Számítógép-programozás

A számítógép-programozás (vagy egyszerűen programozás) egy vagy több absztrakt algoritmus megvalósítását jelenti egy bizonyos programozási nyelven. A programozásban megtaláljuk a művészet, a tudomány, a matematika és a mérnöki tudomány elemeit.

Részlet egy programból, amely a Commodore 64 mikroszámítógép saját BASIC nyelvén íródott

A rendszerfejlesztés a programozást (az implementációt) a szoftverfejlesztés egyik lépéseként kezeli. A rendszerfejlesztés eszköztárát a feladat nagyságától, illetve céljától függően használják fel a programozás során: a szabványos modellező és rendszerfejlesztési módszertanok, projektmenedzsment, gyors alkalmazásfejlesztés, programverifikáció stb.

Története

Neumann-elvek, a tárolt programú számítógép

„ A. M. Turing angol matematikai logikus 1927-ben kimutatta (és a számológépi technika számos szakértője azóta különféle módokon gyakorlatilag is bebizonyította), hogy olyan programutasításokat is ki lehet dolgozni egy számológép számára, amelyek arra késztetik, hogy valamely más – pontosan meghatározott működésű – számológép módjára viselkedjék. Az ilyen utasításrendszereket, amelyek révén egy gép utánozza egy másik gép viselkedését… programoknak nevezzük.”

- Neumann János: A számológép és az agy, 1945^[1]

Neumann János a mai modern Neumann-elvű számítógépek építéséhez 1946-ban dolgozta ki az alapelveket

1. Teljesen elektronikus működés (ez Neumann idejében elektroncsöves felépítést jelentett, amit később a tranzisztoros, majd az integrált áramkörös felépítés követett)
2. Kettes számrendszer használata (az összes művelet, pl. összeadás, szorzás, kettes számrendszerbeli logikai műveletekre redukálható)
3. Belső memória használata
4. Tárolt program elve. A számításokhoz szükséges adatokat és programutasításokat a gép azonos módon, egyaránt a belső memóriában (operatív tár) tárolja.^[2]
5. Soros utasításvégrehajtás (az utasítások végrehajtása időben egymás után történjen; ennek egy alternatívája a párhuzamos utasításvégrehajtás, amikor több utasítás egyidejűleg is végrehajtható: ezt a lehetőséget Neumann elvetette)
6. Univerzális felhasználhatóság, Turing-gép (programozhatóság; a különböző feladatok programokkal legyenek megoldva, nem pedig erre a célra épített hardverrel)
7. Szerkezet: öt funkcionális egység (aritmetikai egység, központi vezérlőegység, memóriák, bemeneti és kimeneti egységek)^[3]

Programrendszerek és nagyméretű adatbázisok tervezésének és fejlesztésének elvei

A számítógép-programozás mai tudománya az 1980-as évektől kezdett kialakulni, amikor már komplett programrendszerekre volt szükség, amelyek nagyméretű adatbázisokat használtak.

Szabványos programtervezési, algoritmusleíró eszközök, módszertanok

Jackson-diagram – Lineáris szerkezet (szekvencia), az utasításokat balról jobbra haladva kell végrehajtani

Jackson-diagram – Elágazás (szelekció), jobb felső sarkában kis karikával (o) jelölt téglalap

Jackson-diagram – Ismétlés (iteráció, ciklus), amíg a feltétel teljesül, a jobb felső sarkában csillaggal (*) jelölt téglalap

A különféle programtervező, algoritmusleíró és vezérlő szerkezetek a programozási feladat műveletekre bontását, és az elemi műveletek végrehajtási sorrendjét írják le.

A módszertanok mindegyike abból indul ki, hogy egy program algoritmusa háromféle típusú vezérlési szerkezet segítségével írható le:

• Szekvencia: a sorban egymást követő elemi utasítások végrehajtása
• Szelekció: feltétel(ek)től függő tevékenység(ek) végrehajtása, több irányban folytatva az előrehaladást
• Iteráció: ismétlési szerkezet, elemi utasítások ciklikus végrehajtása feltétel alapján

Az idők során különféle módszertanok és grafikus – a program algoritmusának vizuális leírására alkalmas – tervezési eszközök jöttek létre:

• Folyamatábra (Control flow graph)
• Struktogram (Chapin-chart)
• Jackson-diagram (JSP diagram)

Szoftverfejlesztés

A szoftver egy gyűjtőnév a számítógépes programokra és adatokra. A dokumentáció is a szoftver szerves részét képezi, bár ez nincs benne a programban.

A szoftvertervezés részei:

1. A megoldandó probléma meghatározása, felmérése a majdani felhasználók igényei alapján, specifikáció készítése
2. Valamely programtervezési módszerrel a programszerkezet megalkotása és a használandó eszközök kiválasztása. (Hardver platform, nyelvek, adatok stb…)
3. Forrásprogram elkészítése (kódolás)
4. A kész program tesztelése
5. Dokumentáció készítése, mely tartalmazza a szoftvertervezés fázisaiban keletkezett adatokat (felhasználói leírás, igényfelmérés, programtervek, algoritmusok, forráskód, tesztelési jegyzőkönyvek stb.), fő célja a szoftver későbbi fejlesztésének elősegítése.

A fenti pontok a program elkészültéig ismétlődnek. A „megoldandó probléma” és a „platform” a nehezebb döntések közé tartozik, mert ezeken a későbbiek során nehéz változtatni. A program kódolása, a tesztelés és a dokumentáció írása (jó esetben) egymást felváltva, a program elkészültéig zajlik.

A nagyobb rendszerfejlesztési projektek sikerét nagyban megnöveli a szabványos rendszerfejlesztési módszertanok (például SSADM) és a gyors alkalmazásfejlesztés használata.