Что относят к основным понятиям программирования. Классификация знаний в области программирования. Данные и что они собой представляют

Основные понятия программирования

Основные определения, свойства алгоритма

Язык блок-схем

Базовые структуры алгоритмов: следование, ветвление, повторение

Язык псевдокода

Основные определения

Алгоритм (от имени учѐного аль-Хорезми (перс. یمزراوخ‎) - точный набор инструкций, которые необходимо выполнить для решения поставленной задачи за конечное число шагов.

Команда – элементарное предписание, предусматривающее выполнение какого-либо действия.

Операторы – действия, предписываемые командой.

Программа – данные, их описание и алгоритм, записанный на языке программирования.

Программирование – процесс создания программ.

Язык программирования – формализованный язык для написания программ. Все языки программирования являются искусственными, в них синтаксис и семантика строго определены.

Основные определения

Свойства алгоритма

Дискретность – возможность разбиения алгоритма на отдельные элементарные действия. Алгоритм представляет процесс решения задачи как последовательность выполнения шагов-этапов. Для выполнения каждого эпата требуется определенное время, т.е. преобразование исходных данных в результат происходит дискретно во времени.

Определенность (детерминированность) – обеспечение однозначности результата при многократных расчетах с одними и теми же исходными данными. Каждое правило алгоритма должно быть четким и однозначным, исключая возможность искажения или двусмысленного толкования.

Результативность (финитность, конечность) – обязательное получение результата за конечное число шагов. Невозможность получения результата свидетельствует о том, что данный алгоритм неприменим для решения поставленной задачи.

Массовость – возможность получения результата для некоторого класса задач, различающихся исходными данными (область применимости алгоритма ). Алгоритм решения задачи должен разрабатываться в общем виде для некоторого класса сходных задач.

Формы представления алгоритмов

Формы представления алгоритмов

Словесная (текстуальная) – запись алгоритма на естественном языке. Эта форма используется лишь на начальных стадиях разработки алгоритма, так как для сложных алгоритмов описание становится слишком громоздким и ненаглядным.

Графическая (блок-схема) – графическое изображение алгоритма в виде поселедовательности связанных между собой блоков (символов), каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких операторов. Эта форма является самой наглядной и компактной.

Программная – запись алгоритма в виде текста на языке программирования.

Псевдокоды – запись алгоритма на алгоритмическом языке, ориентированном на человека. Эта форма представляет собой полуформализованные описание алгоритмов, включающие в себя как элементы языка программирования, так и фразы естественного языка, общепринятые математические обозначения и др.

Формы представления алгоритмов

Пример словесного способа записи алгоритма решения квадратного уравнения ax²+bx+c=0

Задать коэффициенты уравнения a, b, c

Вычислить дискриминант по формуле d=b²− 4ac

Если дискриминант меньше нуля, то вывести ответ «Корней нет» и остановиться (конец алгоритма); в противном случае продолжить выполнение алгоритма;

Вычислить корни уравнения по формулам x1 =(− b+√d)/2a; x2 =(− b− √d)/2a;

Вывести полученные значения в качестве ответа. Конец алгоритма

Язык блок-схем

Некоторые условные графические обозначения символов блок-схем

Название символа	Обозначение и пример заполнения Пояснение
Начало-конец				Начало или конец
				алгоритма, вход или
				выход в подпрограмму

						Обработка данных
						(вычисление,
						пересылка и т.п.)

Язык блок-схем

Некоторые условные графические обозначения символов блок-схем (продолжение)

Название символа	Обозначение и пример заполнения										Пояснение
Предопределенный											Вызов процедуры,
											вычисления по
											подпрограмме
											Проверка условия

Термин программирование означает процесс и искусство создания компьютерных программ с помощью специальных языков программирования.

В общем смысле слова, программирование есть формализация предопределенного состояния, по реакции на событие, реализуемого средствами математики или естественных наук.

В узком смысле слова, программирование рассматривается как кодирование алгоритмов на заданном языке программирования. В более широком смысле программирование - процесс создания программ, то есть разработка программного обеспечения.

Программирование включает в себя:

· Проектирование - разработка комплекса алгоритмов

· Кодирование и компиляцию - написание исходного текста программы и преобразование его в исполнимый код с помощью компилятора

· Тестирование и отладку - выявление и устранение ошибок в программах

· Испытания и сдачу программ

· Сопровождение

Различные языки программирования поддерживают различные стили программирования (так называемые«парадигмы программирования»). Отчасти, искусство программирования состоит в том, чтобы выбрать один из языков, наиболее полно подходящий для решения имеющейся задачи. Разные языки требуют от программиста различного уровня внимания к деталям при реализации алгоритма, результатом чего часто бывает компромисс между простотой и производительностью (или между временем программиста и временем пользователя).

Единственный язык, напрямую выполняемый процессором - это машинный язык (также называемый «машинным кодом»). Как уже было сказано, изначально, все программисты прорабатывали каждую мелочь в машинном коде, но сейчас эта трудная работа уже не делается. Вместо этого, программисты пишут исходный код, и компьютер (используя компилятор, интерпретатор или ассемблер, речь о которых пойдёт чуть позже) транслирует его, в один или несколько этапов, уточняя все детали, в машинный код, готовый к исполнению на целевом процессоре. Однако, в некоторых языках, вместо машинного кода генерируется интерпретируемый двоичный код «виртуальной машины», также называемый байт-кодом (byte-code). Такой подход применяется в Forth, Lisp, Java (данному языку посвящена 3 Глава реферата).

Теперь, когда мы знаем немного о понятии «программирование», можно переходить к материальной части процесса создания программ. Это, разумеется, технические (аппаратные) средства обеспечения программирования - совокупность электрических, электронных и механических компонентов автоматизированных систем составляет их техническое обеспечение (в отличие от программных средств, представляющих собой программное обеспечение автоматизированных систем). Например, электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер - комплекс технических и программных средств, основанных на использовании электроники и предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Понятие языка программирования

Процесс работы компьютера заключается в выполнении программы, то есть набора вполне определённых команд во вполне определённом порядке. Машинный вид команды, состоящий из нулей и единиц, указывает, какое именно действие должен выполнить центральный процессор. Значит, чтобы задать компьютеру последовательность действий, которые он должен выполнить, нужно задать последовательность двоичных кодов соответствующих команд. Программы в машинных кодах состоят из тысячи команд. Писать такие программы - занятие сложное и утомительное. Программист должен помнить комбинацию нулей и единиц двоичного кода каждой программы, а также двоичные коды адресов данных, используемых при её выполнении. Гораздо проще написать программу на каком-нибудь языке, более близком к естественному человеческому языку, а работу по переводу этой программы в машинные коды поручить компьютеру. Так возникли языки, предназначенные специально для написания программ, - языки программирования.

Язык программирования - это специальный язык, на котором пишут команды для управления компьютером. Языки программирования созданы для того, чтобы людям было проще читать и писать для компьютера, но они затем должны транслироваться (транслятором или интерпретатором) в машинный код, который только и может исполняться компьютером. Языки программирования можно разделить на языки высокого уровня и языки низкого уровня.

Язык низкого уровня - это язык программирования, предназначенный для определенного типа компьютера и отражающий его внутренний машинный код; языки низкого уровня часто называют машинно-ориентированными языками. Их сложно конвертировать для использования на компьютерах с разными центральными процессорами, а также довольно сложно изучать, поскольку для этого требуется хорошо знать принципы внутренней работы компьютера.

Язык высокого уровня - это язык программирования, предназначенный для удовлетворения требований программиста; он не зависит от внутренних машинных кодов компьютера любого типа. Языки высокого уровня используют для решения проблем и поэтому их часто называют проблемно-ориентированными языками. Каждая команда языка высокого уровня эквивалентна нескольким командам в машинных кодах, поэтому программы, написанные на языках высокого уровня, более компактны, чем аналогичные программы в машинных кодах.

Создатели языков по-разному толкуют понятие язык программирования. Среди общин мест, признаваемых большинством разработчиков, находятся следующие:

Функция: язык программирования предназначен для написания компьютерных программ, которые применяются для передачи компьютеру инструкций по выполнению того или иного вычислительного процесса и организации управления отдельными устройствами.

Задача: язык программирования отличается от естественных языков тем, что предназначен для передачи команд и данных от человека компьютеру, в то время как естественные языки используются лишь для общения людей между собой. В принципе, можно обобщить определение «языков программирования» - это способ передачи команд, приказов, чёткого руководства к действию; тогда как человеческие языки служат также для обмена информацией.

Исполнение: язык программирования может использовать специальные конструкции для определения и манипулирования структурами данных и управления процессом вычислений.

Со времени создания первых программируемых машин человечество придумало уже более двух с половиной тысяч языков программирования. Каждый год их число пополняется новыми. Некоторыми языками умеет пользоваться только небольшое число их собственных разработчиков, другие становятся известны миллионам людей. Профессиональные программисты иногда применяют в своей работе более десятка разнообразных языков программирования.

Но создать язык, удобный для написания программ, недостаточно. Для каждого языка нужен свой переводчик. Такими переводчиками являются специальные программы-трансляторы.

Транслятор- это программа, предназначенная для перевода программы, написанной на одном языке программирования, в программу на другом языке программирования. Процесс перевода называется трансляцией. Тексты исходной и результирующей программ находятся в памяти компьютера.Примером транслятора является компилятор.

Компилятор- это программа, предназначенная для перевода программы, написанной на каком-либо языке, в программу в машинных кодах. Процесс такого перевода называется компиляцией.

Компилятор создаёт законченный результат - программу в машинных кодах. Затем эта программа выполняется. Откомпилированный вариант исходной программы можно сохранить на диске. Для повторного выполнения исходной программы компилятор уже не нужен. Достаточно загрузить с диска в память компьютера откомпилированный в предыдущий раз вариант и выполнить его.

Существует другой способ сочетания процессов трансляции и выполнения программы. Он называется интерпретацией. Суть процесса интерпретации состоит в следующем. Вначале переводится в машинные коды, а затем выполняется первая строка программы. Когда выполнение первой строки окончено, начинается перевод второй строки, которая затем выполняется и так далее. Управляет этим процессом программа-интерпретатор.

Интерпретатор- это программа, предназначенная для построчных трансляции и выполнения исходной программы. Такой процесс называется интерпретацией.

В процесс трансляции входит проверка исходной программы на соответствие правилам используемого в ней языка. Если в программе обнаружены ошибки, транслятор вводит сообщение о них на устройство вывода (обычно, на экран дисплея).Интерпретатор сообщает о найденных им ошибках после трансляции каждой строки программы. Это значительно облегчает процесс поиска и исправления ошибок в программе, однако существенно увеличивает время трансляции. Компилятор транслирует программу намного быстрее, чем интерпретатор, но сообщает о найденных им ошибках после завершения компиляции всей программы. Найти и исправить ошибки в этом случае труднее. Поэтому интерпретаторы рассчитаны, в основном, на языки, предназначенные для обучения программированию, и используются начинающими программистами. Большинство современных языков предназначены для разработки сложных пакетов программ и рассчитаны на компиляцию.

Иногда один и тот же язык может использовать и компилятор, и интерпретатор. К числу таких языков относится, например, Бейсик.

Классификация языков программирования

Если вы успели заметить, в тексте уже прозвучали несколько отдельных названий языков программирования. Но перед тем как более подробно их описать, необходимо классифицировать их по группам для удобства восприятия.

Во-первых это машинно-ориентированные языки, т.е. языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Машинно-ориентированные языки позволяют использовать все возможности и особенности Машинно-зависимых языков:

· высокое качество создаваемых программ (компактность и скорость выполнения);

· возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;

· предсказуемость объектного кода и заказов памяти;

· для составления эффективных программ необходимо знать систему команд и особенности функционирования данной ЭВМ;

· трудоемкость процесса составления программ (особенно на машинных языках и ЯСК), плохо защищенного от появления ошибок;

· низкая скорость программирования;

· невозможность непосредственного использования программ, составленных на этих языках, на ЭВМ других типов.

Машинно-ориентированные языки по степени автоматического программирования подразделяются на классы.

Как я уже упоминал, отдельный компьютер имеет свой определенный Машинный язык (далее МЯ), ему предписывают выполнение указываемых операций над определяемыми ими операндами, поэтому МЯ является командным. Однако, некоторые семейства ЭВМ имеют единый МЯ для ЭВМ разной мощности. В команде любого из них сообщается информация о местонахождении операндов и типе выполняемой операции.

В новых модулях ЭВМ намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно - аппаратным путем реализовывать более сложные команды, приближающиеся по своим функциональным действиям к операторам алгоритмических языков программирования.

Языки Символического Кодирования (далее ЯСК), так же, как и МЯ, являются командными. Однако коды операций и адреса в машинных командах, представляющие собой последовательность двоичных (во внутреннем коде) или восьмеричных (часто используемых при написании программ) цифр, в ЯСК заменены на символы (идентификаторы), форма написания которых помогает программисту легче запоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ и в значительной степени облегчает труд программиста.

Есть также языки, включающие в себя все возможности ЯСК, посредством расширенного введения макрокоманд - они называются Автокоды.

В различных программах встречаются некоторые достаточно часто использующиеся командные последовательности, которые соответствуют определенным процедурам преобразования информации. Эффективная реализация таких процедур обеспечивается оформлением их в виде специальных макрокоманд и включением последних в язык программирования, доступный программисту.

Язык, являющийся средством для замены последовательности символов описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ на более сжатую форму - называется Макрос (средство замены).

В основном, Макрос предназначен для того, чтобы сократить запись исходной программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающий функционирование макросов, называется макропроцессором. На макропроцессор поступает макроопределяющий и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов- выдача выходного текста.

Следующий вид языков - машинно-независимые языки. Это средства описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Они удобны в использовании для широкого круга пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ и ВС.

Подобные языки получили название высокоуровневых языков программирования. Программы, составляемые на таких языках, представляют собой последовательности операторов, структурированные согласно правилам рассматривания языка(задачи, сегменты, блоки и т.д.). Операторы языка описывают действия, которые должна выполнять система после трансляции программы на МЯ.

Таким образом, командные последовательности (процедуры, подпрограммы), часто используемые в машинных программах, представлены в высокоуровневых языках отдельными операторами. Программист получил возможность не расписывать в деталях вычислительный процесс на уровне машинных команд, а сосредоточиться на основных особенностях алгоритма.

С расширением областей применения вычислительной техники возникла необходимость формализовать представление постановки и решение новых классов задач. Необходимо было создать такие языки программирования, которые, используя в данной области обозначения и терминологию, позволили бы описывать требуемые алгоритмы решения для поставленных задач, ими стали проблемно - ориентированные языки. Эти языки, ориентированные на решение определенных проблем, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и получать результаты в требуемой форме.

Универсальные языки были созданы для широкого круга задач: коммерческих, научных, моделирования и т.д. Первый универсальный язык был разработан фирмой IBM. Он позволяет работать с символами, разрядами, числами с фиксированной и плавающей запятой. Язык учитывает включенные во многие машины возможности прерывания и имеет соответствующие операторы. Предусмотрена возможность параллельного выполнения участков программ.Появление новых технических возможностей поставило задачу перед системными программистами - создать программные средства, обеспечивающие оперативное взаимодействие человека с ЭВМ их назвали диалоговыми языками.Эти работы велись в двух направлениях. Создавались специальные управляющие языки для обеспечения оперативного воздействия на прохождение задач, которые составлялись на любых раннее неразработанных (не диалоговых) языках. Разрабатывались также языки, которые кроме целей управления обеспечивали бы описание алгоритмов решения задач.Непроцедурные языки составляют группу языков, описывающих организацию данных, обрабатываемых по фиксированным алгоритмам (табличные языки и генераторы отчетов), и языков связи с операционными системами.Позволяя четко описывать как задачу, так и необходимые для её решения действия, таблицы решений дают возможность в наглядной форме определить, какие условия должны быть выполнены, прежде чем переходить к какому-либо действию. Одна таблица решений, описывающая некоторую ситуацию, содержит все возможные блок-схемы реализаций алгоритмов решения.Программы, составленные на табличном языке, удобно описывают сложные ситуации, возникающие при системном анализе.

2 года назад я написал статью о классификации знаний в области программирования. Это было на волне интереса и моей активной деятельности по самообразованию в компьютерных науках. Написал статью и забыл о ней. Публиковать на Хабре не собирался. В конце концов, она базируется на моем личном опыте и знаних, которые могут оказаться весьма субъективны.

Недавно, на фоне постоянно поступающих вопросов «как научиться программированию?», я вспомнил про этот материал и перечитал его. Прошло уже 2 года, пополнился опыт, добавились знания, изменились взгляды. Но эта статья для меня не утратила актуальности, и я не нашел почти ничего, что хотел бы в ней изменить. Мне показалось, что она все же достойна публикации. И, возможно, кому-то она поможет в собственном профессиональном развитии.

Но прежде, чем «запустить» материал, еще небольшое отступление. О том, почему вообще я все это писал. Дело в том, что у нас в странах бывшего СССР с образованием в области IT очень туго. С одной стороны нет программ обучения, которые подготовят специалистов на должном уровне (наверное, за очень редкими исключениями, которые можно отнести к погрешности). С другой стороны, из-за широких возможностей самообразования, программисты и не спешат учиться в ВУЗах - все стремятся начать практиковать как можно раньше. Часто изучается только одно направление (например PHP+Mysql - самое популярное) и в бой. Причем, на этом все заканчивается. В итоге у нас огромное количество программистов, которые и базовых вещей не знают. Отсюда вытекают проблемы с качеством кода, и с эффекивностью алгоритмов, с велосипедированием.

Но программирование - это полноценная область знаний, которая требует в том числе и инженерной подготовки. Точно так же, как строительство или телекоммуникации. Да, построить дом (особняк) можно своими руками и без образования. А поднять большинство сайтов можно прочитав пару книг по PHP и HTML. Но многоэтажку без специальной подготовки не построишь, как и Гугл не напишешь, не зная основ.

Возможности для самообразования в компьютерных науках сейчас огромны. Единственное, чего не хватает, - это системности подготовки. Как разобраться, что и в какой последовательности изучать? Мне кажется, что этот материал поможет разложить по полочкам области знаний в компьютерных науках и составить для себя программу изучения по книгам. Выбор книг - тема отдельная, в рамки статьи не входит, но это можно обсудить в комментариях.

Поехали.

Меня иногда спрашивают, что нужно выучить, чтобы стать программистом. Вопрос несколько наивный, т.к. нормально ответить на него по-моему невозможно. Т.е. для начала нужно выяснить, каким программистом нужно стать. Да и вообще, программистом ли? Кроме того, на рынке востребованы как высококвалифицированные дорогие специалисты, так и “рабочая сила”. Пакет знаний и опыта первых и вторых отличается в значительной степени.

Но, не смотря на такую расплывчатость вопроса, дать ответ на него все же можно. Можно описать примерный максимум знаний, которые так или иначе относятся к программированию. Собственно, этот максимум обычно и стремятся преподать в ВУЗах на специальностях, в названии которых фигурирует слово “программист”.

Я учился на программиста в колледже, потом в университете. Именно университет немного разложил по полочкам понимание и взаимосвязь дисциплин, относящиеся к так называемым компьютерным наукам. Пусть знания, которые там давали, были недалекими и немного устаревшими, но системный подход у них был сформирован неплохой. Спустя годы практики после окончания обучения я пришел к выводу, что ВУЗовская классификация дисциплин вполне хороша и позволяет ответить на вопрос, что же следует знать любому программисту.

Конечно, знать все невозможно. Да и не нужно. Кроме того, какие-то вопросы нужно знать глубоко, а в других достаточно поверхностного обзорного понимания. По-этому в зависимости от специализации некоторые дисциплины более актуальны, некоторые менее. Но общие базовые знания необходимы почти по всем из них для любого инженера-программиста, от системщика до веб-разработчика.

В предыдущем абзаце я специально ввел термин “инженер-программист”. Как-то получается так, что программист - это не обязательно инженер. Даже из определения Википедии следует, что инженер - это в первую очередь проектировщик. Это тот, кто создает, т.е. проектирует системы. А в практике программирования проектирование нужно не всегда. Иногда достаточно кодирования: используя данный набор технологий, слепить что-то работающее. Типичный пример - стадо корпоративных или маркетинговых сайтов на джумлах, ворпрессах, друпалах и т.д. Это уровень техника, не инженера. Это уровень среднего образования. И работать техником можно даже после окончания курсов какого-либо языка программирования, крепкая теоретическая база там не нужна.

И, возвращаясь к инженерам-программистам, я хочу предложить свой граф дисциплин, которые изучают программисты. Очевидно, что одни дисциплины активно используют знания других, либо вовсе вырастают из других. Соответственно для полного понимания “верхнего” предмета, необходим какой-то уровень понимания нижнего.

Граф состоит из предметов (дисциплин) и разбит на уровни. Самый нижний - Общая база - вообще отношения к компьютерным наукам не имеет. Он приведен только для того, чтобы показать, на чем базируются дисциплины компьютерных наук.

Между дисциплинами существуют 2 вида связей: использование (обычная стрелка) и расширение (контур стрелки). Использование подразумевает необходимость фрагментарных знаний другого предмета, а расширение - необходимость как минимум обзорных, но полных знаний расширяемой дисциплины.

Первый уровень из CS (computer science) - Специальная база . Это стартовая площадка для любого программиста по четырем фронтам:

1. арифметические основы ЭВМ (системы счисления и операции с числами, логические операции);
2. физические основы ЭВМ (полупроводники, транзисторы, логические элементы, схемы, интегральные микросхемы);
3. теория алгоритмов (алгоритмы и структуры данных; сложность, эффективность; способы представления информации в памяти);
4. языки программирования (задача и понятие ЯП, уровни, типы языков, абстракция, уровни абстракции, трансляция/компиляция, шаблоны, принципы, парадигмы - обзор).

Специальная база предлагает фундаментальные теоретические знания, на которых строятся дисциплины более высоких уровней. Для среднего программиста необходимы обзорные знания по всем предметам специальной базы. Для некоторых специализаций требуется углубленное понимание теории алгоритмов (прежде всего - разработчикам разного рода библиотек).

Уровнем выше располагаются дисциплины, которые являются базовыми именно в программировании. По-этому я назвал этот уровень Основы . В него входят:

1. архитектура ЭВМ (процессоры, микроархитектура, память, шины, ввод/вывод);
2. обработка информации (теория информации, статистика, модели, поиск данных, лингвистические аспекты, обработка информации средствами табличных процессоров);
3. основы C/C++ (базовые свойства языка, синтаксис, указатели, ввод/вывод, массивы, основы STL).

Следом за Основами идет Уровень 1 . Это первый прикладной уровень, и особо нетерпеливые могут начать коммерческую практику, овладев этим уровнем. Он включает 5 дисциплин:

1. основы ASM (развитие архитектуры ЭВМ в направлении программирования, написание простейших драйверов и алгоритмов, ассемблерные вставки в C/C++);
2. C/C++ (ООП, разработка прикладных приложений, библиотеки, WinAPI, make utils, параллельное программирование).
3. операционные системы (архитектура ОС, процессы, межпроцессное взаимодействие, потоки, планирование, работы с памятью и переферией, POSIX-системы);
4. системный анализ (предметная область, бизнес-процессы, потоки, диаграммы, принципы и теория системного анализа);
5. базы данных (теория множеств, виды СУБД, реляционные СУБД, модели данных, SQL, конкретные БД).

Следующий уровень - Уровень 2 - развивает предыдущий. Кстати, компьютерные сети попали в него только по той причине, что для их изучения желательно (но не обязательно) предварительно освоить операционные системы. По развитости этот предмет ближе все-таки к первому уровню.

Уровень 2 включает:

1. разработку ПО (жизненный цикл ПО, этапы разработки, основы ведения программных проектов, инструменты);
2. анализ данных (Data Mining, OLAP, машинное обучение, нейронные сети, ИИ);
3. компьютерные сети (по уровням стеков TCP/IP и/или ISO/OSI “от и до”, протоколы, сетевое программирование на C/C++);
4. языки программирования с управляемым кодом (управляемый код, виртуальные машины, сборщики мусора, юнит-тестирование, собственно практика на C# или Java);

Уровень 3 - последний уровень для среднего программиста. Он самый объемный и включает только те дисциплины, которые непосредственно связаны с разработкой ПО. Всего их получилось 6:

1. разработка UI и юзабилити (принципы построения интерфейсов пользователя);
2. управление командами и проектами (методологии разработки и другие вопросы управления);
3. тестирование ПО (обзорно: виды тестирования, инструменты);
4. веб-технологии (HTTP-протокол, веб-сервер, CGI, кэширование и проксирование, клиентское программирование);
5. распределенные системы (архитектуры распределенных систем, протоколы сетевого взаимодействия компонентов, инструменты, принципы, подходы к построению распределенных систем, отказоустойчивость, большие данные, высокие нагрузки);
6. интерпретируемые языки программирования (особенности, основы по двум-трем языкам, практика по одному-двум языкам: JS, PHP, Python, Ruby).

Все, что идет выше, - расширенные Экспертные знания . По большому счету этот уровень можно расширять неограниченно, добавляя в него смежные с разработкой дисциплины и наиболее сложные аспекты разработки ПО. Я привел 3 примера - разработка компиляторов, разработка операционных систем и построение архитектур больших программно-аппаратных систем, либо архитектур, рассчитанных на особо высокие нагрузки. Зависимости к нижним уровням га графе не рисовал, т.к. получится слишком много стрелок, идущих через все уровни, вплоть до Общей базы. Наверное, широкие зависимости - это один из признаков вопросов экспертного характера. Здесь как раз подтверждается то, что экспертный уровень требует самых широких знаний и хорошего опыта.

Интересно в графе то, что он не только показывает предпочтительный порядок изучения предметов, но также:

1. дает возможность понять, какие дисциплины нужны больше, какие меньше для работы в определенной специализации (просто выбрать основной предмет специализации и смотреть по связям и удаленности до других);
2. дает понимание, как изучать компьютерные науки, если начинать не с фундаментальных основ, а с прикладных знаний (например, PHP) - можно двигаться по связям в стороны и вниз - собственно именно таким был мой личный путь развития (и я никак не могу назвать его самым легким, эффективным и оптимальным).

Граф - это модель. А хорошая модель как правило дает ответы сразу на множество вопросов. Я поставил перед собой задачу сделать хороший граф, близкий к реальности. Естественно, он основан на моем личном опыте и не претендует на идеал. Я старался сделать его наиболее объективным. И еще раз напоминаю, что это граф для программиста. Т.е. для тестировщика, сисадмина и других близких к программированию профессий он будет более или менее близким, но явно другим.

P.S. Убедительная просьба не развивать холивары на тему, что должен и что не должен знать программист. Это личный выбор каждого и статья совсем не об этом. Здесь приведена классификация знаний и взаимосви между ними. Это интересно не всем, это нужно не всем.

Я не знаю, как обстоят дела в образовании сейчас, но 10-15 лет назад ни в школе, ни в университете никто всерьёз не объяснял, что программирование имеет свои типы, каждый из которых требует особого типа мышления. Не то чтобы это покалечило чьи-то судьбы, но изучение программных дисциплин могло бы проходить гораздо быстрее, если на стадии закладки фундамента мы представили многообразие языков и подходов, а не зомбически учили C++ в его консольных проявления.

Многие, сталкиваясь с необходимостью писать функциональный код, часто сожалеют, что процедурный образ мышления настолько глубоко засел в мозг, что перестроиться с него непросто. Поэтому лучше начинать путь в программисты не с выбора языка, а с выбора типа программирования.

Типы программирования

Условимся сразу: типов будет шесть. Это достаточно подробное деление. Обычно выделяют 3-4, но так как перед нами стоит задача выбора пути для новичков, оно вполне оправдано.

Процедурное программирование , оно же императивное.

Оно ставит задачу создания кода на языке, понятном используемой машине. Самый известный случай - машина Тьюринга, из известных языков программирования - С/C++, Ада, Паскаль, Go. Задачи здесь решаются планомерно: сначала объявляется объект, потом он определяется и затем выполняется с ним действие:

var
S: String;

S:= ‘Hello!’;

Декларативное программирование .

В процедурном случае вектор оптимизации языка направлен от машинного уровня к языку пользователя путем использования базовых принципов ООП, классов, методов и пр.. Здесь же во главе угла стоит непосредственно задача, а способ её исполнения второстепенен. Яркий пример - язык разметки HTML. Если вы хотите разместить кнопку, вам формально не надо создавать объект и присваивать ему атрибуты:

Hello!

Функциональное программирование .

Как вы знаете из курса математики, результат выполнения любой функции можно представить в виде табличных данных, вопрос только в частоте дискретизации и диапазоне значений. То есть, сколько бы раз не была выполнена функция, каким бы не было её место в задаче, результат для одних и тех же значений останется один и тот же. В императивном программировании это выполняется далеко не всегда, ведь значения переменных могут изменяться в ходе программы, что сделает результат зависимым от конкретных условий.

Функциональное программирование лишено этого недостатка: здесь вы оперируете функциями - исходными, приращения и результативной, - но не конкретными значениями. Среди популярных представителей - Lisp, Clojure, Haskell. Функциональное программирование считается сложным и избыточным для большинства прикладных задач. Отсюда невысокий спрос на специалистов, но от этого же высокие зарплаты и действительно интересная работа.

Логическое программирование .

Как следует из названия, оно оперирует простой математической логикой. Яркие представители - Planner и Prolog. Достаточно ограниченный набор действий может быть реально полезен для создания простейшего искусственного интеллекта или разминки мозгов, но в реальной жизни логическое программирование самостоятельно используется редко.

Динамическое программирование .

Тот случай, когда для решения сложной комплексной задачи необходимо её разбить на несколько более простых, минимизировав количество циклов исполнения. В идеале каждая простая задача должна выполняться один раз, но на практике это бывает достаточно редко. Динамическое программирование - скорее концепция, применимая ко всем языкам, поэтому представителей у данного направления нет. Но особого образа мышления от вас это потребует точно так же.

Графическое программирование , оно же визуальное.

Оно предлагает разработчику работать с графическими изображениями, а не текстом. Выражаться это может по-разному - есть специальные языки, вроде Scratch или BluePrint, есть языки схем или диаграмм (LD или FBD), есть просто разделы программирования, связанные со взаимодействием с формами и графикой. В последнем случае это может быть любой язык, визуализация осуществляется средствами разработки (Borland Delphi/C++, Visual Studio, Adobe Dreamweaver и пр.). Такое графическое программирование в чистом виде встречается крайне редко, без понимания языка и структуры кода создать что-то серьезное невозможно.

Остальное

Программирование делят по множеству типов, и о некоторых новички даже не догадываются: синхронное/асинхронное/событийное, последовательное/параллельное, различное по решаемым задачам и задействованности ИИ и статистики.

Выбор стартовой парадигмы программирования не означает выбор только одного пути. Напротив, не привязываясь к конкретным языкам, профессиям и программным средам, начав со «своего» образа мышления, вы изначально настроите себя на правильное понимание сути. Успешным, счастливым и богатым айтишником становится не тот, кто попал в нужный поток, а тот, для кого любой поток - возможность реализовать свой потенциал.

ВВЕДЕНИЕ В ТУРБО ПАСКАЛЬ

ЯЗЫК ВЫСОКОГО УРОВНЯ ТУРБО ПАСКАЛЬ

Классификацию языков программирования, с каждым из которых можно связать профильно–ориентированный курс информатики, можно представить следующей схемой:

Программирование – это раздел информатики, задача которого – разработка программного обеспечения ЭВМ. В узком смысле слово программирование обозначает процесс разработки программы на определенном языке программирования.

На начальном этапе программирование было операциональным и одновременно процедурным, а в уже усовершенствованном виде – структурным (классический пример – Паскаль). Процедурное программирование, в своей основе, сходится к следующему: программа представляет собой детальное описание решения задачи, т.е. алгоритм в некоторой специальной записи. Основные понятия – оператор и данные.

Принципиально иное направление в программировании связано с методологиями (парадигмами) непроцедурного программирования. Объектно-ориентированная программа – совокупность множества независимых объектов. Каждый объект можно использовать для решения задачи, не вникая во внутренние механизмы его функционирования. Наиболее популярные языки объектного программирования – C++, Delphi, Visual Basic.

При использовании декларативного языка программист указывает исходные информационные структуры, взаимосвязи между ними и то, какими свойствами должен обладать результат. При этом процедуру его получения (алгоритм) программист не строит. В этих языках отсутствует понятие «оператор» («команда»).

В настоящей работе рассматривается структурное программирование на языке Паскаль.

Программирование как процесс создания программы формально состоит из выбора языка программирования и замены элементов блок-схемы алгоритма соответствующими элементами выбранного языка программирования. Правильная программа на алгоритмическом языке представляет собой формальную запись конечной последовательности действий, приводящих к решению поставленной задачи.

Программа непосредственно в процессорных кодах представляет собой последовательность из 0 и 1. Команды машинного языка, в большинстве случаев, состоят из двух частей – кода операции (указание процессору, что сделать) и из операндов (с чем нужно сделать операцию).

Для ускорения процесса программирования сначала был разработан язык Ассемблер, а в дальнейшем языки высокого уровня (в т.ч. и Турбо Паскаль). Программа на языке Ассемблер стала записываться как последовательность строк, каждая из которых включает содержание действия (имя операции) и обозначения операндов. Программы на языках высокого уровня состоят уже из операторов (интегрированных команд), каждому из которых может соответствовать несколько машинных операций.

Алгоритмический язык высокого уровня – это система правил для представления данных и описания процесса их обработки.

Система правил формирования множества конструкций языка (слов, выражений, операторов) - синтаксис языка .

Систему правил однозначного истолкования исполнителем программы (человеком и техническим устройством) смысла синтаксических конструкций алгоритмического языка определяет семантика .

Чтобы программа, написанная на языке высокого уровня (например, Турбо Паскаль) однозначно воспринималась и истолковывалась процессором ее необходимо привести в соответствие с его системой команд (СКИ). Эту функцию выполняет специальная программа – компилятор.

При практической реализации разработанной программы существуют причины ее невыполнения при некотором наборе исходных данных (не достижение результативного окончания работы), которыми могут быть:

Исходная Выполняемая

программа программа

Сообщения об ошибках

§ Ошибки синтаксиса, т.е. нарушение формальных правил записи алгоритма;

§ Выход начальных данных за пределы допустимого множества;

§ Несоответствие алгоритма возможностям исполнителя.

Именно поэтому кроме преобразования текста программы в машинный код компилятор решает и вторую задачу: обнаруживает и сигнализирует о синтаксических ошибках программы (встреченной в исходном тексте программы недопустимой комбинации символов).

Генерация машинного кода и обнаружение синтаксических ошибок не может свидетельствовать об отсутствии в программе других ошибок и что она не нуждается в отладке.

В том случае, когда ошибки имеют смысловой (семантический) характер для их локализации и исправления прибегают к тестированию программы. Тестирование состоит в проверке работоспособности алгоритма (программы) при таких значениях исходных данных, которые охватили бы все возможные пути обработки данных. На практике тестирование проводят лишь на некоторых наборах исходных данных (предельных: минимальных и максимальных, недопустимых). Тестирование может обнаружить ошибку, но не доказывает их полное отсутствие.

Процесс обработки программы на языке Паскаль:

Процесс программирования на универсальном языке высокого уровня Паскаль состоит из следующих действий: ввода и редактирования текста программы, трансляции и отладки. Для повышения качества и скорости разработки программ была создана интегрированная система программирования Турбо Паскаль, представляющая собой единство двух начал: компилятора и среды программирования – инструментальная программная оболочка языка, предоставляющая разнообразные сервисные услуги.

Для выполнения каждого этапа применяются специальные средства интегрированной среды программирования: редактор текстов (editor), компилятор (compiler), компоновщик (linker), отладчик (debugger).

Поскольку многие программы выполняют одни и те же действия (ввод/вывод данных, вычисление математических функций и т.п.) были организованы библиотеки подпрограмм, когда алгоритмы этих действий хранятся уже в скомпилированном виде в памяти компьютера. При написании программы только требуется указать, из какой библиотеки какую подпрограмму вызвать, а связыванием программы и библиотек в единое целое производит специальная программа-компоновщик (редактор связей).