершается генерацией текущей версии системы. Если после этого работа над проектом не прекращается, то полученный продукт продолжает развиваться и снова проходит через те же фазы.

Microsoft Solution Framework (MSF) аналогичен предыдущему стандарту и описывает следующие фазы:
- - анализ;
  - проектирование;
  - разработка;
  - стабилизация.

Модель является итерационной и предусматривает применение объектно-ориентированного подхода к моделированию.

Extreme Programming (XP) – экстремальное программирование - было презентовано в 1996 году . Это один из самых современных и новых стандартов разработки информационных систем. В основу этой методологии заложен принцип командной работы, эффективной коммуникации между заказчиком и исполнителем в течение выполнения всех проектных работ. Разработка предполагает использование последовательно дорабатываемых прототипов.

При разработке программных продуктов обычно выделяют следующие основные этапы:

разработка требований;
проектирование;
реализация;
тестирование;
ввод в действие.

Наиболее популярными моделями разработки программного обеспечения являются:

каскадная модель;
итерационная модель;
спиральная модель.

Каскадная модель жизненного цикла программного обеспечения информационной системы представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Каскадная модель жизненного цикла программного обеспечения

Каскадный подход был приемлем для разработки информационных систем, для которых еще в начале разработки возможно весьма точно и полно сформулировать все требования. Такой подход дает возможность разработчикам свободу наилучшей с технической точки зрения реализации каждого этапа.