Программа и этапы ее разработки. Структура программы

Команды, выполняемые процессором компьютера, являются электрическими сигналами, которые можно представить в виде последовательностей нулей и единиц. Каждой команде соответствует своя последовательность – двоичное число или машинный код. Написать программу на нем может только очень опытный программист, хорошо знающий архитектуру процессора (его устройство) и систему команд (набор допустимых инструкций). Поэтому большинство программ создаются при помощи посредников, в качестве которых выступают алгоритмические языки или языки программирования.

Совокупность средств и правил представления алгоритма в виде, пригодном для выполнения компьютером, называется языком программирования.

Программа – это запись алгоритма на языке программирования.

В процессе создания любой программы можно выделить несколько этапов.

1.Постановка задачи – выполняется специалистом в предметной области на естественном языке (русском, английском, языком рисунков или жестов…). При этом определяются цели задачи, ее содержание и общий поход к решению. Возможно, что задача решается точно (аналитически), и без компьютера можно обойтись. Уже на этапе постановки задачи надо учитывать эффективность выбранного алгоритма решения, ограничения, накладываемые аппаратным и программным обеспечением компьютера.

2. Анализ задачи и моделирование – определяются исходные данные и результат решения задачи, выявляются ограничения на их значения, выполняется формализованное описание задачи и построение математической модели, пригодной для решения на компьютере.

3. Разработка или выбор алгоритма решения задачи – выполняется на основе ее математического описания. Многие задачи можно решить различными способами. Программист должен выбрать оптимальное решение. Неточности в постановке, анализе задачи или разработке алгоритма могут привести к скрытойошибке – программист получает неверный результат, считая его правильным.

4. Проектирование общей структуры программы – формируется модель решения с последующей детализацией и разбивкой на подпрограммы, определяется архитектура программы, способ хранения информации, структуры данных, наиболее подходящие для реализации выбранного алгоритма.

5. Кодирование – запись алгоритма на языке программирования. Современные системы программирования (Delphi) позволяют ускорить процесс разработки программы, автоматически создавая часть ее текста, однако вся творческая работа по-прежнему лежит на программисте. Для успешной реализации целей проекта программисту необходимо использовать современные технологии и методы программирования: структурное, модульное и объектно-ориентированное программирование.

6. Отладка и тестирование программы. Под отладкой понимается устранение ошибок в программе, не выявленных в процессе компиляции. Тестирование позволяет вести их поиск и, в конечном счете, убедиться в том, что полностью отлаженная программа дает правильный результат. Для этого разрабатывается система тестов – специально подобранных контрольных примеров с такими наборами параметров, для которых решение задачи известно. Тестирование должно охватывать все возможные ветвления в программе, то есть проверять все ее инструкции, и включать такие исходные данные, для которых решение невозможно. Проверка особых, исключительных ситуаций, необходима для анализа корректности. В ответственных проектах большое внимание уделяется так называемой защите от дурака (fool-tolerance), подразумевающей устойчивость программы к неумелому обращению пользователем. Использование специальных программ-отладчиков, которые позволяют выполнять программу по отдельным шагам, просматривая при этом промежуточные результаты, значительно упрощает этот этап.

7. Анализ результатов – если программа выполняет моделирование какого-либо известного процесса, следует сопоставить результаты вычислений с результатами наблюдений. В случае существенного расхождения необходимо изменить модель.

8. Сопровождение программы – включает консультацию по работе с программой и обучение персонала. Устраняются недостатки и ошибки, замеченные в процессе эксплуатации.

Таким образом, программа реализует алгоритм решения задачи. Основными характеристиками программы являются следующие:

· точность полученного результата,

· время выполнения,

· объем требуемой памяти.

Функционирование программы связано с обработкой данных. Данные, предназначенные для обработки, называются исходными и задаются обычно в начале выполнения программы. Программа по ходу выполнения может запрашивать недостающие исходные данные. Основной способ их задания – ввод с клавиатуры. Программа может также считывать исходные данные из файлов.

В процессе выполнения программы исходные данные преобразуются в результаты. Результаты выводятся на экран или принтер в текстовом или графическом виде, а также могут быть записаны в файл на диске.

Таким образом, в программе выполняются следующие действия:

1. ввод данных,

2. определение представления этих данных в памяти компьютера (создание структур данных),

3. определение операций по обработке структур данных в соответствии с заданным алгоритмом – создание базовых структур,

4. вывод результатов работы.

Типовой алгоритм вычислительного процесса, реализованного в программе, имеет вид:

Программа на Паскале имеет четко выраженную структуру – последовательность разделов, нарушать которую нежелательно.

Любая программа состоит из заголовка и разделов.

Заголовок записывается как первая строка программы и начинается со слова Program, за которым следует имя программы: