Файл: Языки программирования высокого уровня.pdf

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования заключается в необходимости исследования специфики различных средств разработки программного обеспечения (ПО), применяемого на практике на рынке информационных технологий. Постоянное повышение уровня спроса на разработку и выпуск готового к эксплуатации ПО стимулирует повышение интереса и рост актуальности исследования данного процесса у обучающихся. Следует отметить, что сфера создания программных продуктов различной направленности является одной из наиболее перспективных и активно развивающихся на отечественном рынке труда.

Объект исследования: языки программирования высокого уровня.

Предмет исследования: особенности практического использования языков программирования высокого уровня.

Цель работы заключается в закреплении, расширении, обобщении и систематизации знаний в рамках изучаемой предметной дисциплины, посредством анализа тематических положений в сфере информационных технологий по языкам программирования высокого уровня.

Задачи исследования:

1. Анализ специфики исторического развития языков программирования высокого уровня.

2. Анализ языков написания программного кода.

3. Анализ особенностей классификации высокоуровневых языков программирования.

4. Разработка программного обеспечения с помощью языка C#.

5. Описание структуры проекта и интерфейса пользователя разработанного программного продукта.

В рамках первой главы приведены результаты проведенного анализа специфики исторического развития средства разработки программ, описаны предпосылки развития современных средств создания вычислительных программ, проведен обзор этапа создания первых языков программирования.

В рамках второй главы данной работы описаны результаты анализа языков разработки программного кода. Описан ряд существующих классификаций высокоуровневых языков программирования, приведено описание существующих типов трансляторов, а именно, интерпретаторов, компиляторов и ассемблеров. Кратко обозначены ключевые отличия между декларативными и императивными языками разработки ПО, описаны логические и функциональные подходы к созданию программного кода, приведен рейтинг популярности средств разработки на 2017-й год. Проведен анализ возможностей современных языков программирования C#, Python и C++, кратко обозначены их основные преимущества, недостатки и особенности.

В рамках данной главы приведено описание основных возможностей использования разработанного программного обеспечения с помощью таких средств разработка, как язык программирования С#, интегрированная среда разработки ПО Visual Studio 2010, фреймворка .NET, технологии Windows Forms. Приведены результаты создания пользовательского интерфейса разработанного ПО, отражены основные компоненты, классы, модули и описаны ключевые функциональные возможности по обработке созданной системой данных, хранимых в созданной БД. Обеспечена возможность авторизации в созданной системе. Для исключения возможности ложных срабатываний операций удаления данных из БД предусмотрена валидационная проверка в виде сообщения о подтверждении действий пользователя.

В процессе написания данной работы использовались литературные источники в количестве 20 книг, служащие информационной основой для решения поставленных задач исследования.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СПЕЦИФИКИ ИСТОРИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ВЫСОКОГО УРОВНЯ

1.1. Предпосылки развития современных средств программирования

Исторически, процесс эволюции в области вычислительной техники и средств разработки ПО носил неравномерный характер. Это проявлялось в том, что периоды накопления теоретических положений и знаний сменялись технологическими прорывами в разработках.

После этого часто наступал период стабилизации, характеризовавшийся использованием полученных результатов исследований на практике, позволяя накопить опыт, выявить слабые стороны для новых инновационных исследований. После каждого такого витка процесс протекания компьютерной эволюции выходил на более высокую ступень развития [7].

Принято полагать, что начало развития информатики положено В. Шикардом в 1623 году, когда он создал машину, позволяющую осуществлять сложение и вычитание чисел. Однако, первым полноценным арифмометром, стала модель знаменитого француза Б.Паскаля. Основным элементом в нем было зубчатое колесо [13].

Первые технические идеи, которые привели к разработке вычислительных цифровых машин, сформированы еще в начале 20-х годов девятнадцатого века Бэббиджем. А именно в 1823 году Бэббидж начал работать над машиной для вычисления полиномов, причем, планировалась, чтобы эта машина выдавала результаты вычислений на печатать в негативной пластине Таким образом впервые возникла идея практического использования внешнего (периферийного) приспособления для итоговой выдачи результатов проведенных вычислений.

Главной была мысль о возможности предварительной фиксации перечня операций вычислительной машины для дальнейшей реализации вычислений в автоматическом режиме, т.е. в виде программы.

Аналитическая машина, проект которой разработал Бебидж, послужила механическим прототипом первых электронно-вычислительных машин (ЭВМ). В ней закладывался принцип совместной работы пяти основных модулей: арифметического, запоминающего, управляющего, ввода и вывода. Программа записывалась на листка - перфокартах, исходные данные и результаты полученных вычислений также располагались на данном носителе информации. Ключевой особенностью данной машины является программный принцип работы. Он состоит в том, что программа вычислений размещается в памяти ЭВМ и хранится, а исполняемые команды программы также выражены в числовом коде [19].

Идеи Ч.Бэббиджа развивались и использовались рядом других ученых. В частности, в 1890 году Г. Холлерит разработал машину, которая могла работать с данными, представленными в виде таблиц. Данная разработка также управлялась программой, располагаемой на перфокартах и широко применялась для автоматизации проведения переписи населения в 1890 году. Уже в 1896 году ученый основал компанию, ставшую в последствии родителем корпорации IBM.

Не смотря на то, что использованная Бэббиджем реализация данной мысли на базе перфокарт, которые в свое время были придуманы изобретателем из Франции Мари-Жаккаром, технически давно устарела и имеет мало общего с современными методами обеспечения хранения данных в электронных вычислительных машинах (ЭВМ), концептуальный принцип остался прежним. Можно утверждать, что с данного момента ведет свой отсчет эра программирования [11].

Аду Лавлейс, известную ученую, часто называют первым программистом. Ада разработала концептуальные приемы контроля и управления создания последовательностей вычислительных процессов, используемых в области программировании и в наши дни, а также идентифицировала такую незаменимую конструкцию любого языка программирования как цикл [13].

Принципиальным этапом в развитии языков программирования явилось создание системы кодирования команд ЭВМ посредством использования специальных символов.

Данная схема была предложена сотрудником Пенсильванского университета – Моучли.

В процессе работы на ЭВМ «Марк-1» последовательница Моучли - Хоппер столкнулась с многими техническими проблемами управления данными, однако, эксперименты Хоппер и ее команды способствовали развитию методов решения существующих проблем (например, были разработаны концепции использования подпрограмм).

Также, Хоппер, совместно с коллегами впервые ввела такое понятие осуществления техники программирования как программная отладка. Необходимость в разработке такого механизма возникла еще в 1945 году, когда произошла аварийная остановка работы ЭВМ «Марк-1».

В процессе диагностики была выявлена неисправность одного из управляющих реле, работа которого была заблокирована бабочкой-мотыльком (bug) [7].

После этого случая стал широко применяться термин «отладка» или debuging для обозначения технического процесса проведения тестирования возможных неисправностей в разработанной программе.

В конце 40-х годов 20 века машинный код являлся, фактически, единственным способом организации взаимодействия человека-пользователя с ЭВМ. Важнейшим достижением разработчиков языков программирования тех времен являлась реализация алгоритмов и механизмов использования ЭВМ для автоматической интерпретации языка программирования в машинный код.

В 1949 году, некий Моучли разработал информационную систему, которую назвал «Short Code». Фактически, данная система представляла собой один из первых высокоуровневых языков программирования. Данная система предоставляла возможности описания задачи в виде перечня различных математических формул, после чего, на базе использования специальной таблицы соответствия, производился перевод символов формул в необходимые двухлитерные коды [11].

После этого специальный программный модуль конвертировал полученные коды непосредственно в машинный двоичный код. Фактически, данная система являлась первым примитивным интерпретатором программного кода.

В середине 1951 года, широко известной в научных кругах Хоппер был разработан первый компилятор, который позволял осуществлять функции по объединению заданных команд и поддерживал организацию подпрограмм в процессе трансляции кода [19].

На базе этих возможностей обеспечивалось выделение отдельных фрагментов памяти ЭВМ и осуществлялось преобразование программных команд (тогда их называли псевдокодом) непосредственно в машинный код. Общая структура ЭВМ приведена на рис.1.

Рисунок 1 – Общая структура ЭВМ

1.2. Обзор этапа создания первых языков программирования

Уже в 1954 году команда Хоппер реализовала систему, которая одновременно интегрировала компилятор и язык программирования, которую назвали MATH-MATIC. Затем была поставлена задача реализовать подобную систему, которая поддерживала бы написание программ на близком к родному, английскому, языку исследователей команды Хоппер. Таким образов в 1958 году появился язык программирования и компилятор, который поддерживал написание программ в таком виде, его назвали FLOW-MATIC.

Данный язык программирования стал первым языком, который получил применение в решении задач обработки различных коммерческих данных. Развитие данного языка привело к разработке популярного в свое время бизнес-ориентированного зыка COBOL - Common Business Oriented Language. Существенный вклад в разработку данного языка сделала также команда Хоппер [2].

Пример структуры проекта на языке COBOL в консольном окне приведена на рис.2.

Рисунок 2 – Пример структуры проекта на языке COBOL

Уже с начала 60-х годов ХХ века популярность языков программирования начинает стремительно возрастать и общий прогресс в разработке методов и средств программирования с использованием ЭВМ набирается все большие обороты. При этом, вследствие развития технологий постоянно уменьшается использование подхода к написанию программ в машинных командах.

Разрабатываются и выводятся на коммерческий и научный рынок языки программирования более совершенного типа, которые используются в качестве своеобразного посредника между ЭВМ и программистом [1].

Первым и из таких языков стал FORTRAN (FORmula TRANslator, т.е переводчик формул), который был разработан командой программистов из молодой фирмы IBM. Пример кода на данном языке приведен на рис.3. С данного языка наступает эра развития и совершенствования языков программирования высокого уровня.

Рисунок 3 – Пример кода на FORTRAN

По степени детализации алгоритма языки программирования в настоящее время делятся на [16]: