2. Прикладное программное обеспечение
Прикладные программы могут использоваться автономно или в составе программных комплексов или пакетов. Прикладное ПО – программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых работ на ПК: редактирование текстовых документов, создание рисунков или картинок, создание электронных таблиц и т.д.
Пакеты прикладных программ – это система программ, которые по сфере применения делятся на проблемно – ориентированные, пакеты общего назначения и интегрированные пакеты. Современные интегрированные пакеты содержат до пяти функциональных компонентов: тестовый и табличный процессор, СУБД, графический редактор, телекоммуникационные средства.
К прикладному ПО, например, относятся:
Комплект офисных приложений MS OFFICE
Бухгалтерские системы
Финансовые аналитические системы
Интегрированные пакеты делопроизводства
CAD – системы (системы автоматизированного проектирования)
Редакторы HTML или Web – редакторы
Браузеры – средства просмотра Web – страниц
Графические редакторы
Экспертные системы и так далее.
Пакеты прикладных программ (ППП) – это специальным образом организованные программные комплексы, рассчитанные на общее применение в определенной проблемной области и дополненные соответствующей технической документацией.
В зависимости от характера решаемых задач различают следующие разновидности ППП:
пакеты для решения типовых инженерных, планово–экономических, общенаучных задач;
пакеты системных программ;
пакеты для обеспечения систем автоматизированного проектирования и систем автоматизации научных исследований;
пакеты педагогических программных средств и другие.
Чтобы пользователь мог применить ППП для решения конкретной задачи, пакет должен обладать средствами настройки.
Каждый ППП обладает обычно рядом возможностей по методам обработки данных и формам их представления, полноте диагностики, что дает возможность пользователю выбрать подходящий для конкретных условий вариант.
ППП обеспечивают значительное снижение требований к уровню профессиональной подготовки пользователей в области программирования, вплоть до возможности эксплуатации пакета без программиста.
Часто пакеты прикладных программ располагают базами данных для хранения данных и передачи их прикладным программам.
Интегрированные пакеты представляют собой набор нескольких программных продуктов, объединенных в единый удобный инструмент. Наиболее развитые из них включают в себя текстовый редактор, органайзер, электронную таблицу, СУБД, средства поддержки электронной почты, программу создания презентационной графики.
Результаты, полученные отдельными подпрограммами, могут быть объединены в окончательный документ, содержащий табличный, графический и текстовый материал.
Интегрированные пакеты, как правило, содержат некоторое ядро, обеспечивающее возможность тесного взаимодействия между составляющими.
Электронные записные книжки, текстовые редакторы, текстовые процессоры, редакционно–издательские системы, программы–переводчики, программы автореферирования текста, программы и программные модули проверки орфографии, подбора синонимов, лингвистические корректоры, системы, осуществляющие интеллектуальный поиск и обработку текстов, размещенных в сетях и др.
Текстовый редактор – это программа, используемая специально для ввода и редактирования текстовых данных.
Основными функции этого класса прикладных программ заключаются в вводе и редактировании текстовых данных. Дополнительные функции состоят в автоматизации процессов ввода и редактирования.
Основные функции текстового редактора:
обеспечение ввода текста с клавиатуры или из существующего файла;
редактирование текста (добавление, изменение, удаление или копирование фрагментов текста и т.д.);
оформление текста (выбор шрифта, выравнивания, установление межстрочного, межабзацного интервалов и т.п.);
размещение текста на странице (установка размера страницы, полей, отступов; разбиение на колонки и пр.)
сохранение текста в файле на внешнем носителе или получение твердой копии (печать текста);
проверка орфографии, подбор синонимов, поиск и замена;
система подсказок и т.д.
Наиболее распространенные текстовые редакторы: Лексикон, Edit, Слово и дело, Ched, NotePad, Write, Word Pad, Блокнот.
Текстовый процессор отличается от текстового редактора более широкими функциональными возможностями, а именно:
настраиваемое пользователем меню;
использование контекстного меню;
сопровождение текста таблицами и проведение в них простейших расчетов;
вставка графических объектов или создание рисунков с помощью встроенных инструментов;
вставка формул, графиков, диаграмм;
оформление текста списками, буквицами;
использование инструмента автокоррекции текста и его автореферирования;
фоновая проверка орфографии, синтаксиса и др.
Наиболее распространенные текстовые процессоры: Word (Microsoft Office), Word Pro (Lotus SmartSuite), WordPerfect (Perfect Office), WordExpress, Accent, StratusPad – это коммерческие продукты. Существует также альтернативное свободное программное обеспечение для работы с текстом: Emacs, Vim, OpenOffice.org Writer, PolyEdit, Angel Writer и др.
Редакционно–издательские системы (верстка) должны обеспечивать все функции текстового процессора, а также:
воспринимать тексты, созданные в различных текстовых редакторах;
воспринимать отсканированные или нарисованные в графических редакторах иллюстрации, созданные на разных платформах ПК, и корректировать их цвета;
иметь больший набор шрифтов и возможность их графического преобразования (сжатие, растяжение);
возможность для различного "обтекания" рисунка текстом;
обеспечивать автоматическое составление оглавления текста, автоматическое оптимальное размещение текста на странице;
обеспечивать адаптацию к различным печатающим устройствам и т.д.
Полнофункциональные издательские системы – Microsoft Publisher, Corel Ventura и Adobe PageMaker, FrameMaker, QuarkXPress, Ventura Publisher. Издательские системы незаменимы для компьютерной верстки и графики.
Электронные таблицы, пакеты прикладных программ (ППП) для статистической обработки данных, специализированные математические ППП. Электронные таблицы (SuperCalc, Excel, Lotus, Quattro Pro, SDSS Spreadsheet, VistaCalc, GS–Calc и др.) относятся к классу систем обработки числовой информации, называемых Spreadsheet. Буквальный перевод термина "spreadsheet" c английского языка означает "расстеленный лист (бумаги)". Области применения электронных таблиц: бухгалтерский и банковский учет; планирование распределения ресурсов; проектно–сметные работы; инженерно–технические расчеты; статистическая обработка больших массивов информации; исследование динамических процессов.
Табличный процессор – это комплекс взаимосвязанных программ, предназначенный для обработки электронных таблиц.
Электронная таблица – это компьютерный эквивалент обычной таблицы, состоящей из строк и граф, на пересечении которых располагаются ячейки, в которых содержится числовая информация, формулы или текст.
Электронные таблицы представляют комплексные средства для хранения типов данных и их обработки. В некоторой степени они аналогичны системам управления базами данных, но основной акцент смещен не на хранение массивов данных и обеспечение к ним доступа, а на преобразование данных, причем в соответствии с их внутренним содержанием.
В отличие от баз данных, которые обычно содержат широких спектр типов данных (от числовых и текстовых до мультимедийных), для электронных таблиц характерна повышенная сосредоточенность на числовых данных.
Основное свойство электронных таблиц состоит в том, что при изменении содержания любых ячеек таблицы может происходить автоматическое изменение содержания во всех прочих ячейках, связанных с изменениями соотношением заданным математическими или логическими выражениями (формулами). Простота и удобство работы с электронными таблицами снискали им широкое применение в сфере бухгалтерского учета, в качестве универсальных инструментов анализа финансовых, сырьевых и товарных рынков, доступных средств обработки результатов технических испытаний, то есть всюду, где необходимо автоматизировать регулярно повторяющиеся вычисления достаточно больших объемов числовых данных.
Основные возможности электронных таблиц: решение расчетных задач, проведение вычислений по формулам, заданным пользователем; решение оптимизационных задач; анализ и моделирование на основе результатов вычислений; оформление таблиц, отчетов; построение диаграмм требуемого вида; распространение и просмотр электронных таблиц всеми участниками рабочей группы и другое.
Преимущества использования ЭТ при решении задач:
решение задач с помощью электронных таблиц освобождает от составления подробного алгоритма решения задачи и отладки соответствующей программы.
при использовании однотипных формул используется копирование формулы в нужные ячейки.
изменение содержимого любой ячейки приводит к автоматическому пересчету значений всех ячеек таблицы, в которых есть ссылки на данную.
исходные данные и результаты расчетов можно анализировать как в числовом виде, так и представить их с помощью деловой графики. Изменение данных, по которым строились графики, автоматически отразится в изменении графического образа.
Пакеты статистической обработки (Systat, Statistica, Stadia и др.) предназначены, как это ясно из названия, для проведения статистической обработки больших массивов данных. Многие электронные таблицы позволяют пользователю рассчитать не только простые статистические показатели, но и произвести более сложные расчеты с использованием встроенных статистических функций: вычисление коэффициентов корреляции, характеризующих степень сходства результатов разных измерений, ранг числа в списке чисел, коэффициенты функций распределения данных и многое другое. Пакеты статистической обработки имеют развитые средства графического представления исходных данных и результатов расчета. Это не только двумерные диаграммы и графики, но и многомерные изображения.
Универсальные пакеты содержат такие разделы математической статистики, как описательная статистика, парные категории, анализ факторных эффектов, анализ временных рядов, многомерные методы, методы контроля качества и др. Парные критерии оценивают различия между двумя совокупностями данных. Многомерные методы (дискриминантный, кластерный) позволяют по экономическим показателям выделить группы сходных предприятий.
Математические пакеты (Eureka, Mathcad, Mathcad Professional, Matlab, Maple, Mathematica и др.) позволяют решить практически любую математическую задачу и представить результаты расчетов в табличном или графическом виде. Многие математические пакеты имеют развитые средства построения трехмерных поверхностей, задаваемых с помощью функций.
Программные средства работы с графикой – это обширный класс программ, предназначенных для воздания и (или) обработки графических изображений: графические редакторы, графические процессоры, аниматоры; программные средства для работы с трехмерной графикой; средства деловой графики; средства для создания презентаций, средства моделирования и проектирования.
По своему "профессиональному" назначению средства компьютерной графики и анимации можно подразделить на следующие группы:
пакеты компьютерной графики для полиграфии – позволяют дополнять текст иллюстрациями разного происхождения, создавать дизайн страниц и выводить полиграфическую продукцию на печать с высоким качеством;
программы двумерной компьютерной живописи – графические редакторы;
презентационные пакеты, используемые как средства создания разнообразных слайдов для сопровождения докладов, выступлений, рекламных акций;
программы двумерной анимации, используемые для создания динамических изображений и спецэффектов в кино;
программы для двумерного и трехмерного моделирования, применяемые для дизайнерских и инженерных разработок;
пакеты трехмерной анимации, используемые для создания рекламных и музыкальных клипов и кинофильмов;
комплексы для обработки видеоизображений, необходимые для наложения анимационных спецэффектов на видеозапись;
программы для научной визуализации.
Графические редакторы (Painter, Corel Draw, FreeHand, Picture Man и др.) предназначены преимущественно для просмотра, создания и редактирования плоскостных (двумерных) статичных изображений.
Графические процессоры (Adobe Photoshop, Adobe Illustrator) предназначены не столько для создания, сколько для преобразования существующих изображений, полученных путем сканирования, цифровой фотографии и т.д. Они включают в себя в качестве инструментов для обработки изображений разнообразные эффекты.
Графический редактор – это программа, предназначенная для автоматизации процессов построения на экране дисплея графических изображений. Предоставляет возможности рисования линий, кривых, раскраски областей экрана, создания надписей различными шрифтами и т.д.
В данном классе различают следующие категории:
растровые редакторы,
векторные редакторы
3D – редакторы – программные средства для создания и обработки трехмерной графики.
Растровые редакторы применяют в тех случаях, когда графический объект представлен в виде комбинации точек, образующих растр и обладающий свойствами яркости и цвета. Такой подход эффективен в тех случаях, когда графическое изображение имеет много полутонов и информация о цвете элементов, составляющих объект, важнее, чем информация об их форме. Это характерно для фотографических и полиграфических изображений. Растровые редакторы широко применяют для обработки изображений, их ретуши, создания фотоэффектов и художественных композиций (коллажей).
Возможности создания новых изображений средствами растровых редакторов ограничены и не всегда удобны. В большинстве случаев художники предпочитают пользоваться традиционными инструментами, после чего вводить рисунок в компьютер с помощью специальных аппаратных средств (сканеров) и завершать работу с помощью растрового редактора путем применения спецэффектов.
Векторные редакторы отличаются от растровых способом представления данных об изображении. Элементарным объектом векторного изображения является не точка, а линия. Такой подход характерен для чертежно–графических работ, в которых форма линий имеет большее значение, чем информация о цвете отдельных точек, составляющих ее. В векторных редакторах каждая линия рассматривается как математическая кривая третьего порядка и, соответственно, представляется не комбинацией точек, а математической формулой (в компьютере хранятся числовые коэффициенты этой формулы). Такое представление намного компактнее, чем растровое, соответственно данные занимают много меньше места, однако построение любого объекта выполняется не простым отображением точек на экране, а сопровождается непрерывным пересчетом параметров кривой в координаты экранного или печатного изображения. Соответственно, работа с векторной графикой требует более производительных вычислительных систем.
Из элементарных объектов (линий) создаются простейшие геометрические объекты (примитивы) из которых, в свою очередь, составляются законченные композиции. Художественная иллюстрация, выполненная средствами векторной графики, может содержать десятки тысяч простейших объектов, взаимодействующих друг с другом.
Векторные редакторы удобны для создания изображений, но практически не используются для обработки готовых рисунков. Нашли широкое применение в рекламном бизнесе, их применяют для оформления обложек полиграфических изданий и всюду, где стиль художественной работы близок к чертежному.
Редакторы трехмерной графики используют для создания трехмерных композиций. Имеют 2 характерные особенности:
во–первых, они позволяют гибко управлять взаимодействием свойств поверхности изображаемых объектов со свойствами источников освещения;
во–вторых, позволяют создавать трехмерную анимацию.
Поэтому редакторы трехмерной графики нередко называют также 3D–аниматорами.
Программы аниматоры (Animator Pro, PowerAnimator, Animation Works Interactive, Animo и др.) могут создавать и работать как с двумерными, так и с трехмерными изображениями. В отличие от традиционной анимации, где каждый кадр рисуется вручную, в компьютерной двумерной анимации значительную часть рутинной работы берет на себя программа. Используя специальные инструменты пользовательского меню таких программ, можно задать движение по определенной траектории (автоматически будут созданы соответствующие промежуточные кадры) или плавно изменить палитру в течение нескольких кадров (например, постепенно затемнить изображение или убрать часть цветов).
Программы двумерного и трехмерного моделирования (AutoCAD, Sketch, Ray Dream Designer, Crystal 3D Designer, AutoStudio и др.) применяются для дизайнерских и инженерных разработок инженерами–конструкторами, архитекторами, технологами и др.
Программы для научной визуализации (Surfer, Grapher, IRIS Explorer, PV–Wave, Khronos, Data Visualizer, MapViewer и др.) могут быть предназначены для различных целей – от решения проблем муниципального планирования до визуализации солнечных взрывов.
Музыкальные редакторы, синтезаторы звуков, в частности, синтезаторы речи, системы автоматического распознавания речи, звуковые редакторы, голосовые навигаторы, позволяющие реализовать речевой интерфейс пользователя, программы диктовки, позволяющие преобразовывать речь в "письменный" текст, программы для улучшения качества фонограмм и др.
С появлением в 1989 г. звуковых карт, перед пользователями открылись новые возможности. И дело даже не в том, что на порядок улучшилось качество звука. Появилась звуковая подсистема – комплекс программно–аппаратных средств, предназначенный для:
записи звуковых сигналов, поступающих от внешних источников. В процессе записи входные аналоговые звуковые сигналы преобразуются в цифровые и далее могут быть сохранены на винчестере ПК;
воспроизведения записанных ранее звуковых данных с помощью внешней акустической системы или головных телефонов (наушников), воспроизведения звуковых компакт–дисков;
обработки звуковых сигналов: редактирования, объединения или разделения фрагментов сигнала, фильтрации, изменения его уровня и т.п.;
генерирования с помощью синтезатора звучания музыкальных инструментов (мелодичных и ударных), а также человеческой речи и любых других звуков;
микширования (смешивания) при записи или воспроизведении сигналов от нескольких источников;
управления панорамой стереофонического звукового сигнала (кажущимся расположением источников звука) и уровнем сигнала в каждом канале при записи и воспроизведении;
управления работой внешних электронных музыкальных инструментов через специальный интерфейс MIDI (Musical Instrument Device Interface);
управление компьютером и ввод текста с помощью микрофона.
К программным средствам ввода и обработки звуковой информации относятся в основном музыкальные редакторы, синтезаторы звуков, в частности, синтезаторы речи, программы для распознавания речи, редакторы оцифровок реальных звуков (самплов), звуковые редакторы, генераторы стилей звучания музыкальных инструментов, программы для улучшения качества фонограмм и др.
Наиболее популярными программными средствами для синтеза, обработки и воспроизведения звука являются Adagio, TiMidity, Playmidi, Tracker, Gmod, MikMod, XAudio, S3mod, Nspmod, Yampmod и др.
Обpаботка звука обычно направлена на получение новых звуков из уже существующих (например, голос робота), либо придание им дополнительных качеств или устранение существующих (например, добавление эффекта хора, удаление шума или щелчков).
Программы обработки цифрового звука (Cool Editor, Sound Forge, Samplitude, Software Audio Workshop) дают возможность прослушивать выбранные участки, делать вырезки и вставки, амплитудные и частотные преобразования, звуковые эффекты (эхо, реверберацию, фленжеp, дистошн), наложение других оцифровок, изменение частоты оцифровки, генерировать различные виды шумов, синтезировать звук.
Монтаж и редактирование. Состоит в вырезании из записи одних участков, вставке других, их замене, размножении и т.п. Практически каждый музыкальный редактор имеет такие возможности редактирования. Все современные звуко– и видеозаписи в той или иной мере подвергаются монтажу.
Амплитудные преобразования, например, усиление или ослабление звука.
Частотные (спектральные) преобразования, например, фильтрация – усиление или ослабление определенных полос частот.
Фазовые преобразования. Слуховой аппарат человека использует фазу для определения направления на источник звука. Фазовые преобразования стереозвука позволяют получить эффекты вращающегося звука, движущегося источника звука и им подобные.
Временные преобразования. Заключаются в добавлении к основному сигналу его копий, сдвинутых во времени на различные величины. При небольших сдвигах – это дает эффект размножения источника звука, при больших – эффект эха.
Формантные преобразования оперируют с формантами – характерными полосами частот, встречающимися в звуках, произносимых человеком. Каждому звуку соответствует свое соотношение амплитуд и частот нескольких формант, которое определяет тембр и разборчивость голоса.
Обработка речевой информации включает в себя синтез речи и автоматическое распознавание речи.
В настоящее время сфера применения синтезаторов речи непрерывно расширяется: используются различные автоматизированные информационно–справочные системы, системы автоматизированного контроля, способные голосом предупредить человека о состоянии контролируемого объекта, другие системы.
Разработаны устройства, позволяющие преобразовать письменный текст в соответствующее ему фонемное представление, что позволяет воспроизводить в виде речи произвольный текст, хранящийся в памяти компьютера. Немало усилий было положено на то, чтобы снабдить программы и операционные системы графическим интерфейсом пользователя. Сейчас развивается новое направление – речевой интерфейс пользователя. Голосовые навигаторы (PilotVoice, Listen, Just Voice, Speech Recognizer, QwickSwitchBitWare) управляют программами, в какой–то мере заменяя клавиатуру и мышь.
Растет популярность средств автоматического распознавания речи (Automated Speech Recognition, ASR). Системы ASR (программы диктовки DragonDictate, Office TalkKolvox Communication) преобразуют речь в закодированный "письменный" текст. Для этого производится спектральный анализ оцифрованной речи и определяются при помощи специальных математических методов минимальные звуковые единицы языка – фонемы.
Деятельность человека постоянно связана с накоплением информации об окружающей среде, ее отбором и хранением при решении различных задач. Информационные системы, основное назначение которых – информационное обеспечение пользователя, т.е. предоставление ему необходимых сведений из определенной предметной области, помогают человеку решать задачи быстрее и качественнее.
Любая информационная система предназначена для решения некоторого класса задач, включает в себя как хранилище данных, так и средства для реализации информационных процедур. Данные, хранящиеся в запоминающих устройствах, структурированные таким образом, чтобы их могли использовать различные программы, получили название баз данных (БД). Средства создания и управления этими данными получили название систем управления базами данных (СУБД).
База данных – множество данных, организованных для быстрого и удобного способа поиска и извлечения.
Система управления базами данных – совокупность программ и языковых средств, предназначенных для создания, ведения и использования баз данных.
В состав СУБД входят:
управляющие программы, обеспечивающие взаимосвязь с ОС, обработку команд пользователя, очередность их выполнения, контроль завершения операций и пр.;
обрабатывающие программы, включая трансляторы с языков описания данных, языков запросов и языков программирования, редакторы, отладчики;
сервисные программы, обеспечивающие удобный для пользователя интерфейс;
прикладные программы, выполняющие обработку найденных системой данных, вычисления, формирование выходных документов по заданной форме и пр.
Банки данных хранят сведения из самых разных областей человеческой деятельности: это библиотечное и банковское дело, образование и медицина, управление предприятием и государством, право, экология, транспорт, туризм и многое другое. Количество информации, содержащейся в некоторых банках данных, измеряется миллиардами байт. Internet можно рассматривать как гигантский банк данных.
База данных может входить в банк данных, а может использоваться автономно. База данных может содержать информацию практически любого типа. Данные в одной базе данных обычно относятся к какой–либо одной предметной области. Более точно можно сказать, что информация об объекте или отношениях объектов, выраженная в знаковой форме, образует данные.
Для любой базы данных можно говорить о ее логической организации и о ее физической организации.
Физическая организация – это способ представления, размещения и хранения данных на носителе.
Логическая организация представляет собой модель структуры всей совокупности данных. По сути, это способ объединения данных в записи, это "взгляд" на данные с точки зрения их использования в прикладных программах.
Наиболее распространенными способами логической организации данных в БД являются табличный, древовидный, сетевой. Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки. Выбор способа представления данных зависит от особенностей предметной области и тех задач, которые предполагается решать с помощью этих данных.
Системы управления базами данных обычно поддерживают какую–нибудь одну из моделей организации данных, т.е. с их помощью можно создать базу данных вполне определенного типа. Наиболее распространены реляционные СУБД. Это такие известные программные средства, как dBASE, Ребус, Lotus, FoxPro, Clipper, Access, Paradox и многие другие.
К СУБД иерархического типа можно отнести многие системы управления файлами, в частности Norton Commander, Far Manager, Диспетчер файлов и пр. Большинство СУБД, предназначенных для создания и ведения библиотечных баз данных, также иерархического типа.
СУБД сетевого типа используются преимущественно в автоматизированных системах управления и системах управления корпоративными бизнес–процессами.
3. Инструментальное программное обеспечение
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.
В настоящее время в мире существует несколько сотен реально используемых языков программирования, для каждого из которых существует своя область применения. В зависимости от степени детализации предписаний обычно определяется уровень языка программирования – чем меньше детализация, тем выше уровень языка. По этому критерию можно выделить следующие уровни языков программирования:
машинные;
машинно–ориентированные (ассемблеры);
машинно–независимые (языки высокого уровня).
Машинные языки и машинно–ориентированные языки – это языки низкого уровня, требующие указания мелких деталей процесса обработки данных.
Языки же высокого уровня имитируют естественные языки, используя некоторые слова разговорного языка и общепринятые математические символы. Эти языки более удобны для человека.
Языки высокого уровня делятся на:
алгоритмические (Basic, Рascal, C и др.), которые предназначены для однозначного описания алгоритмов;
логические (Рrolog, Lisр и др.), которые ориентированы не на разработку алгоритма решения задачи, а на систематическое и формализованное описание задачи с тем, чтобы решение следовало из составленного описания.
объектно–ориентированные (Object Рascal, C++, Java и др.), в основе которых лежит понятие объекта, сочетающего в себе данные и действия над нами. Программа на объектно–ориентированном языке, решая некоторую задачу, по сути описывает часть мира, относящуюся к этой задаче. Описание действительности в форме системы взаимодействующих объектов естественнее, чем в форме взаимодействующих процедур.
Каждый компьютер имеет свой машинный язык, то есть свою совокупность машинных команд, которая отличается количеством адресов в команде, назначением информации, задаваемой в адресах, набором операций, которые может выполнить машина и др.
При программировании на машинном языке программист может держать под своим контролем каждую команду и каждую ячейку памяти, использовать все возможности имеющихся машинных операций.
Процесс написания программы на машинном языке очень трудоемкий и утомительный. Программа получается громоздкой, труднообозримой, ее трудно отлаживать, изменять и развивать. В случае, когда нужно иметь эффективную программу, в максимальной степени учитывающую специфику конкретного компьютера, вместо машинных языков используют близкие к ним машинно–ориентированные языки (ассемблеры).
Язык Ассемблера – это система обозначений, используемая для представления в удобочитаемой форме программ, записанных в машинном коде.
Он позволяет программисту пользоваться текстовыми мнемоническими (то есть легко запоминаемыми человеком) кодами, по своему усмотрению присваивать символические имена регистрам компьютера и памяти, а также задавать удобные для себя способы адресации. Кроме того, он позволяет использовать различные системы счисления (например, десятичную или шестнадцатеричную) для представления числовых констант, использовать в программе комментарии и др. Перевод программы с языка ассемблера на машинный язык осуществляется специальной программой, которая также называется ассемблером и является, по сути, простейшим транслятором.
Транслятор (англ. translator – переводчик) – это программа–переводчик, которая преобразует программу, написанную на одном из языков высокого уровня, в программу, состоящую из машинных команд .
Трансляторы реализуются в виде компиляторов или интерпретаторов. С точки зрения выполнения работы компилятор и интерпретатор существенно различаются.
С помощью языка программирования создается не готовая программа, а только ее текст, описывающий ранее разработанный алгоритм. Чтобы получить работающую программу, надо этот текст либо автоматически перевести в машинный код (для этого служат программы–компиляторы) и затем использовать отдельно от исходного текста, либо сразу выполнять команды языка, указанные в тексте программы (этим занимаются программы–интерпретаторы).
Компилятор (англ. compiler – составитель, собиратель) читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется .
Компилятор полностью обрабатывает весь текст программы (он иногда называется исходный код), просматривая его в поисках синтаксических ошибок (иногда несколько раз), выполняет определенный смысловой анализ и затем автоматически переводит (транслирует) на машинный язык – генерирует машинный код. Нередко при этом выполняется оптимизация с помощью набора методов, позволяющих повысить быстродействие программы (например, с помощью инструкций, ориентированных на конкретный процессор, путем исключения ненужных команд, промежуточных вычислений и т.д.). В результате законченная программа получается компактной и эффективной, работает в сотни раз быстрее программы, выполняемой с помощью интерпретатора, и может быть перенесена на другие компьютеры с процессором, поддерживающим соответствующий машинный код.
Основной недостаток компиляторов – трудоемкость трансляции языков программирования, ориентированных на обработку данных сложной структуры, часто заранее неизвестной или динамически меняющейся во время работы программы. Тогда в машинный код приходится вставлять множество дополнительных проверок, анализировать наличие ресурсов операционной системы, динамически их захватывать и освобождать, формировать и обрабатывать в памяти компьютера сложные объекты, что на уровне жестко заданных машинных инструкций осуществить довольно трудно, а для ряда задач практически невозможно.
Интерпретатор (англ. interpreter – истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой.
Интерпретатор берет очередной оператор языка их текста программы, анализирует его структуру и затем сразу исполняет (обычно после анализа оператор транслируется в некоторое промежуточное представление или даже машинный код для более эффективного дальнейшего исполнения). Только после того как текущий оператор успешно выполнен, интерпретатор перейдет к следующему. При этом, если один и тот же оператор должен выполняться в программе многократно, интерпретатор всякий раз будет выполнять его так, как будто встретил впервые. Вследствие этого, программы, в которых требуется осуществить большой объем повторяющихся вычислений, могут работать медленно. Кроме того, для выполнения такой программы на другом компьютере там также должен быть установлен интерпретатор – ведь без него текст программы является просто набором символов.
По–другому, можно сказать, что интерпретатор моделирует некую виртуальную вычислительную машину, для которой базовыми инструкциями служат не элементарные команды процессора, а операторы языка программирования.
С помощью интерпретатора допустимо в любой момент остановить работу программы, исследовать содержимое памяти, организовать диалог с пользователем, выполнить сколь угодно сложные преобразования данных и при этом постоянно контролировать состояние окружающей программно–аппаратной среды, благодаря чему достигается высокая надежность работы. Интерпретатор при выполнении каждого оператора проверяет множество характеристик операционной системы и при необходимости максимально подробно информирует разработчика о возникающих проблемах. Кроме того, интерпретатор удобен для использования в качестве инструмента изучения программирования, так как позволяет понять принципы работы любого отдельного оператора языка.
После того, как программа откомпилирована, ни сама исходная программа, ни компилятор больше не нужны. В то же время программа, обрабатываемая интерпретатором, должна заново переводиться на машинный язык при каждом очередном запуске программы.
Откомпилированные программы работают быстрее, но интерпретируемые проще исправлять и изменять.
Каждый конкретный язык ориентирован либо на компиляцию, либо на интерпретацию – в зависимости от того, для каких целей он создавался.
Иногда для одного языка имеется и компилятор, и интерпретатор. В этом случае для разработки и тестирования программы можно воспользоваться интерпретатором, а затем откомпилировать отлаженную программу, чтобы повысить скорость ее выполнения.
В реальных системах программирования перемешаны технологии и компиляции, и интерпретации. В процессе отладки программа может выполняться по шагам, а результирующий код не обязательно будет машинным – он даже может быть исходным кодом, написанным на другом языке программирования (это существенно упрощает процесс трансляции, но требует компилятора для конечного языка), или промежуточным машиннонезависимым кодом абстрактного процессора, который в различных компьютерных архитектурах станет выполняться с помощью интерпретатора и компилироваться в соответствующий машинный код.
Система программирования – это система для разработки новых программ на конкретном языке программирования
Современные системы программирования обычно предоставляют пользователям мощные и удобные средства разработки программ. В них входят:
компилятор или интерпретатор;
интегрированная среда разработки;
средства создания и редактирования текстов программ;
обширные библиотеки стандартных программ и функций;
отладочные программы, т.е. программы, помогающие находить и устранять ошибки в программе;
"дружественная" к пользователю диалоговая среда;
многооконный режим работы;
мощные графические библиотеки; утилиты для работы с библиотеками
встроенный ассемблер;
встроенная справочная служба;
другие специфические особенности.
Популярные системы программирования – Turbo Basic, Quick Basic, Turbo Pascal, Turbo C.
В последнее время получили распространение системы программирования, ориентированные на создание Windows–приложений:
пакет Borland Delphi (Дельфи) – блестящий наследник семейства компиляторов Borland Pascal, предоставляющий качественные и очень удобные средства визуальной разработки. Его исключительно быстрый компилятор позволяет эффективно и быстро решать практически любые задачи прикладного программирования.
пакет Microsoft Visual Basic – удобный и популярный инструмент для создания Windows–программ с использованием визуальных средств. Содержит инструментарий для создания диаграмм и презентаций.
пакет Borland C++ – одно из самых распространенных средств для разработки DOS и Windows приложений.
система программирования на Java, позволяющая компилировать программы для компьютерной платформы, на которой она стоит в том же ключе как и любая другая,. В этом случае главными отличиями Java–программ или Java–applications является использование библиотеки Java–классов, которые обеспечивают разработку безопасных, распределенных систем. Язык Java предназначен для составления программ, которые работают в сетях. Программы, написанные на языке Java, часто используются для создания динамической рекламы в глобальной сети, которые «оживляют» статические картинки Web–страниц и тем самым привлекают внимание пользователей. Достоинством языка является то, что он независим от конкретной архитектуры ЭВМ, и Java–приложения могут работать на различных типах ЭВМ, под управлением различных операционных систем. При работе интерпретатора языка Java исходные тексты транслируются в псевдокод виртуальной Java–машины, который чаще всего называют байт – кодом.
Раздел 2. Базовые офисные технологии
как основа электронного документооборота
в профессиональной деятельности
|
