Научно-исследовательский семинар "Компонентно-ориентированное программирование"

Бакалавриат 2019/2020

Статус: Курс по выбору (Программная инженерия)

Направление: 09.03.04. Программная инженерия

Кто читает: Департамент программной инженерии

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 2-й курс, 1-3 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Гринкруг Ефим Михайлович

Язык: русский

Кредиты: 3

Контактные часы: 50

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Целями освоения дисциплины являются изучение основ и получение практических навыков использования парадигмы программирования, исторически связанной со становлением программной инженерии как раздела компьютерных наук, – с компонентно-ориентированным программированием. Сам термин «программная инженерия» возник в связи с переносом идеи использования компонент из области разработки аппаратных средств на область разработки программного обеспечения. Основными задачами дисцилины являются: изучение взаимосвязи парадигмы компонентно-ориентированного рограммирования с другими парадигмами и технологиями программирования и знакомство с принципами использования программных компонент при разработке программного обеспечения для различных областей применения. Рассматриваются различные компонентные модели, применяемые в современных программных платформах (.Net, Java), и различные области их применения – от моделирования собственно аппаратных средств комьютеров до современных инструментов компьютерной графики (2D, 3D) и интернет-приложений. Дисцилина сочетает ознакомление с различными компонентными моделями с самостоятельным их изучением и обсуждением в форме докладов на семинарах.

Цель освоения дисциплины

Целями научно-исследовательского семинара «Компонентно-ориентированное программирование» являются формирование у студентов профессиональных знаний и навыков, связанных с общей методологией научного исследования, и их применение к анализу, изучению и использованию компонентных моделей и собственно программных компонент, применяемых при разработках современного программного обеспечения.

Планируемые результаты обучения

Знать основные принципы компонентно-ориентированного программирования и их место в программной инженерии в целом.
Владеть навыками выступлений с научными докладами
Знать методы определения и использования программных компонент
Знать распространенные технологии компонентно-ориентированного программирования и соответствующие инструментальные средства
Уметь применять методы компонентно-ориентированного программирования при проектировании программного обеспечения
Уметь использовать существующие компонентные модели и имеющиеся для них наборы программных компонент при решении задач программной инженерии
Уметь реализовывать программные компоненты в соответствии с общими компонентынми моделями;
Уметь использовать существующие компонентные модели и имеющиеся для них наборы программных компонент при решении задач программной инженерии;
Уметь реализовывать программные компоненты в соответствии с общими компонентынми моделями
Владеть навыками использования и композиции различных программных компонент при прпоектировании современных программных систем для современных платформ (.Net и Java)
Владеть навыками использования инструментальных средств, применяемых при компонентно-ориентированном программировании
Владеть навыками практической реализации результатов научного исследования
Уметь применять методы компонентно-ориентированного программирования при проектировании программного обеспечения;
Знать основные принципы компонентно-ориентированного программирования и их место в программной инженерии в целом

Содержание учебной дисциплины

Роль компонентно-ориентированного программирования в решении задач программной инженерии
Парадигма компонентно-ориентированного программирования. Исторические аспекты. Компонентные модели и определения компонент. Использование компонентных моделей и соответствующих программных компонент при программировании на популярных языках программирования: преимущества и недостатки. Классы задач, при решении которых целесообразно использование компонентно-ориентированного подхода. Обсуждение системы команд компьютера и машинного представления программы с позиций компонентно-ориентировванного программирования. Сравнение технологий создания и использования аппаратных и программных компонент в системной и программной инженерии, соответственно. Примеры и демонстрации.
Программные компоненты в платформе .Net, их создание и использование
Возможности компонентного программирования, предусмотренные и определенные в namespace System.ComponentModel. Использование программных компонент в библиотеке WPF для решения задач разработки GUI. Средства 3D-графики с использованием компонент WPF. Демонстрации практических примеров и обзор технологии создания и использования программных компонент (инструментальные средства).
Моделирование аппаратных и программных средств компьютера с помощью программных компонент
Построение виртуального компьютера и его программного обеспечения с использованием программных компонент на примере проекта Nand2Tetris Проект (open source) позволяет рассматривать различные аспекты моделированния компьютера с позиций использования программных компонент: - Hardware Definition Language (HDL), его использование и реализация средствами про-граммных комонент; - базовые и составные компоненты, их скомпилированные и скомпонованные (средствами HDL) реализации, инструментальная поддержка (архитектура и реализация) разработки и отладки компонент, оисанных средствами HDL; - моделирование основных составных частей компьютера (оперативная и постоянная па-мять, арифметико-логическое устройство, устройство управления, подсистема ввода-вывода) средствами программных компонент; - компонентный подход к созданию программного обеспечения виртуального компьютера.
Использование программных компонент при создании современных сетевых и web-приложений
Разновидности программных компонент, применяемых в сетевых и web-приложениях. Моделирование сетевых приложений с помощью компонентно-ориентированного инструмента OmNet++ и его архитектурные особенности. Обсуждение материалов проекта Ptolemy II. Подготовка действующих примеров и демонстрационных материалов.
Использование аппаратно-программных компонент в беспроводных сенсорных сетях
Принципы функционирования беспроводных сетей стандарта IEEE 802.15.4/ZigBee. Принципы и средства реализации програмного обеспечения узлов беспроводных сетей, стек протоколов стандарта ZigBee. Язык nesC - network embedded systems C – диалект языка Си для компонентно-ориентированного программирования встроенных систем. Моделирование беспроводных сенсорных сетей как сетей взаимодействующих программно-аппаратных компонент. Инструментальные средства компонентного моделирования и реализации беспроводных сенсорных сетей.
Компонентная модель JavaBeans и ее использование в Java-платформе
Определение JavaBeans-компонент. Соглашения о разработке JavaBean-комонент (JavaBeans Design Patterns). Обзор средств пакета java.beans и связь с механизмами reflection в Java Development Kit (BDK). Обсуждение возможностей, архитектуры и реализации приложения BeanBox из BDK для манипулирования JavaBeans-компонентами. Демонстрация технологии программирования JavaBeans-компонент и их тестирования с примменением BDK.Недостатки BDK и возможности их устранения средствами современных JDK.
Использование JavaBeans-компонент при разработке 2D GUI средствами AWT, Swing, JavaFX
Связь программных компонент из библиотек AWT, Swing и JavaFX с компонентной моделью JavaBeans и особенности их архитектуры, способов использования и реализации. Сравнение с компонентами WPF платформы .Net (тема 1). Инструметальные средства, предоставляемые популярными Java IDE для разработки 2D GUI, и их сопоставление со средствами BDK (тема 6).
Использование программных компонент в трехмерной компьютерной графике на примере языков VRML/X3D
Идеология стандартов ISO для компьютерной графики: языки Virtual Reality Modeling Language (VRML) и Extensible 3D Graphics (X3D). Описание трехмерных сцен как ацикли-ческих графов из инстансов стандартных комонент. Типы встроенных и определяемых пользователем программных компонент. Обзор существущих реализаций стандартов VRML и X3D. Примеры использования и демонстрации.
Принципы реализации языков VRML/X3D средствами JavaBeans-компонент
Общая архитектура библиотеки JavaBeans-компонент для реализации 3D-графики. Основы реализации программного платформо-независимого 3D-рендерера на Java-платформе. Роль контекстов использования инстансов программных компонент при реализации 3D-сцены и ее отображения. Компонентная реализация параллельного отображения 3D-сцены разными камерами. Использование стандартного приложения BDK для создания, управления поведением и отображения 3D-сцен, реализованных средствами JavaBeans-компонент.
Недостатки компонентной модели JavaBeans для реализации определяемых пользователем типов в языках VRML/X3D
Ограничения и недостатки стандартных JavaBeans-компонент: их причины и следствия. Способы реализации определяемых типов (PROTO-типов) в существующих реализациях VRML/X3D. Сопоставление понятий макро-определения и макро-вызова, объекта-прототипа и инстанциируемого типа (компонента) с позиций реализации определяемых пользователем PROTO-типов в VRML/X3D. Возможности динамического определения типов объектов (их загрузки) в платформах Java и .Net. Способы создания, сохранения и распространения составных объектов из инстансов программных компонент: кодогенерация, клонирование и сериализация.
Перспективные направления развития компонентной модели JavaBeans. Принципы реализации
Принципы реализации определяемых пользователем составных компонент путем динами-ческого преобразования работающего составного прототипа в инстанциируемый тип (со-ставной компонент). Мета-компоненты для реализации преобразования прототипа в тип (составной компонент). Перспективы использования расширенной компонентной модели JavaBeans в различных прикладных областях компонентно-ориентированного программи-рования.

Элементы контроля

учет посещаемости семинаров (П)
выступление с докладом (В)
активность участия в обсуждении докладов (О)
демонстрация программ (Д)
устный экзамен (Э)
Экзамен не проводится. Оценка выставляется по накопленной.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (3 модуль)
Оценки элементов текущего контроля дают накопленную оценку, которая учитывается при вычислении итоговой оценки Онакопл. = max (10, П + О + В + Д). Итоговая оценка Орезульт по 10-балльной шкале определяется по формуле: Орезульт = Округление(0,5 ∙Онакопл + 0,5 ∙Э), где накопленная оценка текущего контроля (учет посещаемости и активности участников) по 10-бальной шкале, Э- оценка за экзамен по 10-бальной шкале.

Программа дисциплины