Презентация Лекции 3 – 4. Методологии программирования онлайн

Содержание слайда: ЛЕКЦИИ 3 – 4 Методологии программирования

Содержание слайда: Трехуровневая организация ЭВМ

Содержание слайда: Трехуровневая организация ЭВМ Платформа – видимые программисту средства поддержки программного продукта каждым из этих уровней абстракции. Типы платформ: Аппаратная платформа – тип аппаратной архитектуры, на котором может быть установлен программный продукт. Операционная платформа – тип операционной системы и системного интерфейса, с которым может работать программный продукт. Языковая платформа – язык программирования и интерфейс прикладного программирования (библиотеки), на котором может быть реализован программный продукт.

Содержание слайда: Основные понятия и определения Методология – совокупность методов, применяемых в жизненном цикле и объединенных общим философским подходом. С каждой методологией можно связать некоторые характерные для нее атрибуты: Философский подход (или основной принцип), являющийся простым для формулирования и определяющий основной источник эффективности методологии. Согласованное, связанное множество моделей методов, через которые реализуется данная методология. Концепции (понятия, замыслы), поддерживающие методы и позволяющие более точно их определить.

Содержание слайда: Основные понятия и определения Синтаксис – правила образования текстов. Для описания синтаксиса наиболее часто используется система обозначений Бэкуса-Наура: Метапеременные представляют собой слова или группы слов, заключенных в угловые скобки ‘< >’. Под значением метапеременной понимается некоторая конечная последовательность основных символов языка, из которых, в конечном счете состоят программы. Символ ‘::=’ означает «определяется как» Символ ‘|’ означает «или» Произвольное количество повторений (в том числе и ноль) некоторой конструкции заключается в символы ‘{ }’. Символы, указанные в ‘[ ]’, являются необязательными.

Содержание слайда: Основные понятия и определения Семантика – правила истолкования текста тем, кому они адресованы. В отличии от синтаксиса семантика обычно описывается словесно, на естественном языке. Одним из формальных подходов к описанию семантики является операционный подход. В нем семантика описывается в терминах некоторого вычислителя (машины), например абстрактной (воображаемой, виртуальной) машины. В процессе работы вычислителя меняется состояние программы, образуемое значениями ее переменных. Существует некоторое начальное состояние, а также результат исполнения программы.

Содержание слайда: Алгоритмическое происхождение некоторых методологий Четыре основные методологии: Первая модель – абстрактная вычислительная машина Тьюринга. Она определяет методологию императивного программирования. Вторая модель – рекурсивные функции Гильберта и Аккермана. От них унаследовала свои идеи и конструкции методология структурного программирования. Третья модель – лямбда-исчисление Черча, Шейнфинкеля и Карри. Эти идеи активно развиваются в методологии функционального программирования. Четвертая модель – нормальные алгорифмы Маркова. Считается что эта модель послужила основой логического программирования.

Содержание слайда: Отображение структур языка Сущность языка определяют три его составные части: Структура данных. Структура управления. Логика.

Содержание слайда: Отображение структур языка Данные → Данные. Отображение представляет собой процесс укрупнения данных и операций над ними и приводит к методам модульности и абстрактных типов данных. Управление → Управление. Отображение, связанное с понижением уровня структуры управления языка моделирования, ведет к идее методологии структурного программирования. Логика → Логика. Отображение лежит в основе методологии логического программирования. Данные → Управление. Отображение активизирует пассивные данные, преобразуя их в активные процессы и лежит в основе методологии функционального программирования, а также определяет методологию объектно-ориентированного программирования.

Содержание слайда: Отображение структур языка Данные → Логика. Отображение дает возможность по совокупности операций построить логическую структуру и определяет методологию программирования на ограничениях. Управление → Данные. Отображение лежит в основе методов интерпретации и определяет методологию доступ-ориентированного программирования. Управление → Логика. Отображение лежит в основе методов расшифровки смысла задачи. Логика → Данные. Отображение может быть связано с типизацией данных и определяет метод развитой системы типов и приведений. Логика → Управление. Отображение может быть использовано в системах структурного синтеза.

Содержание слайда: Виды методологий Методологий императивного программирования. Методология объектно-ориентированного программирования. Методология функционального программирования. Методология логического программирования. Методология программирования на ограничениях.

Содержание слайда: Смешанные методологии Методология структурного императивного программирования (методология структурного программирования). Методология императивного параллельного программирования (методология параллельного программирования). Методология логического параллельного программирования.

Содержание слайда: Методология императивного программирования Методология императивного программирования – подход, характеризующийся принципом последовательного изменения состояния вычислителя пошаговым образом. Методы и концепции: Метод изменения состояний заключается в последовательном изменении состояний. Метод поддерживается концепцией алгоритма. Метод управления потоком исполнения заключается в пошаговом контроле управления. Метод поддерживается концепцией потока исполнения.

Содержание слайда: Методология императивного программирования Основное понятие – оператор. Две группы операторов: Атомарные операторы, у которых никакая часть не является самостоятельной. Структурные операторы, объединяющие другие операторы в новый, более крупный оператор (составной, выбора, цикла и т.п.)

Содержание слайда: Методология императивного программирования <оператор> ::= <простой оператор> | <структурный оператор> <простой оператор> ::= <оператор присваивания> | <оператор вызова> | <оператор возврата> <структурный оператор> ::= <составной оператор> | <оператор ветвления> | <оператор цикла> <оператор присваивания> ::= <переменная> := <выражение> <оператор вызова> ::= <имя подпрограммы> ( [ <параметры> ]); <оператор возврата> ::= return [<выражение>]; <составной оператор> ::= begin <оператор> {; <оператор>} end <оператор выбора> ::= if <выражение> then <оператор> | if <выражение> then <оператор> else <оператор> <оператор цикла> ::= while <выражение> do <оператор>

Содержание слайда: Методология объектно-ориентированного программирования Методология объектно-ориентированного программирования – это подход, использующий объектную декомпозицию, при которой статическая структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами. Методы и концепции: Метод объектно-ориентированной декомпозиции заключается в выделении объектов и связей между ними. Метод поддерживается концепциями инкапсуляции, наследования и полиморфизма. Метод абстрактных типов данных – это метод, лежащий в основе инкапсуляции. Метод поддерживается концепцией абстрагирования. Метод пересылки сообщений заключается в описании поведения системы в терминах обмена сообщениями между объектами. Метод поддерживается концепцией сообщения.

Содержание слайда: Методология объектно-ориентированного программирования Инкапсуляция – это сокрытие информации и комбинирование данных и функций, которые аналогичны абстрактным типам данных. Наследование – построение иерархии порожденных объектов с возможностью для каждого такого объекта, относящегося к иерархии, доступа к методам и данным всех порождающих объектов. Полиморфизм – присваивание действию одного имени, которое затем разделяется вверх и вниз по иерархии объектов, причем каждый объект иерархии выполняет это действие способом, подходящим именно ему.

Содержание слайда: Методология объектно-ориентированного программирования Свойства экторной модели параллельных вычислений Хьюита: объектом является процесс, который может иметь различные внутренние состояния. При получении сообщения объект становится активным; извне внутренние состояния объекта может быть изменено только посредством передачи ему сообщения, специфицирующего выполняемую объектом операцию; во время работы объект может обмениваться сообщениями с другими объектами.

Содержание слайда: Методология объектно-ориентированного программирования Языки объектно-ориентированного программирования можно разделить на три группы: Чистые языки, в наиболее классическом виде, поддерживающие объектно-ориентированную методологию (Simula, Smalltalk). Гибридные языки, которые появились в результате внедрения объектно-ориентированных конструкций в популярный императивный язык программирования (C++, Object pascal, Ada 95). Урезанные (очищенные) языки, которые появились в результате удаления из гибридных языков наиболее опасных и ненужных с объектно-ориентированной точки зрения конструкций (Java, C#).

Содержание слайда: Методология функционального программирования Методология функционального программирования – способ составления программ, в котором единственным действием является вызов функции, единственным способом расчленения программ на части – введение имени функции и задания для этого имени выражения, вычисляющего значения функции, а единственным правилом композиции – оператор суперпозиции функции. Методы и концепции: Метод аппликативности заключается в том, что программа есть выражение, составленное из применения функций к аргументам. Метод поддерживается концепцией функции. Метод рекурсивного поведения заключается в самоповторяющемся поведении, возвращающегося к самому себе. Метод поддерживается концепцией рекурсии. Метод настраиваемости заключается в том, что можно легко порождать новые программные объекты по образцу, как значения соответствующих выражений.

Содержание слайда: Методология логического программирования Методология логического программирования – подход, согласно которому программа содержит описание проблемы в терминах фактов и логических формул, а решение проблемы система выполняет с помощью механизмов логического вывода. Методы и концепции: Метод единообразия заключается в одинаковом применении механизма логического доказательства ко всей программе. Метод унификации – это механизм сопоставления с образцом для создания и декомпозиции структур данных.

Содержание слайда: Методология программирования на ограничениях Методология программирования на ограничениях – это подход, при котором в программе определяется тип данных решения, предметная область решения и ограничения на значение искомого решения. Методы и концепции: Метод описательной модели вычислений заключается в том, что программа на языке программирования содержит описание понятий и задач. Метод поддерживается концепцией модели.

Содержание слайда: Методология структурного императивного программирования Методология структурного императивного программирования – подход, заключающийся в задании хорошей топологии императивных программ, ориентированной на сокращение количества общих затрат на разработку программного обеспечения. Принципы: последовательная декомпозиция алгоритма решения задачи сверху вниз; использование структурного кодирования. Методы и концепции: Метод алгоритмической композиции сверху вниз заключается в пошаговой детализации постановки задачи, начиная с наиболее общей задачи. Поддерживается концепцией алгоритма. Метод модульной организации частей программы заключается в разбиении программы на специальные компоненты, называемые модулями. Метод поддерживается концепцией модуля. Метод структурного кодирования заключается в использовании при кодировании трех основных управляющих конструкций. Метод поддерживается концепцией управления.

Содержание слайда: Оператор goto

Содержание слайда: Методология императивного параллельного программирования Методология императивного параллельного программирования – подход, в котором предполагается использование явных конструкций для параллельного исполнения выбранных фрагментов программ. Методы и концепции: Метод синхронизации исполняемого кода заключается в использовании специальных атомических (атомарных) операций для осуществления взаимодействия между одновременно исполняемыми фрагментами кода. Метод поддерживается концепцией примитивов синхронизации.

Содержание слайда: Методология императивного параллельного программирования Уровни параллелизма: параллелизм на уровне микрокоманд; параллелизм на уровне операторов (кроме циклов); параллелизм на уровне циклов и итераций; параллелизм на уровне подпрограмм (процедур и функций); параллелизм на уровне потоков управления; параллелизм на уровне процессов; параллелизм на уровне приложений.

Содержание слайда: Синтаксис параллельного программирования <процесс> ::= <простой процесс> | <структурный процесс> <простой процесс> ::= <послать значение> | <принять значение> | <процесс вычислительной модели> <структурный процесс> ::= <последовательный процесс> | <параллельный процесс> <послать значение> ::= <канал связи> << <выражение>; <принять значение> ::= <канал связи> >> <выражение>; <процесс вычислительной модели> ::= <любые вычислительные действия, не зависящие от наличия параллелизации> <последовательный процесс> ::= seq <процесс> {<процесс>}* end <параллельный процесс> ::= par <процесс> {<процесс>}* end

Содержание слайда: Языковые подходы к параллельному программированию Программирование на параллельном языке программирования Программирование на широко распространенном языке программирования, который расширен языковыми распараллеливающими конструкциями. Программирование с использованием дополнительных указаний компилятору на уровне языка прагм. Программирование на распространенном языке программирования с использованием коммуникационных библиотек и интерфейсов для организации межпроцессорного взаимодействия. Применение средств автоматического распараллеливания последовательных программ такими инструментами, как компиляторы.

Содержание слайда: Прочие методологии Методология автоматного программирования – это подход, предполагающий использование аппарата конечных автоматов. Методология программирования, управляемая потоками данных, - это подход, заключающийся в том, что операции срабатывают не последовательно, а в зависимости от готовности данных. Методология программирования, управляемого событиями, - подход, заключающийся в структуризации программного кода, основанного на идее наличия предопределенного множества именованных событий. Методология доступ-ориентированного программирования – подход, в котором функции с переменными связываются таким образом, что при доступе к переменной процедура будет вызываться автоматически.