М.М. ГОРБУНОВ-ПОСАДОВ - Системное обеспечение пакетов прикладных программ (1184225), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Если говорить о физикотехнических приложениях, где использование вычислительной техникитрадиционно осуществлялось опережающими темпами, то необходимопрежде всего отметить следующие тенденции [2,9,14]:- переход к решению комплексных проблем, объединяющихмногообразные физические и инженерно-технические направленияисследований;- возрастание роли вычислительных машин при проведенииестественнонаучных экспериментов;- расширение круга специалистов, прибегающих к услугамвычислительных систем;- создание и развитие фондов прикладных программ;- выдвижение на первый план в программировании вопросов, связанныхс эффективной организацией вычислений и конструированием программ наоснове модульной структуры математических моделей и алгоритмов;- появление новых разнообразных форм ведения вычислительных работкак в плане разработки программ, так и в плане проведения расчетов.Легко видеть, что рассмотренные тенденции выдвигают такиетребования к программному обеспечению вычислительных систем,используемых в физико-технических приложениях, которые едва ли могутбыть удовлетворены в рамках одного программного проекта-исполина.Здесь возникает задача создания такого программного обеспечения,которое удовлетворяло бы запросы пользователей, имеющих различныепроблемные интересы и обладающих различными навыками в проведениивычислений.
Другими словами, речь идет о задаче создания разностороннеквалифицированного программного обеспечения, а эта задача, какотмечалось выше, может быть эффективно решена путем разработкимножества пакетов прикладных программ, ориентированных на конкретныеразделы работ в приложениях.Ориентированность каждого пакета на индивидуальные потребностиавтоматизируемой прикладной деятельности объясняет исключительноемногообразие решений как с точки зрения архитектуры, так и с точки зренияструктуры пакета. Можно кратко проиллюстрировать это обстоятельстводвумя примерами, относящимися к физико-техническим приложениям.Так, для обслуживания работ, связанных с решением комплексныхпроблем, необходимо разрабатывать пакеты, обладающие мощнымфункциональным наполнением с большим запасом в охвате предметнойобласти.
При этом часто существует возможность создаватьфункциональное наполне ние на базе уже имеющихся фондов прикладныхпрограмм. Язык заданий и системное наполнение таких пакетов в первуюочередь должны обеспечивать удобство и эффективность при разработке иконструировании программных комплексов из модулей функциональногонаполнения, возможность развития функционального наполнения иподдержки различных форм взаимодействия модулей при исполнениипрограммного комплекса, обеспечивать организацию длительных иоперирующих большими объемами данных вычислений. При разработкепакетов, ориентированных на обслуживание комплексных проблем, акцентделается на вопросах технологии построения программных комплексов иорганизации регулярных расчетов [1,9,14,15].
Кроме того. необходимоучитывать, что основными пользователями таких пакетов являютсяприкладные программисты, т.е. специалисты, создающие и использующиепрограммный продукт.Существенно иными качествами должны обладать пакеты,ориентированные на обслуживание естественно-научных экспериментов.Использование современных методов обработки научных наблюдений [1621] дает возможность значительно расширить спектр функцийвычислительной машины в цикле натурного эксперимента от автоматизациипроцесса управления установкой и первичной обработки результатов эксперимента до математической интерпретации экспериментальных данных,позволяющей получить значения таких физических характеристик, которыенельзя было непосредственно измерить в силу экстремальности условийпрохождения эксперимента.
В связи с этим большое практическое значениеприобретают специализированные программные системы или пакетыпрограмм, обеспечивающие «квалифицированное участие» машины впроведениивсехэтаповфизическогоэксперимента.Составфункционального наполнения таких пакетов относительно консервативен,так как он определя-ется ограниченным набором задач, отражающих специфику эксперимента.Часто предъявляются жесткие требования к эффективности программ, вособенности при использовании режима реального времени. Посколькупользователями пакета являются обычно специалисты (экспериментаторы,проектанты), не имеющие профессиональных навыков в областивычислительной техники, особое внимание следует уделить обеспечениюестественных для них форм общения с вычислительной машиной и сэкспериментальной установкой в целом.Хотя рассмотренные нами примеры предназначались лишь для краткойиллюстрации разнообразия подходов при разработке пакетов, однако ониотражают и тот факт, что создание пакета является комплексной задачей,для решения которой необходимо совместное участие специалистов изданной прикладной области и системных программистов.
Именно тогда,когда это требование было осознано и получило практическую поддержку,начался новый этап в решении задачи повышения уровня тематическойквалификации вычислительных систем.Можно считать (и это подтверждается датами публикаций,посвященных пакетам), что пакетная проблематика как самостоятельнаяобласть в программировании, имеющая свои собственные задачи иинтересы, сложилась в течение последних полутора десятилетий. За этотпериод пакет программ эволюционировал от простой тематической подборки программ или большого программного комплекса с рудиментарнойсистемной поддержкой до развитой программной системы, обеспечивающейдостаточнополнуюавтоматизациюконкретнойприкладнойвычислительной деятельности [6,8,22].В проводимом ниже кратком обзоре мы попытаемся выделитьхарактерные моменты в эволюции пакетов программ, а также отметить теподходы к разработке пакетов, которые отражают текущее положение вэтой проблематике.
Рассмотрение будем вести в трех аспектах,соответствующихосновнымструктурнымкомпонентампакета:функциональному наполнению, языку заданий и системному наполнению.Предшественниками функционального наполнения развитого пакетаявляютсябиблиотекистандартныхподпрограмм,реализующихэлементарные вычислительные процедуры, и простые тематические наборыпрограмм для решения типовых, не связанных между собой задач. (Заметим,что именно такие наборы и породили термин «пакет».) Подобныепрограммныеколлекцииобычноразрабатываютсяведущимивычислительными организациями и поставляются в комплекте штатногопрограммного обеспечения фирмами-изготовителями вычислительныхмашин [23-29].Библиотеки подпрограмм и простые пакеты используются и каквспомогательные средства при создании программ решения большихприкладных задач, и как программный материал, включаемый в составфункционального наполнения пакета.
Однако существует качественноеразличие между библиотекой и простым пакетом с одной стороны ифункциональным наполнением пакета с другой.Дело в том, что разработка библиотеки и простого пакета ведется внерассмотрения всего объема конкретной прикладной деятельности и обычнопреследует цель обеспечить общими «вычислительными услугами» рядсмежных предметных областей. Как правило, специфические задачи каждойиз таких смежных областей не находят своего отражения в библиотеке ипростом пакете.Напротив, при разработке функционального наполнения развитогопакета преследуется цель достижения полного охвата конкретнойпредметной области. Другими словами, состав программного материалафункционального наполнения должен обеспечивать решение любойприкладной задачи из числа рассматриваемых в прикладной деятельностина данном этапе развития пакета.
В связи с этим требованием разработкафункционального наполнения пакета начинается с проведения модульногоанализа предметной области [14,30-33].Целью модульного анализа является построение такого базиса простыхалгоритмов, суперпозицией которых могут получаться алгоритмы решениявсех задач, рассматриваемых в данной предметной области [9].
С точкизрения функциональной нагрузки элементы алгоритмического базиса могутбыть как математическими, т.е. описывающими реализации отдельныхматематических методов, так и физическими (или прикладными), т.е.соответствующими конкретным физическим задачам или подзадачам [34].После модульного анализа переходят к программной реализациифункционального наполнения. На этом этапе разрабатываются модули конструктивные элементы, используемые на различных стадиях работыпакета.
Подготовка модулей проводится в соответствии с некоторымрегламентом модуляризации материала, включаемого в состав функционального наполнения пакета. Такой регламент, разрабатываемыйсовместно прикладными и системными программистами, устанавливаетбазовый (напомним, что базовым назы-вается язык модулей функционального наполнения) язык (языки)программирования пакета, а также допустимые формы представления ивзаимодействия модулей.
Модулями пакета становятся прежде всегопрограммные реализации тех базисных алгоритмов, которые были выделенына этапе модульного анализа. Для таких модулей регламент модуляризацииможет, например, потребовать, чтобы все они допускали автономнуютрансляцию или были представлены в форме процедур базового языка(языков), или же может санкционировать использование макросредств и т.д.Могут регламентироваться и способы установления информационныхсвязей: через параметры, через общие переменные, с помощью специальныхинтерфейсных средств и т.д.
На разрабатываемый регламент модуляризациипомимо модульного анализа влияет и планируемая организациявычислительных работ, т.е. дисциплина прикладной деятельности. Этимобъясняется появление таких модулей, как совокупность начальных данных,схема счета некоторых типичных задач, фрагмент документации и т.д.Программная реализация функционального наполнения можетосуществляться как путем оригинальной разработки модулей, так и путемадаптации программного материала из имеющихся источников. Адаптациюматериала из развитых библиотек и крупных программных фондовоблегчает его организация на базе концепций модульного программирования [35-39].Языки заданий первых специализированных систем программированияи пакетов программ практически совпадали с их базовыми языкамипрограммирования, такими, как Фортран, Алгол, ассемблер, или языкамиуправления заданиями операционных и мониторных систем, в терминахкоторых описывались работы, выполняемые на машине [18,40].
Проблемнаяориентация таких языков достигалась в основном путем использованиясоответствующей мнемоники при идентификации переменных, функций ипроцедур. Понятно, что такой подход не давал особых преимуществ присоставлении задания для пакета по сравнению с обычным программированием, но вместе с тем он и не требовал сколько-либо значительнойспециализированной системной поддержки. Поэтому неудивительно, чторазработчиками и пользователями первых пакетов были прикладныепрограммисты, которые своими усилиями компенсировали недостаточнуюприспособленность языка заданий пакета к специфике конкретногоприложения.Привлечение системных программистов к разработке пакетов позволилокардинально развить подход к созданию языка заданий пакета на основеодного из штатных языков программирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
