По истории информатики на тему

• функциональная декомпозиция (разбиение) задачи на самостоятельные подзадачи — модули, связанные только входными и выходными данными;

• модуль представляет собой «черный ящик», позволяющий разрабатывать части программ одного проекта на разных язы­ках программирования, а затем с помощью компоновочных средств объединять их в единый загрузочный модуль;

• должно быть ясное понимание назначения всех модулей зада­чи и их оптимального сочетания;

• с помощью комментариев должно описываться назначение всех переменных модуля.

3.4 Объектно-ориентированное программирование.

Развитие идей структурного и событийного программирования существенно подняло производительность труда программистов и позволило в разумные сроки (несколько месяцев) создавать приложения объемом в сотни тысяч строк. На смену им в начале 1990-х гг. пришло объектно-ориентированное программирование(ООП). Его можно рассматривать как модульное программирование нового уровня, когда вместо механического объединения процедур и данных главным становится их смысловая связь. Объект рассматривается как логическая единица, которая содержит данные и правила (методы) их обработки. Объектно-ориентированный язык создает «программное окружение» в виде множества независимых объектов, каждый из которых отличается своими свойствами и способами взаимодействия с другими объектами. Программист задает совокупность операций, описывая структуру обмена сообщениями между объектами. Как правило, он «не заглядывает» внутрь объектов, но при необходимости может изменять элементы внутри объектов или формировать новые.

Реальные объекты окружающего мира обладают тремя базовыми характеристиками: они имеют набор свойств, способны разными методами изменять эти свойства и реагировать на события, возникающие как в окружающем мире, так и внутри самого объекта. Именно в таком виде в языках программирования и реализовано понятие объекта как совокупности свойств (структур данных, характерных для этого объекта), методов их обработки (подпрограмм изменения свойств) и событий, на которые данный объект может реагировать и которые приводят, как правило, к изменению свойств объекта.

Объекты могут иметь идентичную структуру и отличаться только значениями свойств. В таких случаях в программе создается новый тип, основанный на единой структуре объекта (по аналогии с тем, как создаются новые типы для структур данных). Он называется классом, а каждый конкретный объект, имеющий струк­туру этого класса, называется экземпляром класса.

Описание нового класса похоже на описание новой структуры данных, только к полям (свойствам) добавляются методы — подпрограммы.

При определении подпрограмм, принадлежащих конкретному классу, его методов, в заголовке подпрограммы перед ее названием явно указывается, к какому классу она принадлежит.

Класс — это тип данных, такой же, как любой другой базовый или сложный тип. На его основе можно описывать конкретные объекты (экземпляры классов).

ООП основано на трех важнейших принципах (инкапсуляция, наследование, полиморфизм), придающих объектам новые свойства. Инкапсуляция — объединение в единое целое данных и алгоритмов их обработки. Данные здесь — поля объекта, а алгоритмы — объектные методы. Наследование — свойство объектов порождать своих потомков. Объект-потомок автоматически наследует все поля и методы, может дополнять объекты новыми полями, заменять и дополнять методы. Полиморфизм — свойство родственных объектов решать схожие по смыслу проблемы разными способами.

Идея использования программных объектов исследовалась в течение ряда лет разными учеными. Одним из первых языков этого типа считают Simula-67. А в 1972 г. появился язык Smoltalk, разработанный Аланом Кеем, утвердивший статус ООП.

На современном этапе развиваются инструментальные среды и системы визуального программирования для создания программ на языках высокого уровня: (Turbo Pascal, Delphi, Visual Basic, C++Builder и др.).

3.5 Компонентного программирования (КП)

Развитие основных принципов объектно-ориентированного программирования получило с появлением компонентного программирования (КП) — динамический процесс без жестких правил, выполняющийся в основном для распределенной разработки (программирования) распределенных систем. Суть КП в том, что независимые проектировщики, программисты разрабатывают независимые компоненты (отдельные части) единой системы, распределенные по множеству узлов большой сети. Эти части могут принадлежать раз­ным собственникам и управляться организационно независимыми администраторами.

В КП компонент рассматривается как хранилище (в виде DLL-или ЕХЕ файлов) для одного или нескольких классов. Классы рас­пространяются в бинарном виде, а не в виде исходного кода. Пре­доставление доступа к методам класса осуществляется через строго определенные интерфейсы по протоколу. Это снимает проблему несовместимости компиляторов, обеспечивая без перекомпиляции смену версий классов в разных приложениях. Интерфейсы задают содержание сервиса и являются посредником между клиентом и сервером.

Фирма Microsoft создала технологии для распределенной разра­ботки распределенных систем, такие как COM (Component Object Model), COM+, NET. Разработаны и другие технологии: CORBA (консорциума OMG), JAVA (компании Sun Microsystem) и др.

В конце 1980-х гг. в Японии и США появились проекты ЭВМ V поколения, реализованные в конце 1990-х гг. Прогресс в програм­мировании был связан с прогрессом в архитектуре вычислительных сис­тем, отходом от фон-неймановской концепции, с достижениями в области искусственного интеллекта. Революционные изменения в элементной базе ЭВМ связываются с исследованиями по биоэлектронике.

Независимость языков высокого уровня от ЭВМ вовлекла в сферу алгоритмизации задач специалистов различных отраслей зна­ний, позволила использовать многочисленные стандартные типовые программы, а программистам — устранять дублирование в написа­нии программ для различных типов ЭВМ и значительно повысить производительность труда.

На современном этапе программирование включает комплекс вопросов, связанных с написанием спецификаций (условий задач), проектированием, кодированием, тестированием и функционирова­нием программ для ЭВМ. Современное ПО для ЭВМ имеет слож­ную структуру и включает, как правило, ОС, трансляторы с различ­ных языков, текстовые программы контроля и диагностики, набор обслуживающих программ. Например, японские ученые для проек­тирования систем ПО разрабатывают идею «кольцевой структуры» шести уровней: 1-й (внутренний) — программы для аппаратуры; 2-й — ядро ОС; 3-й — программы сопряжения; 4-й — часть ОС, ориентированная на пользователя; 5-й — системы программирования; 6-й (внешний) — программы пользователя.

Согласно этим проектам научных исследований процесс создания программных средств будет значительно упрощаться путем автомати­зации синтеза по спецификациям исходных требований на естест­венных языках.

4.1 CASE системы

Широкое применение структурных и объектно-ориентирован­ных методов программирования с использованием графических моделей объединялось отсутствием инструментальных средств. Это по­родило потребность в программно-технологических средствах спе­циального класса — CASE (Computer Aided Software Engineering), реализующих технологию создания и сопровождения программного обеспечения (ПО) различных систем.

Предпосылки для появления CASE-технологий возникли к концу 1980-х гг. Первоначально термин «CASE» применялся только к вопросам автоматизации разработки ПО, теперь программная инженерия имеет более широкое значение для разработки систем в целом. В CASE-технологии входит разработка и внедрение языков высокого уровня, методов структурного и модульного программирования, языков проектирования и средств их поддержки, формальных и неформальных языков описания системных требований.

Представление о CASE - комплексах связано в нашем сознании с чем - то, не имеющим отношения к обычному программированию.В Америке из - за сильнейшнй конкуренции CASE - средства используются подавляющим большинством фирм - разработчиков программного обеспечения. Мощный толчок CASE - средства получили в пору внедрения объекто - ориентированной технологии разработки ПО, когда старого, проверенного временем метода проектирования "сверху вниз" стало явно недостаточно. К тому же появились технологии объектного моделирования  Booch, OMT, UML, сами по себе весьма сложные для привязки к языкам программирования, чтобы оперировать ими вручную. Сегодня лидирующей в мире CASE-системой считается Rational Rose корпорации Rational Software. Система Rational Rose нацелена на создание модулей с использованием языка Unified Modeling Language (UML).

4.2 Индустрия искусственного интеллекта.

Идея переложить на ЭВМ функции составителей алгоритмов и программистов дала новые возможности развитию сферы искусст­венного интеллекта, которая должна была создавать методы автоматического решения интеллектуальных задач. Формализация знаний, которые есть у профессионалов в разных областях, накопление их в базах знаний, реализованных на ЭВМ, стали основанием для созда­ния экспертных систем. На основе баз знаний работают и ЭВМ V по­коления, и интеллектуальные роботы, и экспертные системы. Эти системы могут не только найти решение той или иной задачи, но и объяснить, как оно получено. Появилась возможность манипулировать знаниями, иметь знания о знаниях — метазнания. Знания, хранящиеся в системе, стали объектом ее собственных исследований.

Бум, возникший в конце семидесятых годов в области изучения искусственного интеллекта и приведший к созданию новой отрасли промышленности, не случаен, его вызвали следующие причины:

Первая - угроза всеобщей мобилизации населения земного шара в программисты привела к идее пятого поколения ЭВМ. Но создание таких ЭВМ требует разработки средств автоматического выполнения функций алгоритмиста и программиста, то есть интеллектуальных функций по формализации задач и составлению программ для их решения. А это уже сфера искусственного интеллекта, ибо одно из толкований целей этой науки состоит как раз в утверждении, что она должна создавать методы автоматического решения задач, считающихся в человеческом понимании интеллектуальными. Это означает, что создание ЭВМ пятого поколения невозможно без использования достижений, накопленных в искусственном интеллекте;

Вторая - развитие робототехнических малолюдных или безлюдных производств. На современных промышленных предприятиях происходит активное внедрение автоматических систем, в которых широко используются интеллектуальные роботы. Прогресс в этой области во многом зависит от того, насколько роботы могут хранить в своей памяти необходимую сумму знаний о профессии, которой они овладевают;

Третья - необходимость передавать на ЭВМ задачи из плохо структурированных проблемных областей. Именно для них нужно автоматизировать труд алгоритмиста, его способность формализовать то, что с трудом поддается формализации. Путь решения этой проблемы - формализация знаний, которые есть у профессионалов в данной проблемной области, но хранятся в их памяти в виде неформализованных соображений, умений и навыков. Такие профессионалы являются экспертами своего дела, а получаемые от них знания обычно называют экспертными. Если в базу знаний системы заложить знания подобного типа, то система будет называться экспертной.

 4.3 Экспертные систем.

Экспертные системы могут не только найти решение той или иной задачи, но и объяснить пользователю, как и почему оно получено. Это означает, что в экспертных системах реализована возможность "самоанализа", в них появилась возможность рассуждать о знаниях и манипулировать ими. А значит, появилась и возможность иметь знания о знаниях, т.е. метазнания. С их помощью в экспертных системах стала возможной оценка знаний с точки зрения их полноты и корректности, а также реализуется "функция любопытства",  связанная с активным поиском связей  между хранящимися в памяти знаниями, их классификацией и пополнением за счет разнообразных логических процедур.

 В экспертных системах сделан важный шаг - знания, хранящиеся в системе, стали объектом ее собственных исследований.

Потенциально человек способен к овладению любым видом интеллектуальной деятельности. Он может научиться играть и в шахматы, и в морской бой, и в любые другие игры, ибо он обладает универсальными метапроцедурами, позволяющими ему создать процедуры решения конкретных интеллектуальных задач.

 Развитие теории искусственного интеллекта в конце шестидесятых годов началось с осознания именно этого факта. У новой науки появился свой специфический объект исследований и моделирования - универсальные метапроцедуры программирования интеллектуальной деятельности. В их числе имеются метапроцедуры общения, обучения, анализа воспринимаемой системой информации и многие другие. Но, несомненно, центральное место здесь занимают те метапроцедуры, которые связаны с накоплением знаний и использовании их при решении интеллектуальных задач. Именно эти метапроцедуры  находят свое воплощение в экспертных системах.

Существующие сейчас экспертные системы принято делить на два класса: консультационные и исследовательские. Первые призваны давать советы, когда у пользователя возникает необходимость в них, а вторые - помогать исследователю решать интересующие его научные задачи.

Система общения позволяет вводить в экспертную систему информацию  на, ограниченном рамками профессиональной области, естественном языке  и организует ведение диалога с пользователем. Эта система сообщает пользователю о непонятных для нее словах, о допущенных им ошибках, предлагает наборы действий, которые пользователь при желании может выполнить. Если пользователь еще не освоил "этику приема", то в дело включается блок обучения; в диалоговом режиме он постепенно обучает пользователя с общению с ЭВМ, учит его, используя примеры, решению задач. Пользователь может обращаться к этому учителю, когда захочет, - система всегда найдет время для пояснения непонятных пользователю моментов.

В экспертной системе существует специальный комплекс средств, с помощью которых в базе знаний наводится необходимый порядок. Информация здесь классифицируется, обобщается, оценивается ее непротиворечивость, отдельные информационные единицы объединяются связями различного типа. Другими словами, в базе знаний возникает структурированная модель проблемной области, в которой отражены все ее особенности, закономерности и способы решения задач. Всеми этими процедурами заведует система поддержки базы знаний.

Почти так же, как и консультативные, устроены исследовательские экспертные системы, но в них имеются еще и блоки, в которых выполняются все необходимые для специалиста расчеты. Можно сказать, что экспертные системы такого типа - это симбиоз ЭВМ пятого поколения и консультационных экспертных систем

4.4. Сетевое программирование

Мощным толчком в развитии новых направлений в программи­ровании послужило объединение компьютерных и телекоммуника­ционных технологий.

За рубежом в 1960-х гг. появились первые вычислительные сети, с которых началась техническая и технологическая революция, т. к. была предпринята попытка объединить технологию сбора, хране­ния, передачи и обработки информации на ЭВМ с техникой связи. В Европе в те годы были созданы международные сети EIN и Евронет, затем появились национальные сети. В 1972 г. в Вене была соз­дана сеть МИПСА, к которой присоединились в 1979 г. 17 стран Европы, СССР, США, Канада и Япония. В 1980-х гг. в нашей стра­не была создана система телеобработки статистической информа­ции, обслуживающая государственные и республиканские органы статистики. С 1980-х гг. развивается программирование для локаль­ных вычислительных сетей (ЛВС) – коммуникационных систем, поддерживаемых внутри некоторой ограниченной территории, работающих под управлением сетевых ОС (например NetWare компании «Novell»).

Глобальные вычислительные сети — это сети, использующие информационные ресурсы ЛВС, расположенных на большом рас­стоянии друг от друга. Наиболее популярной является сеть Интернет, представляющая собой обще­мировую совкупность сетей, связывающая между собой миллионы компьютеров.

Сети позволили эффективно использовать аппаратные средства, программные средства и такие многопользовательские системы, как электронная почта, информационные системы на основе баз дан­ных, телеконференции и др. Особой популярностью пользуется сис­тема WWW (World Wide Web) — Всемирная паутина, т. е. всемирная распределенная база гипертекстовых документов. Пользователи, ис­пользуя для программирования язык гипертекстовой разметки HTML, создают свои сайты любой тематики и легко могут получать многообразную информацию, общаться с миллионами пользовате­лей компьютеров. В будущем планируется массовое использование так называемых информационных роботов (Knowbot) — новых сис­тем поиска и обработки информации в сети, в основе которых име­ются уже элементы экспертных систем, позволяющих анализиро­вать искомую информацию и готовить ее для выдачи в форме пре­зентаций.

С Интернетом тесно связаны понятия «киберпространство» и «виртуальная реальность». Киберпростраиством называют совокупность всех систем компьютерных коммуникаций и потоков информации, циркулирующих в мировых сетях. Виртуальная реальность — фантастический мир, создаваемый на экране компьютера, образы реального мира и процессов, в нем происходящих. С этими объек­тами и процессами можно работать как с реальными, проводить различные исследования, имитировать всевозможные ситуации, создавать прекрасные тренажеры для применения полученных на­выков в реальности. Поле деятельности для программистов огром­ное, поэтому общество заинтересовано в высококвалифицирован­ных специалистах этого профиля.

На сегодняшний день информационные технологии находятся на том уровне, что само понятие программирование потеряло свой первоначальный смысл - … Необходимость в умении писать сложные программы при решении прикладных задач, проектировании различных систем уже не так высока как на заре эпохи компьютеризации. Пройдя долгий и сложный путь, став самостоятельной наукой, взяв за основную единицу описания – объект, программирование превратилось в некую систему, которая освобождает проблемного пользователя или прикладного программиста от необходимости написания программ решения своих задач на неудобном для него языке машинных команд и предоставляют им возможность использовать специальные языки более высокого уровня.

Теперь достаточно воспользоваться удобной системой проектирования, содержащей готовые модули в виде исполнимых функций и процедур… и практически любой опытный пользователь может получить решение своей задачи, получить нужную модель того или иного процесса. Так же появилась возможность проводить экспертные оценки полученных результатов. Таким образом на ряду с ростом уровня технологий программирования наблюдается сокращение необходимости участия человека в процессе написания программ.

Исследования в области искусственного интеллекта, нанотехнологий, биоэлектроники – все это лишний раз подтверждает сказанное выше! Каким будет наш мир? Покажет время…

Березин Б.И., Березин С.Б. Начальный курс программирования/ М., 1996 г.

Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на C++, 2-е изд./ Перевод с английского – М.: «Издательство Бином», С-Пб.: «Невский диалект», 1999 г. – 560 с., ил. books.dore.ru/bs/flbid1160.html

Ваулин А.С. Языки программирования/ 1993 г.

Вендеров А.М. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. М.: Диалог-МГУ, 1998.

Трофимов С.А. CASE-технологии: практическая работа в Ration Rose/ М., ЗАО «Издательство БИНОМ», 2001 г.