Графическое программирование

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Мордовский государственный педагогический университет имени М. Е. Евсевьева»

Факультет физико-математический

Кафедра физики, информационных технологий и методик обучения

РЕФЕРАТ

ГРАФИЧЕСКОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Автор работы _____________________________________ Ф. Розыбаев

Направления подготовки 44.03.05 Педагогическое образование

Профиль Информатика. Математика

Руководитель работы

доцент __________________________________________ Т. В. Кормилицына

Оценка __________

Саранск 2022

Введение

Графическое (или визуальное) программирование — способ создания программы для ЭВМ путём манипулирования графическими объектами вместо написания ее текста.

Необходимо различать:

• графический язык программирования — который, прежде всего, язык программирования (со своим синтаксисом);

• визуальные средства разработки — как правило, под ними подразумевают средства проектирования интерфейсов или какую-либо CASE-систему для быстрой разработки приложений или SCADA-систему для программирования микроконтроллеров.

Языки визуального программирования могут быть дополнительно классифицированы в зависимости от типа и степени визуального выражения, на следующие типы:

• языки на основе объектов, когда визуальная среда программирования предоставляет графические или символьные элементы, которыми можно манипулировать интерактивным образом в соответствии с некоторыми правилами;

• языки, в интегрированной среде разработки которых на этапе проектирования интерфейса применяются формы, с возможностью настройкой их свойств. Примеры: Delphi и C++ Builder фирмы Borland, С#

• языки схем, основанные на идее «фигур и линий», где фигуры (прямоугольники, овалы и т. п.) рассматриваются как субъекты и соединяются линиями (стрелками, дугами и др.), которые представляют собой отношения. Пример: UML.

Визуально-преобразованные языки являются невизуальными языками с наложенным визуальным представлением (например, среда Visual C++ для языка C++). Естественно-визуальные языки имеют неотъемлемое визуальное выражение, для которого нет очевидного текстового эквивалента (например, графический язык G в среде LabVIEW).

В современных разработках делаются попытки интегрировать подход визуального программирования с программированием потоков данных (англ. dataflow programming), чтобы иметь непосредственный доступ к состоянию программы для онлайновой отладки, или автоматизированная генерация и документирование программы. Языки потоков данных также позволяют делать автоматическое распараллеливание, которое может стать одним из величайших достижений программирования в будущем.

Графические (визуальные) языки программирования

Графический язык программирования — язык, предназначенный для написания программы для компьютера или вычислительного устройства, в котором вместо текстового описания алгоритма работы используется графическое.

Это незаконченный список, который никогда не будет удовлетворять каким-либо стандартам по своей завершенности.

1. Дракон-схемы — графический язык программирования, используется для программирования в ракетно-космической технике («Буран», «Морской старт», «Тополь»). Существует бесплатный Дракон-редактор. Этот язык имеет наиболее строгое теоретическое обоснование.

Одной из задач, ставившихся перед разработчиками, было создание единого универсального языка, который должен был заменить специализированные языки ПРОЛ2 (для разработки бортовых комплексных программ Бурана), ДИПОЛЬ (для создания наземных программ Бурана) и ЛАКС (для моделирования).

Работы по разработке языка были закончены в 1996г. (спустя 3 года после закрытия программы Буран), когда была создана автоматизированная технология проектирования программных систем (CASE-технология) Графит-Флокс. Эта технология эксплуатируется начиная с 1996г. во многих крупных космических программах: международный проект Морской старт, разгонный блок космических аппаратов Фрегат, модернизированная ракета-носитель Протон-М и др.

Правила языка ДРАКОН по созданию диаграмм оптимизированы для восприятия алгоритмов человеком. Таким образом, язык является одним из инструментов усиления интеллекта.

1. Язык последовательных функциональных схем SFC (Sequential Function Chart) — графический язык программирования широко используется для программирования промышленных логических контроллеров PLC.

В SFC программа описывается в виде схематической последовательности шагов, объединённых переходами (рисунок 1).

Рисунок 1 Поддержание уровня жидкости в сосуде с непрерывно вытекающей жидкостью

1. LD — язык релейно-контактных схем

Предназначен для программирования промышленных контроллеров (ПЛК). Синтаксис языка удобен для замены логических схем, выполненных на релейной технике. Ориентирован на инженеров по автоматизации, работающих на промышленных предприятиях. Обеспечивает наглядный интерфейс логики работы контроллера, облегчающий не только задачи собственно программирования и ввода в эксплуатацию, но и быстрый поиск неполадок в подключаемом к контроллеру оборудовании.

Программа на языке релейной логики имеет наглядный и интуитивно понятный инженерам-электрикам графический интерфейс, представляющий логические операции, как электрическую цепь с замкнутыми и разомкнутыми контактами. Протекание или отсутствие тока в этой цепи соответствует результату логической операции (true — если ток течет; false — если ток не течет).

Основными элементами языка являются контакты, которые можно образно уподобить паре контактов реле или кнопки. Пара контактов отождествляется с логической переменной, а состояние этой пары — со значением переменной.

1. FBD — язык Функциональных блоковых диаграмм.

Программа образуется из списка цепей, выполняемых последовательно сверху вниз. Цепи могут иметь метки. Инструкция перехода на метку позволяет изменять последовательность выполнения цепей для программирования условий и циклов.

При программировании используются наборы библиотечных блоков и собственные блоки, также написанные на FBD или других языках МЭК 61131-3. Блок (элемент) — это подпрограмма, функция или функциональный блок (И, ИЛИ, НЕ, триггеры, таймеры, счётчики, блоки обработки аналогового сигнала, математические операции и др.).

Каждая отдельная цепь представляет собой выражение, составленное графически из отдельных элементов. К выходу блока подключается следующий блок, образуя цепь. Внутри цепи блоки выполняются строго в порядке их соединения. Результат вычисления цепи записывается во внутреннюю переменную либо подается на выход ПЛК.

1. Язык CFC (Continuous Flow Chart) — ещё один высокоуровневый язык графического программирования. CFC — это дальнейшее развития языка FBD. CFC был специально создан для проектирования систем управления непрерывными технологическими процессами.

2. G, язык, используемый в среде разработки LabVIEW.

LabVIEW (англ. Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) — это среда разработки и платформа для выполнения программ, созданных на графическом языке программирования «G» фирмы National Instruments (США). Первая версия LabVIEW была выпущена в 1986 году для Apple Macintosh, в настоящее время существуют версии для UNIX, Linux, Mac OS и пр., а наиболее развитыми и популярными являются версии для Microsoft Windows.

LabVIEW используется в системах сбора и обработки данных, а также для управления техническими объектами и технологическими процессами.

1. VisSim это визуальный язык программирования предназначенный для моделирования динамическая систем, а также проектирования, базируюшегося на моделях, для встроенных микропроцессоров.

Специализированные программные пакеты, использующие графические языки программирования

1. JMCAD — is an program for the modeling and simulation of complex dynamic systems.

Программный комплекс JMCAD предназначен для анализа динамики и проектирования самых разнообразных систем и устройств. По своим возможностям он является альтернативой аналогичным программным продуктам Simulink, VisSim, МВТУ и др. Удобный редактор структурных схем, обширная библиотека типовых блоков и встроенный язык программирования позволяют реализовывать модели практически любой степени сложности, обеспечивая при этом наглядность их представления. Программный комплекс JMCAD успешно применяется для проектирования систем автоматического управления, следящих приводов и роботов-манипуляторов, тепловых энергетических установок, а также для решения нестационарных краевых задач (теплопроводность, гидродинамика и др.).

Широко используется в учебном процессе, позволяя моделировать различные явления в физике, электротехнике, в динамике машин и механизмов и т.д. Может функционировать в кластерах, в том числе и в режиме удаленного доступа к технологическим и информационным ресурсам.

Для пользователей удобство работы с JMCAD обусловлено также локализацией интерфейса на различные языки и наличием обширной документации.

Версии JMCAD доступны с исходными текстами ядра, библиотек и является открытой системой с полной документацией и набором демонстрационных примеров. Также в состав комплекса входят модули для обеспечения максимальной производительности и контроля в реальном времени (JMCADRTS, JMCADRTC).

Программный комплекс JMCAD разработан с использованием языка Java и может быть использован в различных операционных системах (Windows, Linux, Solaris, Unix и т.д.).

2. CoDeSys

Основой комплекса CODESYS является среда разработки прикладных программ для программируемых логических контроллеров (ПЛК). Она распространяется бесплатно и может быть без ограничений установлена на нескольких рабочих местах.

В CODESYS реализован ряд других расширений спецификации стандарта IEC 61131-3. Самым существенным из них является поддержка Объектно-ориентированного программирования (ООП).

При подключении к контроллеру, среда программирования CODESYS переходит в режим отладки. В нем доступен мониторинг/изменение/фиксация значений переменных, точки останова, контроль потока выполнения, горячее обновление кода, графическая трассировка в реальном времени и другие отладочные инструменты.

3. Trace Mode

Инструментальная система TRACE MODE® 6 это универсальное средство разработки и отладки приложений для автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и управления производством (АСУП).

Инструментальная система TRACE MODE 6 состоит из интегрированной среды разработки и отладочного монитора реального времени - профайлера.

Кроме того, интегрированная среда разработки TRACE MODE (профессиональной линии) содержит обширные библиотеки готовых компонентов и алгоритмов:

- бесплатные драйверы к более, чем 2785 контроллерам и платам ввода/вывода;

- свыше 1000 графических изображений;

- свыше 600 анимационных объектов;

- более 150 алгоритмов обработки данных и управления.

4. HiAsm — бесплатный проект с открытым исходным кодом

Бесплатная среда разработки приложений win32, Qt, wxWidgets, сценариев и страниц PHP, html и JavaScript, а также приложений для устройств на базе Windows Mobile — например, для КПК.

HiAsm является практическим примером реализации подхода модель-ориентированной архитектуры, также называемого «разработкой от модели». Значимость данного подхода состоит в абстрагировании от платформ и архитектур поставщиков аппаратного и системного программного (математического) обеспечения.

При разработке от пользователя не требуются знания языков программирования и особенностей функционирования операционной системы, что позволяет создавать приложения, управляя их моделью с помощью интуитивно понятного графического интерфейса.

5. LabVIEW

LabVIEW (англ. Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) — это среда разработки и платформа для выполнения программ, созданных на графическом языке программирования «G» фирмы National Instruments (США). Первая версия LabVIEW была выпущена в 1986 году для Apple Macintosh, в настоящее время существуют версии для UNIX, Linux, Mac OS и пр., а наиболее развитыми и популярными являются версии для Microsoft Windows.

LabVIEW используется в системах сбора и обработки данных, а также для управления техническими объектами и технологическими процессами.

Заключение

Визуальное программирование предусматривает создание приложений с помощью наглядных средств.

Средства визуального программирования обычно решают задачи построения пользовательского интерфейса и упрощения разработки приложения путем замены метода "написания программы" на метод конструирования.

Визуальное программирование обладает достоинством наглядного представления информации и гораздо лучше соответствует природе человеческого восприятия, чем методы традиционного, текстового программирования. Однако практически все визуальные средства нуждаются в дополнении функциями, которые не могут быть представлены в виде графических конструкций и требуют текстового выражения.

Концепция визуального программирования реализована во многих современных средах разработки программных систем. Все ведущие фирмы, создающие средства для программирования и конструирования имеют системы, поддерживающие технологию визуального программирования.

Список используемых источников

1. Гарнаев, Ф. Ю. Самоучитель Visual Studio.NET 2003 – Санкт-Петербург : БХВ-Петербург, 2005. – 688 с.

2. Подлин, Ш. Освой самостоятельно программирование для Micrsoft Excel 2000. : учебное пособие. – Москва : Издательский дом «Вильямс», 2006. – 304 с.

3. Харитонова, И. А. Microsoft ACCESS 2000: Разработка приложений. – Санкт-Петербург : БХВ-Петербург, 2004. – 832 с.

4. Одинцев, И. О. Профессиональное программирование. Системный подход. – Санкт-Петербург : БХВ-Петербург, 2003. – 512 с.