Интегрированная среда разработки (ИСР) – это система программных средств, используемая программистам для разработки программного обеспечения. В английском языке такая среда называется Integrated development environment или сокращённо IDE.
ИСР обычно включает в себя текстовый редактор, компилятор, интерпретатор, средства автоматизации разработки и сборки программного обеспечения и отладчик. Иногда также содержит средства для интеграции с системами управления версиями и разнообразные инструменты для упрощения конструирования графического интерфейса пользователя. Многие современные среды разработки также включают окно просмотра программных классов, инспектор объектов и диаграмму иерархии классов – для использования при объектно-ориентированной разработке ПО. Большинство современных ИСР предназначенны для разработки программ на нескольких языках программирования одновременно.
Один из частных случаев ИСР – среды визуальной разработки, которые включают в себя возможность визуального редактирования интерфейса программы.
Основным окном, является текстовый редактор, который используется для ввода исходного кода в ИСР и ориентирован на работу с последовательностью символов в текстовых файлах. Такие редакторы обеспечивают расширенную функциональность – подсветку синтаксиса, сортировку строк, шаблоны, конвертацию кодировок, показ кодов символов и т. п. Иногда их называют редакторами кода, так как основное их предназначение – написание исходных кодов компьютерных программ.
Подсветка синтаксиса – выделение синтаксических конструкций текста с использованием различных цветов, шрифтов и начертаний. Обычно применяется в текстовых редакторах для облегчения чтения исходного текста, улучшения визуального восприятия. Часто применяется при публикации исходных кодов в Интернет.
Понятие трансляции, компилятора и интерпретатора было дано в предыдущих лекциях.
Одна из наиболее важных частей ИСР – отладчик, который представляет собой модуль среды разработки или отдельное приложение, предназначенное 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.
Наиболее распространёнными отладчиками являются:
- GNU Debugger – отладчик программ от проекта GNU;
- IDA – дизассемблер и низкоуровневый отладчик для операционных систем семейства Windows и GNU/Linux;
- Microsoft Visual Studio – среда разработки программного обеспечения, включающая средства отладки от корпорации Microsoft;
- OllyDbg – бесплатный низкоуровневый отладчик для операционных систем семейства Windows;
- SoftICE – низкоуровневый отладчик для операционных систем семейства Windows;
- Dr. Watson – стандартный отладчик Windows, позволяет создавать дампы памяти;
- WinDbg – бесплатный отладчик от корпорации Microsoft.
Основным процессом отладки является трассировка. Трассировка – это процесс пошагового выполнения программы. В режиме трассировки программист видит последовательность выполнения команд и значения переменных на данном шаге выполнения программы, что позволяет легче обнаруживать ошибки. Трассировка может быть начата и окончена в любом месте программы, выполнение программы может останавливаться на каждой команде или на точках останова, трассировка может выполнятся с заходом в процедуры/функции и без заходов.
Наиболее важным модулем ИСР при совместной разработке проектов средней и высокой степени сложности является система управления версиями. Система управления версиями (английская аббревиатура CVS) - программное обеспечение для облегчения работы с изменяющейся информацией. Она позволяет хранить несколько версий одного и того же документа, при необходимости, возвращаться к более ранним версиям, определять, кто и когда сделал то или иное изменение и многое другое.
Такие системы наиболее широко применяются при разработке программного обеспечения, для хранения исходных кодов разрабатываемой программы. Однако они могут с успехом применяться и в других областях, в которых ведётся работа с большим количеством непрерывно изменяющихся электронных документов, в частности, они всё чаще применяются в САПР, обычно в составе систем управления данными об изделии. Управление версиями используется в инструментах конфигурационного управления различных устройств и систем.
В нашей стране, возможно в связи с малым количеством масштабных проектов, системы управления версиями распространение не получили, несмотря на то, что их использование является залогом успешной реализации крупных проектов. В связи с этим остановимся подробнее на этой возможности ИСР.
Большинство систем управления версиями используют централизованную модель, когда имеется единое хранилище документов, управляемое специальным сервером, который и выполняет большую часть функций по управлению версиями. Пользователь, работающий с документами, должен сначала получить нужную ему версию документа из хранилища; обычно создаётся локальная копия документа, так называемая «рабочая копия». Может быть получена последняя версия или любая из предыдущих, выбранная по номеру версии или дате создания, иногда и по другим признакам. После того, как в документ внесены нужные изменения, новая версия помещается в хранилище. В отличие от простого сохранения файла, предыдущая версия не стирается, а тоже остаётся в хранилище и может быть получена оттуда в любое время. Сервер может использовать дельта-компрессию – способ хранения документов, при котором сохраняются только изменения между последовательными версиями, что позволяет уменьшить объём хранимых данных.
Иногда создание новой версии выполняется незаметно для пользователя (прозрачно) – либо с помощью прикладной программы, имеющей встроенную поддержку такой функции, либо за счёт использования специальной файловой системы. В последнем случае пользователь просто работает с файлом как обычно, и при сохранении файла автоматически создаётся новая версия.
Часто бывает, что над одним проектом одновременно работают несколько человек. Если два человека изменяют один и тот же файл, то один из них может случайно отменить изменения, сделанные другим. Системы управления версиями отслеживают такие конфликты и предлагают средства их решения. Большинство систем может автоматически объединить (слить) изменения, сделанные разными разработчиками. Однако такое автоматическое объединение изменений, возможно обычно только для текстовых файлов и то, только при условии, что изменялись разные (непересекающиеся) части этого файла. Такое ограничение связано с тем, что большинство систем управления версиями ориентированы на поддержку процесса разработки программного обеспечения, а исходные коды программ хранятся в текстовых файлах. Если автоматическое объединение выполнить не удалось, система может предложить решить проблему вручную.
Часто выполнить слияние невозможно ни в автоматическом, ни в ручном режиме, например, в случае, если формат файла слишком сложен или вообще неизвестен. Некоторые системы управления версиями дают возможность заблокировать файл в хранилище. Блокировка не позволяет другим пользователям получить рабочую копию или препятствует изменению рабочей копии файла (например, средствами файловой системы) и обеспечивает таким образом исключительный доступ только тому пользователю, который работает с документом.
Другие возможности системы управления версиями состоят:
В создании разных вариантов одного документа-ветки, с общей историей изменений до точки ветвления и с разными – после неё.
Ведении журнала изменений, куда пользователи могут записывать пояснения о том, что и почему они изменили в данной версии;
Контролирует права доступа пользователей, разрешении или запрете чтения или изменения данных в зависимости от того, кто запрашивает это действие.
Отдельным классом являются распределённые системы управления версиями. Такие системы используют распределённую модель вместо традиционной клиент-серверной. Они, в общем случае, не нуждаются в централизованном хранилище: вся история изменения документов хранится на каждом компьютере, в локальном хранилище, и при необходимости отдельные фрагменты истории локального хранилища синхронизируются с аналогичным хранилищем на другом компьютере. В некоторых таких системах локальное хранилище располагается непосредственно в каталогах рабочей копии.
Когда пользователь такой системы выполняет обычные действия, такие, как извлечение определённой версии документа, создание новой версии и тому подобное, он работает со своей локальной копией хранилища. По мере внесения изменений хранилища, принадлежащие разным разработчикам, начинают различаться, и возникает необходимость в их синхронизации. Такая синхронизация может осуществляться с помощью обмена патчами или так называемыми наборами изменений (англ. change sets) между пользователями.
Основное преимущество распределённых систем заключается в их гибкости. Каждый разработчик может вести работу независимо, так, как ему удобно, сохраняя промежуточные варианты документов и передавая результаты другим участникам, когда посчитает нужным. При этом обмен наборами изменений может осуществляться по различным схемам. В небольших коллективах участники работы могут обмениваться изменениями по принципу «каждый с каждым», за счет чего отпадает необходимость в создании выделенного сервера. Крупное сообщество, наоборот, может использовать централизованный сервер, с которым синхронизируются копии всех его участников. Возможны и более сложные варианты, например, с созданием групп для работы по отдельным направлениям внутри более крупного проекта.
Для использования систем управления версиями необходимо владеть терминологией этих систем. Общепринятой терминологии не существует, в разных системах могут использоваться различные названия для одних и тех же действий.
Ниже приведены некоторые, наиболее часто используемые варианты. В связи с тем, что системы разрабатывались англоязычным сообществом, а русскоязычная терминология ещё на выработана, используются английские термины.
branch (ветвь) – направление разработки, независимое от других. Ветвь представляет собой копию части (как правило, одного каталога) хранилища, в которую можно вносить свои изменения, не влияющие на другие ветви. Документы в разных ветвях имеют одинаковую историю до точки ветвления и разные – после неё.
check-in, commit, submit – создание новой версии, публикация изменений. Распространение изменений, сделанных в рабочей копии, на хранилище документов. При этом в хранилище создаётся новая версия изменённых документов.
C heck-out, clone – извлечение документа из хранилища и создание рабочей копии.
C onflict – конфликтная ситуация, когда несколько пользователей сделали изменения одного и того же участка документа. Конфликт обнаруживается в случае, когда один пользователь уже опубликовал свои изменения, а второй только пытается их опубликовать и система сама не может корректно слить конфликтующие изменения. Поскольку программа может быть недостаточно разумна для того, чтобы определить, какое изменение является «корректным», второму пользователю нужно самому разрешить конфликт (resolve).
M erge, integration (слияние) - объединение независимых изменений в единую версию документа. Осуществляется, когда два человека изменили один и тот же файл или при переносе изменений из одной ветки в другую.
R epository (хранилище документов) - место, где система управления версиями хранит все документы вместе с историей их изменения и другой служебной информацией.
R evision (версия документа). Системы управления версиями различают версии по номерам, которые назначаются автоматически.
T ag, label (метка) – которую можно присвоить определённой версии документа. Метка представляет собой символическое имя для группы документов, причём описывает она не только набор имён файлов, но и ревизию каждого файла. Ревизии включённых в метку документов могут принадлежать разным моментам времени.
T runk, mainline (ствол) – основная ветвь разработки проекта. Политика работы со стволом может отличаться от проекта к проекту, но в целом она такова: большинство изменений вносится в ствол; если требуется серьёзное изменение, способное привести к нестабильности, создаётся ветвь, которая сливается со стволом, когда нововведение будет в достаточной мере испытано; перед выпуском очередной версии создаётся «релизная» ветвь, в которую вносятся только исправления.
U pdate, sync (обновление, синхронизация) – синхронизация рабочей копии до некоторого заданного состояния хранилища. Чаще всего это действие означает обновление рабочей копии до самого свежего состояния хранилища. Однако при необходимости можно синхронизировать рабочую копию и к более старому состоянию, чем текущее.
W orking copy (рабочая копия) – рабочая (локальная) копия документов.
Рассмотрим возможности ИСР на примере наиболее доступных и популярных версий.
Eclipse (от англ. затмение) – свободная интегрированная среда разработки модульных кроссплатформенных приложений (рисунок 69). Развивается и поддерживается некоммерческой организацией Eclipse Foundation (http://www.eclipse.org/).
Первоначально Eclipse разрабатывалась фирмой «IBM» в качестве корпоративного стандарта ИСР для разработки на разных языках под платформы от данной компании. По сведениям «IBM», проектирование и разработка стоили 40 млн. долл. Исходный код был полностью открыт и сделан доступным после того, как Eclipse был передан для дальнейшего развития независимому от «IBM» сообществу.
В основе Эклипс лежат фреймворк OSGi и SWT/JFace, на основе которых разработан следующий слой – RCP (Rich Client Platform, платформа для разработки полноценных клиентских приложений). RCP служит основой не только для Эклипс, но и для других RCP-приложений, например, Azureus и File Arranger. Следующий слой – сам Эклипс, представляющий собой набор расширений RCP: редакторы, панели, перспективы, модуль CVS и модуль Java Development Tools (JDT).
Эклипс – в первую очередь, полноценная Java ИСР, нацеленная на групповую разработку: поддержка CVS входит в поставку Эклипс, активно развиваются несколько вариантов SVN-модулей, существует поддержка VSS и других. В силу бесплатности и высокого качества, Эклипс во многих организациях является корпоративным стандартом для разработки приложений.
Второе назначение Эклипс – служить платформой для разработки новых расширений, чем он и завоевал популярность: любой разработчик может расширить Эклипс своими модулями. Уже существуют C/C++ Development Tools (CDT), разрабатываемые инженерами QNX совместно с «IBM», и средства для языков COBOL, FORTRAN, PHP и прочие от различных разработчиков. Множество расширений дополняет среду Эклипс менеджерами для работы с базами данных, серверами приложений и др.
Рисунок 69 . Интерфейс главного окна Эклипс
Эклипс написана на Java, потому является платформо-независимым продуктом, за исключением библиотеки SWT, которая разрабатывается для всех распространённых платформ. Библиотека SWT используется вместо стандартной для Java библиотеки Swing. Она полностью опирается на нижележащую платформу (операционную систему), что обеспечивает быстроту и натуральный внешний вид пользовательского интерфейса, но иногда вызывает на разных платформах проблемы совместимости и устойчивости приложений.
Основой Eclipse является платформа расширенного клиента (RCP - от англ. rich client platform). Её компоненты:
OSGi (стандартная среда поставки комплектов (англ. bundles));
SWT (портируемый инструментарий виджетов);
JFace (файловые буферы, работа с текстом, текстовые редакторы);
Рабочая среда Эклипс (панели, редакторы, проекции, мастеры).
Другой популярной свободной ИСР является КДевелоп (http://www.kdevelop.org, рис. 70). КДевелоп (англ. KDevelop) - свободная среда разработки программного обеспечения для UNIX-подобных операционных систем. Проект стартовал в 1998 году. КДевелоп распространяется согласно лицензии GNU (General Public License).
Рисунок 70. Интерфейс KDevelop
KDevelop не включает в свой состав компилятор, вместо этого он использует любой компилятор для создания исполняемого кода.
Текущая стабильная версия поддерживает большое количество языков программирования, таких как Ада, Bash, C, C++, Фортран, Java, Pascal, Perl, PHP, Python, Ruby и SQL.
КДевелоп использует встроенный компонент – текстовый редактор – через технологию KParts. Основным редактором является Kate.
Функции КДевелоп:
Подсветка исходного кода с учетом синтаксиса используемого языка программирования, который определяется автоматически;
Менеджер проектов для проектов разного типа, таких как Automake, qmake для проектов базирующихся на технологиях Qt и Ant для проектов, базирующихся на Java;
Навигатор классов (Class Browser);
Front-end для GNU Compiler Collection;
Front-end для GNU Debugger;
Помощников для генерации и обновления определения классов и платформы (framework);
Автоматическая система завершения кода (Си/C++);
Встроенная поддержка системы документирования исходных кодов (Doxygen);
Одна из систем контроля версий: SCM, CVS, Subversion, Perforce и ClearCase;
Функция Quick Open позволяющая быстро перемещаться по файлам.
KDevelop представляет собой «подключаемую» архитектуру. Когда разработчик делает изменения, он должен лишь скомпилировать плагин. Предусмотрена возможность сохранения профилей, указывающих какие плагины должны быть загружены. KDevelop не поставляется со встроенным текстовым редактором, он подключается как плагин. KDevelop не зависит от языка программирования и от платформы, на которой он запускается, поддерживая KDE, GNOME и много других технологий (например, Qt, GTK+ и wxWidgets).
Встроенный отладчик KDevelop позволяет работать графически со всеми средствами отладки, такими как точки останова и трассировки. Он также может работать с динамически подгружаемыми плагинами, в отличие от консольного gdb.
На данный момент существует примерно от 50 до 100 плагинов для данной IDE. Среди наиболее полезных – persistent project-wide code bookmarks, Code abbreviations, позволяющие быстро разворачивать текст, Source formatter, который переформатирует текст для style guide до сохранения, поиск по регулярным выражениям и project-wide поиск/замена.
Последней рассматриваемой ИСР является Microsoft Visual Studio (Microsoft Visual Studio, рис. 71). По сути, Microsoft Visual Studio является линейкой продуктов компании «Майкрософт», включающих интегрированную среду разработки программного обеспечения и ряд других инструментальных средств.
Рисунок 71. Интерфейс Microsoft Visual Studio
Microsoft Visual Studio включает один или несколько компонентов из следующих: Visual Basic.NET, Visual C++, Visual C#, Visual F#, Microsoft SQL Server, Visual InterDev, Visual J++, Visual J#, Visual FoxPro, Visual Source Safe.
Одним из главных преимуществ Майкрософт Визуал Студия является высокое качество документирования процесса разработки и описания возможных проблем в MSDN Library. Однако наиболее интересная для профессионала часть, посвящённая тонкостям разработки, существует только на английском языке.
Также компания «Майкрософт» предлагает бесплатный аналог продукта Visual Studio Express.
Алексей Федоров, Наталия Елманова
Предыдущая статья настоящего цикла была посвящена рассмотрению логического и физического проектирования данных и инструментальным средствам, используемым в данном процессе. Мы убедились в том, что проектирование данных играет ключевую роль при разработке информационных систем - ведь от качества выполнения этой работы зависят затраты, связанные с созданием приложений для конечных пользователей, а также с последующим сопровождением и модернизацией созданного продукта. Результатом этого этапа является "пустая" база данных (то есть база данных, таблицы которой по большей части не содержат записей, за исключением, возможно, таблиц справочного характера типа списка субъектов Российской Федерации или телефонных кодов городов).
Следующий этап жизненного цикла информационной системы - разработка клиентских приложений. Результатом этого этапа является готовый продукт, состоящий из ряда приложений, позволяющих пользователям вводить данные в таблицы либо редактировать уже существующие данные, анализировать введенные данные и представлять их в более удобном для восприятия виде - графиков, сводных таблиц или отчетов (в том числе в виде "бумажных" документов).
Процесс проектирования данных для реляционных СУБД является до известной степени процессом логическим и подчиняется единой стандартной методологии. Это обусловливает низкую степень зависимости последовательности выполняемых при проектировании данных действий как от того, какое именно средство проектирования данных применяется, так и от того, применяется ли оно вообще. Собственно, именно поэтому средства проектирования данных в большей или меньшей степени сходны по своему интерфейсу, отражающему по существу процесс рисования моделей данных на бумаге.
Процесс же создания клиентских приложений, работающих с базами данных, достаточно сложно описать в виде подобной универсальной последовательности действий, поскольку логика конкретного приложения практически полностью зависит от логики моделируемого бизнес-процесса. Средства разработки приложений как категория программных продуктов существуют гораздо дольше, чем средства проектирования данных, и они более разнообразны - от компилятора, запускаемого из командной строки, до инструментов, где готовое приложение собирается "мышью" из готовых компонентов, а код генерируется автоматически. При таком разнообразии средств разработки их следует каким-то образом классифицировать, что мы и постараемся сделать в настоящей статье, попутно рассказав, какие из них удобно применять в том или ином случае.
Классификация средств разработки приложений
Классифицировать средства разработки можно с различных позиций, например исходя из поддерживаемого ими языка программирования, или работоспособности созданных приложений на той или иной платформе, или наличия в них тех или иных библиотек и визуальных средств. Мы же попробуем классифицировать средства разработки приложений, исходя из удобства их применения для создания продуктов, представляющих собой пользовательский интерфейс к базе данных.
Практически любое средство разработки, мало-мальски претендующее на универсальность, можно заставить работать с любой базой данных - достаточно поддержки применения в этом средстве разработки сторонних библиотек и наличия у этой базы данных набора клиентских интерфейсов (API) для платформы, на которой должны функционировать созданные приложения. Однако далеко не любая пара продуктов "средство разработки плюс СУБД" привлекательна с точки зрения трудозатрат, связанных с созданием подобных приложений. Можно написать полноценное приложение, вызывающее функции клиентского API и реализующего удобный пользовательский интерфейс с помощью компилятора языка С и простейшей графической библиотеки (например, позволяющей изменять цвет пикселов на экране) для той операционной системы, в которой будет работать данное приложение. Но затраты, связанные с реализацией подобного проекта, могут оказаться совершенно неоправданными - ведь в этом случае разработчикам придется реализовывать функции, которые уже содержатся в библиотеках классов и компонентов средств разработки, более глубоко ориентированных на создание приложений с базами данных или включающих поддержку создания таких приложений.
Средства разработки, ориентированные на конкретные СУБД
Лет десять-двадцать назад во многих приложениях, использующих базы данных, функции клиентского API вызывались из кода, написанного на одном из языков программирования, чаще всего на C. Достаточно взглянуть на описание API клиентской части почти любой серверной СУБД - и вы найдете немало примеров наиболее типичных фрагментов кода, например, для регистрации пользователя, выполнения запросов и т.п. Однако достаточно быстро разработчикам СУБД стало ясно, что трудозатраты, связанные с написанием подобного кода, можно существенно сократить, собрав в библиотеки наиболее типичные фрагменты кода и наиболее часто встречающиеся элементы пользовательского интерфейса (пусть даже и для алфавитно-цифровых терминалов), оформив эти библиотеки в виде отдельного продукта и добавив к нему среду разработки и утилиты проектирования пользовательских форм для просмотра и редактирования данных, а также отчетов. Именно так и появились первые средства разработки, ориентированные на конкретные СУБД, такие, например, как Oracle*Forms (предшественник нынешнего Oracle Forms Developer ).
Продукты этого класса на рынке средств разработки имеются и сегодня. Почти все производители серверных СУБД производят и средства разработки приложений. В подавляющем большинстве случаев современные версии этих средств разработки поддерживают доступ к СУБД других производителей как минимум с помощью одного из универсальных механизмов доступа к данным (ODBC, OLE DB, BDE). Однако доступ к "своей" СУБД обычно осуществляется максимально эффективным способом, то есть с помощью клиентских API, объектов, содержащихся в библиотеках клиентской части серверных СУБД, специальных классов для доступа к данным этой СУБД либо за счет реализации драйверов для универсальных механизмов доступа к данным, способной учитывать специфические особенности данной СУБД.
В отдельную категорию можно выделить среды разработки настольных СУБД. В статье данного цикла, посвященной настольным СУБД, мы уже отмечали, что подавляющее большинство настольных СУБД, доживших до сегодняшнего дня, таких как Microsoft Visual FoxPro , Microsoft Access, Corel Paradox, Visual dBase, поддерживают доступ к серверным СУБД, как минимум, с помощью универсальных механизмов доступа к данным, что позволяет условно отнести их и к категории средств разработки. Отметим, однако, что в настоящее время создание приложений в архитектуре "клиент-сервер" с их помощью - явление нечастое. Исключение, пожалуй, составляют пары Microsoft Access - MSDE, Microsoft Access - Microsoft SQL Server и Microsoft Visual FoxPro - Microsoft SQL Server. Здесь налицо результат грамотной политики Microsoft, стремящейся к максимальной совместимости своих продуктов и обеспечивающей наиболее безболезненную для пользователей замену своих настольных СУБД собственными же серверами баз данных (Access->MSDE->Microsoft SQL Server, FoxPro->Visual FoxPro->Microsoft SQL Server).
Средства разработки, универсальные по отношению к СУБД
Средства разработки, универсальные по отношению к СУБД (или претендующие на подобную универсальность), как правило, являются последователями обычных средств разработки приложений, не имеющих прямого отношения к базам данных. Типичные примеры таких средств разработки - Borland Pascal, Borland C++, Microsoft QuickC. Способные использовать библиотеки сторонних производителей, эти средства позволяли обращаться к функциям клиентских API, а с развитием универсальных механизмов доступа к данным (таких как ODBC) - и к функциям API библиотек, реализующих такие механизмы. Отметим, что нередко с помощью этих средств разработки создавались среды настольных СУБД (таких как dBase, FoxBase) или псевдокомпиляторы для языков семейства xBase (например, Clipper).
Более поздние версии означенных средств разработки приобрели библиотеки функций и классов, предназначенных для доступа к данным с помощью тех или иных универсальных механизмов. Дальнейшее развитие средств разработки привело к появлению двух категорий продуктов подобного назначения.
К первой категории относятся средства разработки, обладающие обширными библиотеками классов, большим количеством "мастеров" и кодогенераторов, но ориентированные на "ручное" создание кода и довольно редко применяемые для создания "стандартных" приложений для работы с базами данных (здесь под словосочетанием "стандартное приложение" мы подразумеваем приложение, имеющее непосредственный доступ к базе данных, с которым взаимодействует пользователь, то есть являющееся "классическим" клиентом серверной СУБД). Типичным (и единственным действительно популярным на рынке программного обеспечения) представителем этого класса продуктов является Microsoft Visual C++ . С помощью Microsoft Visual C++ и библиотеки MFC (Microsoft Foundation Classes) можно создавать любые приложения, если вы обладаете навыком, знаниями, умением и временем. Тем не менее приложения, обладающие сложным пользовательским интерфейсом (например, использующие базы данных), с его помощью разрабатывают не так часто (хотя примеры подобного его использования можно найти даже в отечественной литературе). В основном этот продукт применяется для создания клиентских приложений в случае предъявления к ним особых требований, таких, например, как высокая производительность, способность осуществлять какие-либо нестандартные операции и пр.
Ко второй категории относятся средства разработки с развитыми визуальными инструментами, позволяющие буквально "рисовать" пользовательский интерфейс, частично стирая различия между работой программиста и пользователя и удешевляя конечный продукт за счет привлечения к проектированию интерфейса разработчиков, обладающих не самой высокой квалификацией (если внимательно изучить программы курсов учебных центров, специализирующихся на обучении средствам разработки Microsoft, Borland и Sybase, то можно обнаружить, что продолжительность курса обучения, прослушав который обычный пользователь Windows должен научиться создавать клиентские приложения для серверных СУБД, составляет от 5 до 10 рабочих дней).
Именно эта категория средств разработки наиболее часто применяется при создании клиентских приложений. К наиболее популярным продуктам подобного класса следует отнести Microsoft Visual Basic , Borland Delphi , Sybase PowerBuilder и Borland C++ Builder . Среды разработки подобных продуктов весьма схожи внешне (с точностью до расположения окон на экране, устанавливаемого "по умолчанию"): как правило, среда разработки такого продукта содержит "заготовку" проектируемой формы (аналога окна), отдельную панель с пиктограммами элементов пользовательского интерфейса и иных используемых в приложении объектов, которые можно выбирать и помещать на форму, окно, в котором отображаются и редактируются свойства одного из выбранных на форме элементов (а иногда и список событий, на которые реагирует данный элемент), окно редактора кода, где можно вводить фрагменты кода, связанные с обработкой тех или иных событий, а также код, реализующий логику работы данного приложения. Как правило, современные средства разработки такого класса позволяют создавать простейшие приложения для редактирования данных практически без написания кода.
В последнее время очень популярным стало также создание приложений, использующих доступ к базам данных, но расположенных внутри обычных документов. В основу средств разработки подобных приложений положены макроязыки соответствующих редакторов. Наиболее типичным и практически единственным популярным представителем средств разработки этой категории является Visual Basic for Applications, сходный с перечисленными выше визуальными средствами разработки и отличающийся от них тем, что созданные с его помощью приложения содержатся внутри документов Microsoft Office и не отчуждаются от них.
Отметим, однако, что приведенное деление средств разработки на эти два класса весьма условно. Как мы уже говорили выше, практически все средства разработки приложений с базами данных, в том числе и ориентированные на конкретные СУБД, поддерживают как минимум один из универсальных механизмов доступа к данным. И практически все "универсальные" средства разработки приложений, если они принадлежат производителю каких-либо серверных СУБД, поддерживают "свои" СУБД лучше, чем СУБД сторонних производителей (это может выражаться, например, в особых библиотеках классов или компонентов для доступа к данному серверу, а также в наличии общих репозитариев объектов и моделей данных, а иногда и общих с клиентской частью серверной СУБД редакторов параметров доступа к данным или схем данных)
Классификация приложений, использующих базы данных
Приложения в архитектуре "клиент-сервер"
В предыдущих статьях данного цикла мы уже говорили о том, что представляет собой архитектура "клиент-сервер" в традиционном понимании. Поэтому мы лишь кратко напомним, что информационные системы, созданные в такой архитектуре, представляют собой сервер баз данных, манипулирующий данными, и клиентское приложение, обращающееся к нему и использующее для этого либо клиентские API (или инкапсулирующие их вызовы классы и компоненты), либо один из универсальных механизмов доступа к данным. Обычно при использовании такой архитектуры приложений на сервер баз данных возлагается также контроль соблюдения бизнес-правил, реализованных в виде хранимых процедур, триггеров, серверных ограничений и иных объектов базы данных.
Для создания клиентских приложений в этом случае чаще всего применяются средства разработки, обладающие развитыми визуальными инструментами, такие как Microsoft Visual Basic, Borland Delphi, Sybase PowerBuilder, Borland C++Builder.
Отметим, однако, что выбор архитектур современных приложений в настоящее время достаточно широк и не исчерпывается "классической" архитектурой "клиент-сервер", подразумевающей, что приложение состоит из сервера баз данных и клиентских приложений, взаимодействующих с этим сервером. Поэтому ниже мы обсудим, какие средства разработки удобно применять при создании распределенных приложений.
Распределенные приложения
Распределенные (или многозвенные) приложения обычно состоят из презентационных сервисов (или "тонких" клиентов, с которыми обычно взаимодействуют конечные пользователи), сервисов бизнес-логики, реализуемых в виде бизнес-объектов (или сервисов промежуточного слоя - middle tier; нередко для описания совокупности таких сервисов применяется термин middleware), и сервисов данных (обычно состоящих из сервера баз данных и механизмов доступа к данным). Сервисы бизнес-логики предназначены для получения введенных пользователем данных от презентационных сервисов, взаимодействия с сервисами данных для выполнения бизнес-операций (например, обработки заказов или расчета бухгалтерского баланса) и возврата результатов этих операций презентационным сервисам.
В отличие от обычных приложений в архитектуре "клиент-сервер", в многозвенных системах "тонкие" клиенты, как правило, не имеют непосредственного доступа к данным. Вместо этого клиенты посылают запросы к специально предназначенным для этой цели бизнес-объектам. Те, в свою очередь, могут выполнять запрошенные клиентом бизнес-операции (такие как обработка заказа, выполнение банковской транзакции и т.д.).
Некоторые из бизнес-объектов могут обращаться к сервисам данных, используя те или иные механизмы доступа к данным. Поскольку конечный пользователь не взаимодействует непосредственно с бизнес-объектами, последние обычно не обладают пользовательским интерфейсом в привычном понимании. Физически бизнес-объекты могут быть реализованы в виде сервисов операционной системы, консольных приложений либо Windows-приложений, а также в виде библиотек, загружаемых в адресное пространство специально предназначенного для этой цели серверного приложения (Web-сервера, сервера приложений, монитора транзакций и др.). Нередко один бизнес-объект обслуживает множество клиентов.
Для создания бизнес-объектов применяются как средства разработки с развитыми визуальными инструментами, так и средства разработки, ориентированные на "ручное" создание кода приложений (такие как Visual C++). Отметим, что новейшие версии почти всех наиболее популярных средств разработки Windows-приложений (Microsoft Visual Basic, Visual FoxPro и Visual C++, Borland Delphi и C++Builder, Sybase PowerBuilder) поддерживают создание различных типов бизнес-объектов (Web-приложений, ASP-объектов, COM-серверов и др.), за исключением, пожалуй, Microsoft Access - этот продукт рассчитан скорее на квалифицированных пользователей, нежели на разработчиков распределенных систем. Нередко для этой цели используются и средства создания Java-приложений (такие как Borland JBuilder).
Отметим, что, кроме перечисленных выше "универсальных" средств создания как приложений в архитектуре "клиент-сервер", так и бизнес-объектов для распределенных систем, на рынке средств разработки имеются и специализированные средства, предназначенные именно для создания бизнес-объектов (как правило, Web-приложений). Из средств разработки такого класса для платформы Windows наиболее популярен Microsoft Visual InterDev , первая версия которого появилась в 1998 году. Можно также упомянуть еще один интересный продукт, относящийся к той же категории средств разработки, - Borland IntraBuilder, появившийся двумя годами раньше, но почему-то, несмотря на растущую потребность в продуктах такого класса, не получивший дальнейшего развития. Средства разработки подобного класса, как правило, позволяют создавать приложения, динамически генерирующие HTML-код либо код на одном из скриптовых языков (VBScript или JavaScript), который передается Web-сервером в браузер пользователя в составе Web-страницы, и воспринимающие данные, введенные пользователем в HTML-форме и переданные браузером Web-серверу.
Заключение
В настоящей статье мы обсудили процесс создания приложений, использующих базы данных, а также различные категории средств, применяемых при их разработке. Мы убедились, что средства разработки можно условно разделить, с одной стороны, на инструменты, ориентированные на применение конкретных СУБД, инструменты, универсальные по отношению к СУБД, и среды настольных СУБД, применяемые для разработки приложений. С другой стороны, их можно разделить на средства, ориентированные на визуальное проектирование пользовательского интерфейса (к этой категории относятся Microsoft Visual Basic, Borland Delphi, Sybase PowerBuilder, Borland C++Builder), и на средства, ориентированные на написание кода приложения (Visual C++).
Рассмотрев несколько наиболее популярных средств разработки приложений, мы убедились, что большинство подобных продуктов, как правило, поддерживают:
- как минимум один из универсальных механизмов доступа к данным, что позволяет использовать в создаваемых приложениях данные различных СУБД;
- создание нескольких типов распределенных приложений;
- автоматическую генерацию кода приложений на основе моделей, созданных с помощью наиболее популярных средств проектирования данных и моделирования бизнес-процессов.
Мы также обсудили, чем приложения в архитектуре "клиент-сервер" отличаются от распределенных систем и какие средства разработки можно применять при создании обоих типов приложений.
Жизненный цикл информационной системы не завершается разработкой приложений. После создания их полагается тестировать, внедрять, обучать пользователей их применению, и наконец, эксплуатировать их в течение ряда лет. В результате подобной эксплуатации накапливаются данные, которые, как правило, являются гораздо более ценными, чем собственно приложения. Эти данные нередко представляют собой необходимый для принятия важных управленческих решений материал, поэтому важно уметь преобразовывать их к виду, пригодному для подобной цели. Для этого существуют средства, относящиеся к категории Business Intelligence - генераторы отчетов, средства аналитической обработки данных и поиска закономерностей. О них мы поговорим в следующей статье данного цикла.
В настоящее время с каждой системой программирования связываются не отдельные инструменты (например, компилятор), а некоторая логически связанная совокупность программных и аппаратных инструментов поддерживающих разработку и сопровождение ПС на данном языке программирования или ориентированных на какую-либо конкретную предметную область. Такую совокупность будем называть инструментальной средой разработки и сопровождения ПС . Для таких инструментальных сред характерно, во-первых, использование как программных, так и аппаратных инструментов, и, во-вторых, определенная ориентация либо на конкретный язык программирования, либо на конкретную предметную область.
Инструментальная среда не обязательно должна функционировать на том компьютере, на котором должно будет применяться разрабатываемое с помощью ее ПС. Часто такое совмещение бывает достаточно удобным (если только мощность используемого компьютера позволяет это): не нужно иметь дело с компьютерами разных типов, в разрабатываемую ПС можно включать компоненты самой инструментальной среды. Однако, если компьютер, на котором должно применяться ПС, недоступен для разработчиков этого ПС (например, он постоянно занят другой работой, которую нельзя прерывать, или он находится еще в стадии разработки), либо неудобен для разработки ПС, либо мощность этого компьютера недостаточна для обеспечения функционирования требуемой инструментальной среды, то применяется так называемый инструментально-объектный подход . Сущность его заключается в том, что ПС разрабатывается на одном компьютере, называемым инструментальным , а применяться будет на другом компьютере, называемым целевым (или объектным ).
Различают три основных класса инструментальных средразработки и сопровождения ПС (рис. 16.1): ·
среды программирования, ·
рабочие места компьютерной технологии,·
инструментальные системы технологии программирования.
Среда программирования предназначена в основном для поддержки процессов программирования (кодирования), тестирования и отладки ПС. Рабочее место компьютерной технологии ориентировано на поддержку ранних этапов разработки ПС (спецификаций) и автоматической генерации программ по спецификациям. Инструментальная система технологии программирования предназначена для поддержки всех процессов разработки и сопровождения в течение всего жизненного цикла ПС и ориентирована на коллективную разработку больших программных систем с длительным жизненным циклом. Для таких систем стоимость сопровождения обычно превышает стоимость разработки.
Рис. 16.1. Основные классы инструментальных сред разработки и сопровождения ПС.
Инструментальные среды программирования.
Инструментальные среды программирования содержат прежде всего текстовый редактор, позволяющий конструировать программы на заданном языке программирования, инструменты, позволяющие компилировать или интерпретировать программы на этом языке, а также тестировать и отлаживать полученные программы. Кроме того, могут быть и другие инструменты, например, для статического или динамического анализа программ. Взаимодействуют эти инструменты между собой через обычные файлы с помощью стандартных возможностей файловой системы.
Различают следующие классы инструментальных сред программирования (см. рис. 14.2): ·
среды общего назначения,·
языково-ориентированные среды.
Инструментальные среды программирования общего назначения содержат набор программных инструментов, поддерживающих разработку программ на разных языках программирования (например, текстовый редактор, редактор связей или интерпретатор языка целевого компьютера) и обычно представляют собой некоторое расширение возможностей используемой операционной системы. Для программирования в такой среде на каком-либо языке программирования потребуются дополнительные инструменты, ориентированные на этот язык (например, компилятор).
Рис.16.2.
Классификация инструментальных сред
программирования.
Языково-ориентированная инструментальная среда программирования предназначена для поддержки разработки ПС на каком-либо одном языке программирования и знания об этом языке существенно использовались при построении такой среды. Вследствие этого в такой среде могут быть доступны достаточно мощные возможности, учитывающие специфику данного языка. Такие среды разделяются на два подкласса: ·
интерпретирующие среды, ·
синтаксически-управляемые среды.
Интерпретирующая инструментальная среда программирования обеспечивает интерпретацию программ на данном языке программирования, т.е. содержит прежде всего интерпретатор языка программирования, на который эта среда ориентирована. Такая среда необходима для языков программирования интерпретирующего типа (таких, как Лисп), но может использоваться и для других языков (например, на инструментальном компьютере). Синтаксически-управляемая инструментальная среда программирования базируется на знании синтаксиса языка программирования, на который она ориентирована. В такой среде вместо текстового используется синтаксически-управляемый редактор, позволяющий пользователю использовать различные шаблоны синтаксических конструкций (в результате этого разрабатываемая программа всегда будет синтаксически правильной). Одновременно с программой такой редактор формирует (в памяти компьютера) ее синтаксическое дерево, которое может использоваться другими инструментами.
1.3 Выбор средств разработки программного обеспечения
В настоящее время существует огромное количество программных продуктов, позволяющих в сжатые сроки эффективно и качественно разработать программный комплекс для различных предметных областей.
К ним относятся такие программные средства, как Delphi, Visual C++, С Builder, Visual Basic, Java Builder;
Использование средств этого типа оправдано, когда необходимо в сжатые сроки создать приложение с удобным и понятным графическим интерфейсом.
Приняв во внимание вышеперечисленные аргументы, для разрабатываемого программно-методического комплекса целесообразно использовать средства типа RAD.
Для функционирования программного комплекса, необходима также некоторая программная среда, в простейшем случае представленная операционной системой. В более сложных случаях, когда система работает с большим количеством данных, которые необходимо поддерживать в актуальном состоянии, должна присутствовать некоторая СУБД.
Для правильного и обоснованного выбора RAD-средства необходима оценка продуктов по определенным критериям экспертами. Получить оценку продуктов можно из специальных источников. Но эта оценка дается, учитывая специфику разработки приложения. Более или менее рациональный выбор средства разработки приложения можно сделать только в контексте конкретного проекта или конкретной организации, ведущей разработку.
Поэтому для правильной оценки средств разработки приложения нужна оценка экспертов, ознакомленных со спецификой разрабатываемого приложения, с вопросами его дальнейшей модификации и сопровождения. Ввиду невозможности получить такую оценку от признанных экспертов и не достаточной серьезности разрабатываемого приложения, решил в качестве экспертов принять студентов группы и других лиц, занимающихся разработкой программ.
Во внимание принимались различные критерии для оценки качества программного продукта, в частности такие, которые учитывают аспекты разрабатываемого программного продукта:
Доступность программных средств разработки и реализации;
Cоответствие выбираемых программных средств уровню подготовленности программиста;
Возможности программных средств для разработки профессиональных приложений и сложных программных систем;
Оценка качества средств с точки зрения надежности, производительности, удобства работы и трудоемкости их эксплуатации;
Перспективность и жизнеспособность фирм изготовителей программных средств, возможность обновления и наличия новых версий продуктов при модернизации программно-технической среды;
Возможность перехода от однопользовательского варианта (для отладки и локального применения) к сетевому, для средств разработки и средств эксплуатации, а также его сложность;
Стыковка с широким спектром других СУБД и возможности переноса БД для данного программного средства на другие СУБД;
Возможность подключения к корпоративным сетям и Интернет/Интранет, поддержка постоянно развивающихся WEB технологий;
Модульный принцип построения, степень ее универсальности.
Наличие документации на русском языке, справочных систем, документации в печатном и электронном исполнении, возможности консультаций;
Простота языка программирования;
Скорость работы приложения;
Скорость компиляции приложения;
Наличие интегрированного отладчика;
Обработка исключительных ситуаций;
Методика определения подходящего программного продукта заключается в следующем.
Сначала выбирается несколько доступных и известных программных продуктов. Мною для рассмотрения были выбраны Delphi 5.0, Visual C++ 6.0 и Visual Basic. Каждому критерию назначил вес, исходя из целей проектирования таким образом, что сумма весов всех критериев равнялась 1.
Потом по каждому из параметров критерия давалась оценка программному продукту по десятибалльной шкале, и считалась интегральная оценка по каждому программному продукту по формуле 1.1.
В качестве экспертов, который ставили экспертную оценку, выступали студенты пятого курса группы ИТ98-1
Вычисления по формуле (1.1) сведены в таблицу 1.2.
Как видно из таблицы 1.2 наиболее подходящим средством для разработки программного комплекса является Delphi 5.0.
Таблица 1.2 - Сравнение программных продуктов
1.4 Техническое задание 1.4.1 Введение
Программный комплекс предназначен для создания курса обучения дисциплине и для обучения дисциплине.
1.4.2 Основания для разработки
Разработка программного комплекса ведется на основании задания на дипломную работу, утвержденное приказом ректора Донбасской машиностроительной академии по ГОСТ 19.101-77.
Тема дипломной работы – «Программно – методический комплекс для мультимедийного представления учебной информации».
Спецчасть разработки – «Разработка программного обеспечения для интерфейса оболочки комплекса и примера информационного наполнения»
1.4.3 Назначение разработки
Программный комплекс предназначен для создания большого числа обучающих дисков по разным дисциплинам. Включает интерфейс для создания курса обучения и оболочку для обучения.
1.4.4 Требования к программному изделию 1.4.4.1 Требования к функциональным характеристикам
Программный комплекс должен выполнять следующие функции:
Предоставлять возможность ввода лекций и другого учебного материала с рисунками, видео и звуковым сопровождением;
Предоставлять возможность изменения курса;
Предоставлять возможность проходить курс(обучаться);
Предоставлять возможность контролировать полученные знания;
Предоставлять возможность поиска по всему курсу.
1.4.4.2 Требования к надежности
Программный комплекс должен устойчиво функционировать и не приводить к зависанию операционной системы в аварийных ситуациях.
Контроль формируемого учебного материала возложен на пользователя, который создает учебный курс.
1.4.4.3 Условия эксплуатации
Температура окружающего воздуха, влажность и другие параметры микроклимата должны соответствовать требованиям к помещениям, оборудованным персональными ЭВМ.
Для создания учебного курса необходим человек – преподаватель или пользователь, который будет заводить материал. Человек должен обладать навыками работы с персональной ЭВМ, оснащенной операционной системой Windows.
1.4.4.4 Требования к составу и параметрам технических средств
Для нормального функционирования программного комплекса необходима персональная ЭВМ со следующими характеристиками:
Объем оперативной памяти не менее 32 мегабайт;
Процессор не ниже Pentium 166, мышь, клавиатура;
Наличие свободного места на жестком диске в размере не менее 5 мегабайт;
Дисковод на 3,5’’;
Звуковая карта;
Монитор SVGA.
1.5.4.5 Требования к информационной и программной совместимости
Программа должна функционировать под операционной системой Windows. Должна быть установлена программа BDE Administrator для работы с базами. Исходные коды программы должны быть написаны на языке Object Pascal в среде разработки Delphi 5.0. Информация должна вводиться непосредственно через GUI. Результат визуализации информации должен быть представлен в хорошо воспринимаемом виде.
1.4.4.6 Требования к программной документации
Предварительный состав программной документации установлен в соответствии с ГОСТ 19.101-77. Ниже перечислен список программных документов и их содержание.
Текст программы – запись программы с необходимыми пояснениями и комментариями.
Описание программы – сведения о логической структуре и функционировании программы.
Программа и методика испытаний – требования, подлежащие проверке при испытании программы, также порядок и методы контроля.
Техническое задание – настоящий документ.
Пояснительная записка – результаты исследования структур представления информации, общее описание функционирования программы, а также обоснование принятых технических и технико-экономических решений.
1.4.5 Стадии и этапы разработки
Стадии и этапы разработки должны соответствовать ГОСТ 19.101-77 и состоять из следующих пунктов.
1 Техническое задание – черновое определение требований к программному комплексу и программной документации.
2 Эскизный проект – разработка структур представления информации в программном комплексе, разработка структуры классов, необходимых для реализации поставленного алгоритма. Формулировка методов реализации вложенности в программном комплексе, разработка структуры программы.
3 Технический проект – уточнение структуры классов и методов представления информации. Детальное уточнение метода реализации вложенности. Разработка структуры программы.
4 Рабочий проект – разработка программы, разработка программной документации, испытание программы.
1.4.6 Порядок контроля и приемки
Разработанное программное обеспечение должно соответствовать требованиям заказчика и отвечать всем поставленным функциональным требованиям. Программа должна быть протестирована на возможность возникновения исключительных ситуаций и должна быть сделана соответствующая рецензия.
1.5 Разработка математической модели
Очень важным этапом при создании электронного учебника является выбор материалов для обучения и стрктура представления этих материалов.
Предлагаются следующие шаги для составления курса обучения:
Методическая разработка темы обучающей программы.
Анализом результатов специальных модельных экспериментов разработать модель главы для профильного учебника.
Определить требования к программному продукту, с помощью которого можно педагогам образовательных учреждений создавать электронные учебники для профильной школы с учетом уровня подготовки педагогов к использованию компьютера.
Разработать пакет программных средств, предназначенный для разработки электронных средств учебного назначения: информационных и экспертных систем, электронных учебников, специальных средств для изучения учащихся.
Предложить технологию разработки электронных учебников для профильного обучения с помощью пакета.
Разработать ряд учебников и провести эксперименты по их проверке с учащимися и педагогами.
На основе анализа электронных средств, созданных педагогами и специальных исследований разработать новый проект программных средств для создания электронных учебников.
При разработке учебника необходимо учитывать: интересы учащихся, их психологически особенности, отношение к предмету и педагогу, возможности учащихся выполнить творческие задания и ориентация на него, затруднения школьников в изучении предмета и виды помощи, которые они предпочитают.
Этапы разработки электронного учебника можно представить в виде схемы, изображенной на рисунке 1.2.
В учебнике требуется уделить специальное внимание мотивации обучающихся к изучению каждой темы. Общими моментами в данной плоскости являются: возможности применения математики в соответствующей предметной области, необходимость сдачи экзаменов.
Возможность накопить опыт творческой деятельности в разных предметных областях, знакомство с интересными применениями ЭВМ.
Учебник должен обеспечить возможность ученику выбрать не только уровень, на котором будет изучать учебный материал темы, но и разный способ изучения темы (не менее двух способов). При этом ученик должен осознать, что он и только он отвечает за свой выбор уровня изучения темы.
Рисунок 1.2 - Этапы разработки ЭУ
Учебник призван защитить обучаемых от перегрузки. В частности, этому служит раздел домашних заданий по новому материалу (в нем представлены минимальное число задания, которые будут предложены на дом и при выполнении которых студенту вновь предстоит выбирать уровень сложности).
В учебнике должен быть специальный тренажер, обращаясь к которому по своей инициативе ученик может не только отработать алгоритмы решения основных типов задач, но и учиться: отказываться от известного метода решения задач и находить другие методы, составлять задачи, искать и исправлять ошибки в решении задач, проводить анализ ситуаций разными способами и др.
В учебнике должен быть раздел личного мониторинга, предназначенный для учащихся, которые до проведения контрольной работы хотят оценить результаты своей работы над темой и своевременно внести необходимые коррективы, хотят узнать прогноз результата выполнения контрольной и получить указание от компьютера, каким образом можно его улучшить.
Предусмотрены различные виды помощи ученикам. Особенно важным является включение специальной экспертной системы, которая предназначена не только для оказания помощи ученикам в решении конкретных задач на уроке или дома, но и ориентирована на передачу опыта автора учебника с разными элементами учебника.
Раздел творческих заданий, в котором предлагаются возможные проекты для нужд учебного заведения и для участия в конференциях и конкурсах, проводимых как внутри учебного заведения, так и вне его.
Важно, чтобы учебник можно было существенно изменять и дополнять на основе не только разработок автора учебника, учителя, который его использует, но и учащимися вместе с учителем на основе проектов, выполненных учениками и с учетом особенностей образовательного учреждения и профиля класса. Вот одна иллюстрация: учебник по математике для гуманитарных классов может быть переведен учащимися на те иностранные языки, которые изучают учащиеся. В этом случае новые ученики, использующие дополненный вариант электронного учебника, получают новый возможный вариант изучения темы – изучать тему на иностранном языке.
Существенно, чтобы обучающиеся знакомились с опытом выполнения каких-то работ, которые являются важными для профиля класса, которые вызывают известные затруднения учащихся и которые выполнены их сверстниками. Это достигается за счет включения в учебник разделов, в которых представлены разные варианты выполнения одних и тех же заданий учениками, изучавшими материал с помощью электронного учебника (к примеру, на рефлексию или систематизацию, на составление задач и др.) и анализ выполнения, выполненные учениками и автором электронного учебника.
Исходя из вышеперечисленного предлагается структура материалов, приведенная на рисунке 1.3.
1.6 Разработка компонентов программного комплекса 1.6.1 Разработка логической модели программного комплекса
Одним из способов при описании логической модели программного комплекса является структурный анализ.
Сущность структурного подхода заключается в декомпозиции (разбиении) системы на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, подразделяемые на задачи и так далее. Процесс разбиения продолжается вплоть до конкретных процедур. При этом автоматизируемая система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны. При разработке системы "снизу-вверх" от отдельных задач ко всей системе целостность теряется, возникают проблемы при информационной стыковке отдельных компонентов.
Все наиболее распространенные методологии структурного подхода базируются на ряде общих принципов . В качестве двух базовых принципов используются следующие:
Принцип решения сложных проблем путем их разбиения на множество меньших независимых задач, легких для понимания и решения;
Принцип иерархического упорядочивания - принцип организации составных частей проблемы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне.
Выделение двух базовых принципов не означает, что остальные принципы являются второстепенными, поскольку игнорирование любого из
них может привести к непредсказуемым последствиям (в том числе и к провалу всего проекта). Основными из этих принципов являются следующие:
Принцип абстрагирования - заключается в выделении существенных аспектов системы и отвлечения от несущественных;
Рискнок 1.3- Структура материалов
Принцип формализации - заключается в необходимости строгого методического подхода к решению проблемы;
Принцип непротиворечивости - заключается в обоснованности и согласованности элементов;
Принцип структурирования данных - заключается в том, что данные должны быть структурированы и иерархически организованы.
В структурном анализе используются в основном две группы средств, иллюстрирующих функции, выполняемые системой и отношения между данными. Каждой группе средств соответствуют определенные виды моделей (диаграмм), наиболее распространенными среди которых являются следующие:
SADT (Structured Analysis and Design Technique) модели и соответствующие функциональные диаграммы;
DFD (Data Flow Diagrams) диаграммы потоков данных;
ERD (Entity-Relationship Diagrams) диаграммы "сущность-связь";
На уроках біології. [Електронний ресурс]. Режим доступу: http: // www. nenc.gov.ua / index.php? id=79. – Заголовок з титул. екрана. АНОТАЦІЇ Сліпчук І.Ю. Методика навчання біології учнів 8-9 класів з використанням комп’ютерних технологій. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук за спеціальністю 13.00.02 – теорія та методика навчання (біологія). – Наці ...
Сферы интеллектуальной деятельности, принесло с собой совершенно новые представления о возможностях обработки информации, новые приемы и формы работы, новый уровень информационной обеспеченности общества. В этом смысле есть все основания говорить о наступлении эры компьютерных технологий как о новом витке цивилизации. Кстати, выражение "компьютерная цивилизация" действительно есть, оно реально...
Согласно классической классификации принципов программирования было выделено процедурное и декларативное программирование, а также их разновидности: императивное, функциональное, объектно-ориентированное, логическое, экспертных систем и на основе индукции . Эти принципы до определенного момента применялись в рамках идеологии построения целевых информационных систем, предназначенных решать определенный спектр задач. Впоследствии, постоянный рост потребностей человечества в глобальном общении заставило изменить идеологию принципов программирования.
Представлены многими платформами, которые постоянно дополняются более новыми и узко специализированными.
Для программных продуктов глобального информационного общества характерны высокие требования к их коммуникативных составляющих. Это обусловило переход от создания монолитных решений для создания компонентов, допускающих свое повторное использование в различных средах и программных приложениях.
Идеология разработки в ИТ
Изменение идеологии в разработке программных систем была отмечена ведущими представителями IT индустрии, появлением качественно нового поколения программных продуктов. Некоторые производители программных систем информируют рынок о принадлежности продукции к открытой идеологии, наделяя их характерными внешними признаками. В частности, для продуктов фирмы Microsoft, выпущенных с начала 21 века, характерно окончание названия. Net (читается как Dot Net). Опираясь именно на эти решения, в дальнейшем будет проведено рассмотрение сущности идеологии открытого программирования.
Одной из практических реализаций идеологии открытого программирования является, реализованная в последних версиях Microsoft Visual Studio, открытость для языков программирования. Она заключается в использовании многоязычного среды разработки. То есть, в среду разработки приложений Visual Studio последних версий, вместе с языками программирования, включенных фирмой Microsoft (Visual C + +, Visual C , J . Net, Visual Basic. Net), могут добавляться любые языки программирования, компиляторы которых создаются другими фирмами -производителями. На сегодняшний день, таких расширений среды Visual Studio сделано уже достаточно много, практически, они существуют для всех известных языков (Fortran, Cobol, Component Pascal, Oberon и др.).
Открытость среды не означает полной свободы. Все разработчики компиляторов, при введении нового языка в среду разработки, должны придерживаться установленных правил и ограничений. Главное ограничение, которое, одновременно, можно считать и достоинством, заключается в том, что все языки, которые включаются в среду разработки Visual Studio, должны использовать единый каркас — Framework.Net.
Каркас приложений
Понятие каркаса приложений — Framework Applications появляется в литературных источниках со второй половины 90-х годов прошлого столетия в описаниях применения Visual Studio, начиная с четвертой версии. Роль каркаса приложений Visual C + + в ранних версиях Visual Studio выполняла библиотека классов MFC (Microsoft Foundation Classes). Библиотека классов MFC изначально представляла собой иерархически организованную коллекцию классов, в которую входили классы, способные создавать архитектуру новых приложений. Выбирая тип приложения, разработчик получал нужную функциональную платформу, образовывалась и поддерживалась объектами классов каркаса.
Например, когда разработчик выбирал из возможных типов приложений архитектуру «Документ-Представление», то в его приложение автоматически встраивались класс Document, ответственный за структуру документа и класс View — ответственный за его визуальное представление. Класс Form, вместе с другими классами, которые реализовывали элементы управления, обеспечивали унифицированный интерфейс приложений.
В течение последующих лет, роль каркаса в построении приложений существенно возросла за счет расширения его возможностей до уровня Framework.NET. Сегодня, каркас Microsoft Framework.NET является платформой для создания, развертывания и запуска приложений. Она предоставляет высокопроизводительное, основанное на стандартах многоязыковую среду, которая позволяет интегрировать существующие приложения с приложениями и сервисами следующих поколений.
Благодаря применению единого каркаса Framework.Net достигаются следующие преимущества:
- возможность использования компонентов, разработанных на разных языках;
- возможность разработки нескольких частей одного приложения на различных языках программирования;
- возможность бесшовной отладки многоязычного приложения;
- возможность создать класс на одном языке, а его потомки — другие языки.
Единый каркас стимулирует сближение языков программирования, позволяя вместе с тем, сохранять их индивидуальность и преимущества, которые они имеют. Благодаря единому каркаса, в некоторой степени решается проблема языкового барьера в мире программистов.
Каркас Framework.Net
В ходе эволюции каркаса происходит естественный процесс его отделения от среды разработки — Framework.Net становится надстройкой над операционной системой. В 2001 году Европейская ассоциация производителей компьютеров (ECMA) приняла компоненты каркаса в качестве стандарта. В следствие чего, каркас Framework.Net получает возможность развиваться для применения на операционных платформах, отличных от Windows.
Сегодня, каркас Framework.Net становится свободно распространяемым технологическим решением. Это существенно расширяет сферу его применения. Производители различных программных продуктов предпочитают ориентировать свои разработки на применение каркаса Framework.Net с целью обеспечения возможности выполнения кодов на различных операционных платформах.
В составе каркаса Framework.Net можно выделить две основные компоненты:
Статический — FCL (Framework Class Library) — библиотека классов каркаса.
Динамический — CLR (Common Language Runtime) — общеязыковой среды выполнения.
Библиотека классов FCL является результатом эволюции библиотеки классов MFC, благодаря которому каркас Framework.Net стал единственной средой для различных языков программирования. Поэтому, на каком бы языке программирования не велась разработка, она использует классы одной общей библиотеки. Большинство классов библиотеки, образующих общее ядро, используются всеми языками каркаса. Таким образом достигается унификация следующих реализаций:
- интерфейса приложений, независимо от языка, на котором они разрабатываются;
- взаимодействия с коллекциями и другими контейнерами данных;
- доступа к различным типам внешних источников данных.
Кроме того, библиотека классов FCL содержит ряд статических компонентов, обеспечивающих открытость программирования в среде Visual Studio. Среди них следует выделить: встроенные примитивные типы данных, структурные типы данных, компоненты поддержки архитектурного разнообразия приложений, пространства имен.
Встроенные примитивные типы данных . Важной частью библиотеки FCL стали классы, описывающие примитивные типы данных. Типы каркаса охватывают всю множество типов данных, встречающихся в языках программирования. Типы данных языка программирования проецируются на соответствующие типы каркаса. Например, тип данных, известный в языке Visual Basic как Integer, а в языке C как int, проецируется на тип данных FCL Int32. В каждом языке программирования, вместе с «родными» для языка названиями типов данных, разрешается использовать имена типов, принятыми в каркасе. Как следствие, все языки среды разработки могут пользоваться единой системой встроенных типов данных, обеспечивающая взаимодействие компонентов, написанных на разных языках.
Структурные типы данных . Частью библиотеки стали не только простые встроенные типы данных, но и структурные типы, описывающих организацию сложных структур данных: сроки, массивы, списки, записи. Это также способствует унификации и реальному сближению языков программирования.
Компоненты поддержки архитектурного разнообразия приложений . В среде разработки существует широкий набор возможных архитектурных типов приложений. Помимо традиционных Windows-приложений и консольных приложений, существует возможность создания платформ для Web-приложений. Большое внимание уделяется возможности создания повторно используемых компонентов — разрешается строить библиотеки классов, библиотеки элементов управления. Компиляторы языков, поставляемых различными фирмами для создания проектов, могут использовать как библиотеку FCL, так и собственную библиотеку классов.
Пространства имен . Количество классов библиотеки FCL достигла значительного уровня (несколько тысяч), поэтому возникла потребность в способе их структуризации. Логичным образом классы с близкой функциональностью объединяются в группы, называемые пространством имен (Namespace). Основным пространством имен библиотеки FCL является пространство System, содержащая, наряду с классами, другие — вложенные пространства имен. Например, примитивный тип Int32 непосредственно вложен в пространство имен System, и его полное имя, включающее имя пространства — System.Int32. В пространство System вложенный целый ряд других пространств имен, используемых при создании приложений.
Переход к идеологии открытого программирования в каркасе Framework.Net реализован во многом благодаря его динамической компоненте — общеязычной исполнительной среде CLR. Решения своих задач исполнительная среда осуществляет, основываясь на следующих составляющих: управляемый модуль, виртуальная машина, метаданные, сборник мусора, обработчик исключений, события и общие спецификации.
Управляемый модуль . С помощью управляемого модуля и управляемого кода реализуется основная концепция исполнительной среды каркаса — двухэтапная компиляция. Управляемый модуль — это перемещаемый исполняемый файл или РЕ-файл (Portable Exeable). РЕ-файлы представляют собой модули, содержание которых формируется компиляторами языков программирования на промежуточной языке — IL (Intermediate Language). В зависимости от типа проекта, РЕ-файл может иметь расширение exe, dll, mod или mdl.
Несмотря на то, что РЕ-файл с расширением exe, он выполняется операционной системой не совсем так, как привычный exe-файл. При его запуске он распознается, как специальный промежуточный файл, и передается исполнительному среде для обработки. Исполнительная среда начинает работать с кодом, в котором не осталось ни специфики начальной языка программирования. Код на промежуточной языке начинает выполняться под управлением исполнительной среды.
Виртуальная машина . Результат работы исполнительной среды каркаса можно рассматривать как своеобразную виртуальную машину. Эта машина транслирует участка промежуточного кода, подаваемого на исполнение, у команды реального процессора, который в действительности и выполняет код. Основу виртуальной машины составляют трансляторы JIT (Just In Time Compiler), которые и выполняют трансляцию промежуточного кода в командный код той вычислительной машины, где установлено и функционирует исполнительная среда.
Microsoft в своей разработке использовал опыт виртуальной машины Java. Он получил широкое признание, улучшив процесс за счет того, что в отличие от Java, промежуточный код не интерпретируется исполнительной средой, а компилируется с учетом всех особенностей вычислительной платформы. Благодаря этому, существует возможность создавать более производительные приложения. Кроме того, исполнительная среда, работая с промежуточным кодом, осуществляет достаточно эффективную оптимизацию программного кода и, что немаловажно, его защиту.
Метаданные . Перемещаемый исполнительный РЕ-файл является самодокументируемым файлом, т.е. содержит вместе с программным кодом метаданные, которые его описывают. Файл начинается с манифеста, включающий описание всех классов, которые в нем хранятся, их свойств, методов, всех аргументов этих методов, то есть всю необходимую для CLR информацию. Поэтому, кроме РЕ-файла не требуется никаких дополнительных файлов и записей в реестре — вся необходимая информация берется из самого файла.
Сборник мусора (Garbage Collector). Под сборкой мусора понимается освобождение оперативной памяти, занятой объектами, которые стали лишними и не используются в дальнейшей работе приложения. Во многих языках программирования (классическим примером является язык C / C + +) память освобождает сам программист, в явной форме программируя команды как на создание, так и на удаление объектов. Чтобы предотвратить неизбежным ошибкам программиста при работе с памятью, удаление неиспользуемых объектов, т.е. сборка мусора, стала частью исполнительной среды.
Обработчик исключений . В случаях, когда при вызове некоторой функции (процедуры) оказывается, что она не может корректно выполнить свою работу, исполнительная среда выбрасывает исключение. Выбрасывание исключений наилучшим образом согласовывает процесс программирования с исполнительной средой. В процессе разработки программных систем, организация перехвата выброшенных исключений и их последующая обработка, представляет собой основной рекомендуется реакции программы на нестандартные ситуации.
События . В исполнительной среды существует свое видение того, что является типом каждого объекта. Для этого используется формальное описание общей системы типов CTS — Common Type System. Согласно этому описанию, каждый тип, кроме методов и свойств, может содержать еще и события. При возникновении событий в процессе работы с тем или иным объектом определенного типа, направляются сообщения, которые могут получать и использовать другие объекты. Механизм обмена сообщениями основан на делегатах — функциональном типе.
Общие спецификации . Как уже отмечалось, каркас Framework.Net обеспечивает межъязычное взаимодействие. Чтобы классы, разработанные на разных языках, могли использоваться в рамках одного приложения, то есть их разноязычные потомки могли взаимодействовать, они должны удовлетворять некоторым ограничениям. Эти ограничения задаются набором общеязычной спецификации — CLS (Common Language Specification). Класс, удовлетворяющий спецификациям CLS, называется CLS-совместимым. Он доступен для использования в других языках, классы которых могут быть клиентами или наследниками совместного класса.