Файл: Классификация языков программирования высокого уровня (Язык программирования).pdf

1.3 Эволюция языков программирования

В развитии инструментального программного обеспечения рассматривают пять поколений языков программирования. Языки программирования как средство общения человека с ЭВМ от поколения к поколению улучшали свои характеристики, становясь все более доступными в освоении непрофессионалам.

Первые три поколения языки программирования характеризовались более сложным на бором зарезервированных слов и синтаксисом.

Языки четвертого поколения все еще требуют соблюдения определенного синтаксиса при на писании программ, но он значительно легче для освоения.

Естественные языки программирования, разрабатываемые в настоящее время, составят пятое поколение и позволят определять необходимые процедуры обработки информации, используя предложения языка, весьма близкого к естественному и не требующего соблюдения особого синтаксиса.

Поколения	Языки программирования	Характеристика
Первое	Машинные	Ориентированы на использование в конкретной ЭВМ, сложны в освоении, требуют хорошего знания архитектуры ЭВМ
Второе	Ассемблеры, Макроассемблеры	Более удобны для использования, но,   по-прежнему машинно-зависимы
Третье	Языки высокого уровня	Мобильные, человеко-ориентированные, проще в освоении
Четвертое	Непроцедурные, объектно-ориентированные, языки запросов, параллельные	Ориентированы на непрофессионального пользователя и на ЭВМ с параллельной архитектурой
Пятое	Языки искусственного интеллекта, экспертных систем и баз знаний, естественные языки	Ориентированы на повышение интеллектуального уровня ЭВМ и интерфейса с языками

Языки программирования первого поколения представляли собой набор машинных команд в двоичном (бинарном) или восьмеричном формате, который определялся архитектурой конкретной ЭВМ.

Каждый тип ЭВМ имел свой языки программирования, программы на котором были пригодны только для данного типа ЭВМ. От программиста при этом требовалось хорошее знание не только машинного языка, но и архитектуры ЭВМ.

Второе поколение языков программирования характеризуется созданием языков ассемблерного типа (ассемблеров, макроассемблеров), позволяющих вместо двоичных и других форматов машинных команд использовать их мне монические символьные обозначения (имена). Являясь существенным шагом вперед, ассемблерные языки все еще оставались машинно-зависимыми, а программист все также должен был быть хорошо знаком с организацией и функционированием аппаратной среды конкретного типа ЭВМ.

При этом ассемблерные программы все так же затруднительны для чтения, трудоемки при отладке и требуют больших усилий для переноса на другие типы ЭВМ. Однако и сейчас ассемблерные языки используются при необходимости разработки высокоэффективного программного обеспечения (минимального по объему и с максимальной производительностью).

Третье поколение языков программирования начинается с появления в 1956 г. первого языка высокого уровня — Fortran, разработанного под руководством Дж. Бэкуса в фирме IBM. За короткое время Fortran становится основ ным ЯП при решении инженерно-технических и научных задач. Первоначально Fortran обладал весьма ограниченными средствами обеспечения работы с символьной информацией и с системой ввода-вывода. Однако постоянное развитие языка сделало его одним из самых распространенных ЯВУ на ЭВМ всех классов — от микро - до супер ЭВМ, а его версии используются и для вычислительных средств нетрадиционной параллельной архитектуры.


1. Ассемблер

Язык Ассемблера – это символическое представление машинного языка. Он облегчает процесс программирования по сравнению с программированием в машинных кодах.

Программисту не обязательно употреблять настоящие адреса ячеек памяти с размещенными в них данными, участвующими в операции, и вычисляемые результаты, а также адреса тех команд, к которым программа не обращается.

Некоторые задачи, например, обмен с нестандартными устройствами обработки данных сложных структур невозможно решить с помощью языков программирования высокого уровня. Это под силу ассемблеру.

В принципе, язык Ассемблер является машинным языком. И программист реализующий какую-либо задачу на языках высокого уровня, с помощью Ассемблера может определить осмыслено ли решение данной задачи, с точки зрения использования ЭВМ.

Умея разобраться в распечатке языка ассемблера, дает возможность облегчить поиск ошибок в программах, т.к. некоторые языки являются компиляторами (см. п. 1.2.).

2. Лисп

Один из самых старых языков программирования Фортран был создан в 50-х гг. нашего века. Фортран и подобные ему языки программирования (Алгол, ПЛ/1) предназначались для решения вычислительных задач, возникающих в математике, физике, инженерных расчетах, экономике и т.п. Эти языки в основном работают с числами.

Второй старейший язык программирования Лисп (List Information Symbol Processing), Дж. Маккарти в 1962 г. скорее для работы со строками символов, нежели для работы с числами. Это особое предназначение Лиспа открыло для программистов новую область деятельности, известную ныне, как «искусственный интеллект». В настоящее время Лисп успешно применяется в экспертных системах, системах аналитических вычислений и т.п.

Обширность области возможных приложений Лиспа вызвала появление множества различных диалектов Лиспа. Это легко объяснимо: применение Лиспа для понимания естественного языка требует определенного набора базисных функций, отличных, например, от используемого в задачах медицинской диагностики.

Существование множества различных диалектов Лиспа привело к созданию в начале 80-х гг. Common LISP Комитета, который должен был выбрать наиболее подходящий диалект Лиспа и предложить его в качестве основного. Этот диалект, выбранный Комитетом в 1985г., получил название Common LISP . В дальнейшем он был принят в университетах США, а также многими разработчиками систем искусственного интеллекта, в качестве основного диалекта языка Лисп.

Язык программирования Лисп существенно отличается от других языков программирования, таких, как Паскаль, Си и т.п. Работа с символами и работа с числами как с основными элементами требует разных способов мышления.

Первоначально Лисп был задуман как теоретическое средство для рекурсивных построений, а сегодня он превратился в мощное средство, обеспечивающее программиста разнообразной поддержкой, позволяющей ему быстро строить прототипы весьма и весьма серьезных систем.

Профессор Массачусетского технологического института Дж. Самман заметил, что математическая ясность и предельная четкостьЛиспа – это еще не все. Главное – Лисп позволяет сформулировать и запомнить «идиомы», столь характерные для проектов по искусственному интеллекту.


3. Фортран

Одним из первых и наиболее удачных компиляторов стал язык Фортран, разработанный фирмой IBM. Профессор Дж. Букс и группа американских специалистов в области программирования в 1954 году опубликовало первое сообщение о языке. Дословно, название языка FORmulae TRANslation – преобразование формул.

Среди причин долголетия Фортрана (а он один из самых распространенных языков в мире), можно отметить простую структуру, как самого Фортрана, так и предназначенных для него трансляторов. Программа  на Фортране записывается в последовательности предложений или операторов (описание некоего преобразования информации), и оформляется по определенным стандартам. Эти стандарты накладывают ограничения, в частности, на форму записи и расположения частей оператора в строке бланка для записи операторов. Программа, записанная на Фортране, представляет собой один или несколько сегментов (подпрограмм) из операторов. Сегмент, управляющий работой всей программы в целом, называется основной программой.

Фортран был задуман для использования в сфере научных и инженерно-технических вычислений. Однако на этом языке легко описываются задачи с разветвленной логикой (моделирование производственных процессов, решение игровых ситуаций и т.д.), некоторые экономические задачи и особенно задачи редактирования (составление таблиц, сводок, ведомостей и т.д.).

Модификация языка Фортран, появившиеся в 1958 году, получила название Фортран II и содержала понятие подпрограммы и общих переменных для обеспечения связи между сегментами.

К 1962 году относится появление языка, известного под именем Фортран IV и ставшего наиболее употребительным в настоящее время. К этому же времени относится и начало деятельности комиссии при Американской Ассоциации Стандартов (ASA), которая выработала к 1966 году два стандарта – языки Фортран и базисный (основной) Фортран (Basic FORTRAN). Эти языки приблизительно соответствуют модификациям IV и II, однако базисный Фортран является подмножеством Фортрана, в то время, как Фортран II таковым для Фортрана IV не является. Язык Фортран до сих пор продолжает развиваться и совершенствоваться, оказывая влияние на создание и развитие других языков. Например, Фортран заложен в основу Basic – диалогового языка, очень популярного для решения небольших задач, превосходного языка для обучения навыкам использования алгоритмических языков в практике программирования. Разработан этот язык – Beginner’s All –purpose Symbolic Instruction Code – группой сотрудников Вычислительного центра Дармутского колледжа, штат Нью-Хемпшир созданный в 19…. . Но это уже следующий язык.

---

4. Бейсик

Как знаменитые гамбургеры, бейсбол и баскетбол, Бейсик - это продукт Новой Англии. Как я говорил, созданный в 1964г., как язык обучения программированию. Бейсик является общепринятым акронимом от "Beginner's All-purpose Symbolic Insruction Code" (BASIC) – Многоцелевой Символический Обучающий Код для Начинающих.

Вскоре как обучаемые, так и авторы программ обнаружили, что Бейсик может делать практически все то, что делает скучный неуклюжий Фортран. А так как Бейсику было легко обучиться и легко с ним работать, программы на нем писались обычно быстрее, чем на Фортране. Бейсик был также доступен на персональных компьютерах, обычно он встроен в ПЗУ. Так Бейсикзавоевал популярность. Интересно, что спустя 20 лет после изобретения Бейсика, он и сегодня самый простой для освоения из десятков языков общецелевого программирования, имеющихся в распоряжении любителей программирования. Более того, он прекрасно справляется с работой.

Несмотря на высказывания снобов - сторонников языков Си и Паскаля, Бейсик считается деловым языком, снабженным мощными средствами решения специфических задач, которые обычно большинство пользователей решают при помощи небольших компьютеров, а именно: работая с файлами и выводя текстовое и графическое изображение на экране дисплея.

Несмотря на отдельные недостатки Бейсика, никто не будет отрицать, что Кемени и Куртс достигли основной цели: сделать программирование доступнее для большего числа людей.

Исторически Бейсик обычно реализовался как интерпретатор (знакомым изомером является сам интерпретаторный Бейсик). Причинами перехода от любительского уровня к профессиональному являются многочисленные расширения классической версии языка: возможность отключения нумерации строк, многостроковые структурированные программные конструкции, структуры типа "запись", поименованные подпрограммы с параметрами и локальные переменные.

Более того, с появлением транслятора QuickBasic фирмы Microsoft разработчики получили возможность строить на Бейсикеприложения из раздельно откомпилированных модулей, некоторые из которых могут быть написаны на других языках. Теперь, как и в случае других ведущих языков программирования, разработчик имеет выбор из нескольких промышленных библиотек подпрограмм, которые содержат готовые решения для распространенных задач программирования.

5. Рефал

Несомненно надо рассказать и о некоторых языках программирования созданных у нас на родине. Один из таких языков является Рефал, разработанный у нас в России (СССР), в 1966г. ИПМ АН СССР. Этот язык прост и удобен для описания манипуляций над произвольными текстовыми объектами.

Рефал широко применяется при разработке трансляторов с алгоритмических языков как универсальных и проблемно – ориентированных, так и автокодов. Кроме использования в задачах трансляции, Рефал имеет такие важные сферы применения, как машинное выполнение громоздких аналитических выкладок в теоретической физике и прикладной математике; проектирование «умных» информационных систем, осуществляющих нетривиальную логическую обработку информации; машинное доказательство теорем; моделирование целенаправленного поведения; разработка диалоговых обучающих систем; исследования в области искусственного интеллекта и т.п.

Программирование на Рефале имеет специфику, связанную, прежде всего, с тем, что Рефал является языком функционального типа в отличие от обычных операторных языков типа Алгол, Фортран и т.д.. Если программа на операторных языках – ни что иное, как совокупность приказов-операторов, то программа на Рефале представляет собой по существу описание связей и отношений между определенными понятиями.

Вследствие того, что в Рефале программист сам определяет структуру обрабатываемой информации, эффективность программы существенно зависит от удачного или неудачного выбора этой структуры. Для задания структур в Рефале используются скобки, а специфика всех реализаций языка такова, что использование скобок резко повышает эффективность выполнения программы. Это достигается с помощью адресного соединения скобок.

Определенной спецификой обладают и переменные типа «выражения» – имеется в виду их способность удлиняться при отождествлении. Правильное использование переменных этого типа также позволяет значительно повысить эффективность Рефал – программы.

 6. Пролог и Пролог 

Пролог - это язык, предназначенный для поиска решений. Это декларативный язык, то есть формальная постановка задачи может быть использована для ее решения. Пролог определяет логические отношения в задаче, как отличные от пошагового решения этой задачи.

Центральной частью Пролога являются средства логического вывода, которые решают запросы, используя заданное множество фактов и правил, к которым обращаются как к утверждениям. Пролог также не имеет деления переменных на типы и может динамически добавлять правила и факты к средствам вывода. Таким образом, это гибкий язык, и он более пригоден для объектно-ориентированного расширения, чем язык со строго заданными типами, например, Паскаль. Пролог   представляет собой дополнение к стандартному Прологу.

  Все свойства языка по-прежнему доступны программистам. Следовательно, Пролог  можно отнести к группе гибридных языков, представителями которой считаются Object Pascal и C . Расширение Пролог  поддерживает все свойства, присущие обычно объектно-ориентированным языкам: концепции объектов и классов, единичное и многократное наследование, разбиение на подклассы и передачу сообщений. Поддерживаются также некоторые усовершенствованные свойства, существующие в таких языках, как C и Smalltalk, включая общие и частные методы.

Интересным свойством является поддержка в языке программирования с управлением данными. Эта техника, которая может быть еще названа программированием, "управляемым событиями", используется в большинстве языков объектно-ориентированного программирования, особенно в тех, которые разработаны для машин с интерфейсом, управляемым "мышью".

Объектно-ориентированная программа реагирует на события, которые определяют поток управления. В Прологе  программирование с управлением данными достигается при помощи концепции демонов. Демон представляет собой объект, методы которого вызываются в случае определенных событий и могут быть таким образом использованы для поддержки программирования с управлением данными.

Сам язык основан на концепции передачи сообщений. Программа на Прологе  строится вокруг множества объектов Пролога , которые обмениваются сообщениями. В этом смысле Пролог  ближе к чистому объектно-ориентированному языку, такому, как Smalltalk, чем C или Object Pascal. 

Определения объектов строятся исходя из вызовов Open_Object [имя_объекта] и Close_Object [имя_объекта], а методы определяются практически так же, как в других объектно-ориентированных языках. Для задания наследования можно явным образом указать, какой метод какого объекта должен наследоваться, что является необходимым для многократного наследования.

7. Лекс

Лекс – генератор программ лексического анализа. Лексический анализ – это распознавание лексем во входном потоке символов. Предположим, что задано некоторое конечное множество слов (лексем) в некотором языке и некоторое входное слово. Необходимо установить, какой элемент множества (если он существует) совпадает с данным входным словом. Обычно лексический анализ выполняется так называемым лексическим анализатором. Лексический анализатор – это программа. Лексический анализ применяется во многих случаях, например, для построения пакетного редактора или в качестве распознавателя директив в диалоговой программе и т.д. Однако, наиболее важное применение лексического анализатора – это использование его в компиляторе. Здесь лексический анализатор выполняет функцию программы ввода данных.

Лексический анализатор выполняет первую стадию компиляции – читает строки компилируемой программы, выделяет лексемы и передает их на дальнейшие стадии компиляции (грамматический разбор, кодогенерацию и т.д.).

Лексический анализатор распознает тип каждой лексемы и соответствующим образом помечает ее. Например, при компиляции Си-программы могут быть выделены следующие типы лексем: число, идентификатор, оператор, ограничитель и т.д.

Лексический анализатор должен не только выделить лексему, но и выполнить некоторые преобразования. Например, если лексема – число, то его необходимо перевести во внутреннюю (двоичную) форму записи как число с плавающей или фиксированной запятой. А если лексема – идентификатор, то его необходимо разместить в таблице, чтобы в дальнейшем обращаться к нему не по имени, а по адресу в таблице.

Хотя лексический анализ по своей идее прост, тем не менее, эта фаза работы компилятора часто занимает больше времени, чем любая другая. Частично это происходит из-за необходимости просматривать и анализировать исходный текст символ за символом. Иногда даже бывает необходимо вернуть прочитанный символ во входной поток с тем, чтобы повторить просмотр и анализ.

8. Cи

Си – это язык программирования общего назначения, хорошо известный своей эффективностью, экономичностью, и переносимостью. Указанные преимущества Си обеспечивают хорошее качество разработки почти любого вида программного продукта. Использование Си в качестве инструментального языка позволяет получать быстрые и компактные программы. Во многих случаях программы, написанные на Си, сравнимы по скорости с программами, написанными на языке ассемблера. При этом они имеют лучшую наглядность и их более просто сопровождать. Си сочетает эффективность и мощность в относительно малом по размеру языке.

Си – это замечательный язык, и хотя некоторым он не нравится, но все же большинство программистов его любят. На Си вы можете создавать программы, которые делают все, что вы пожелаете. Нет другого такого языка, который бы так же стимулировал к программированию. Создается впечатление, что остальные языки программирования воздвигают искусственные препятствия для творчества, а Си – нет. Использование этого языка позволяет сократить затраты времени на создание работающих программ. Сипозволяет программировать быстро, эффективно и предсказуемо. Еще одно преимущество Си заключается в том, что он позволяет использовать все возможности вашей ЭВМ. Этот язык создан программистом для использования другими программистами, чего о других языках программирования сказать нельзя.

9. Си 

Безусловно, Си  восходит, главным образом, к Cи. Cи сохранен как подмножество, поэтому сделанного в Cи акцента на средствах низкого уровня достаточно, чтобы справляться с самыми насущными задачами системного программирования. Cи, в свою очередь, многим обязан своему предшественнику BCPL.

Название Си  - изобретение лета 1983-его. Более ранние версии языка использовались начиная с 1980-ого и были известны как "Cи с Классами". Первоначально язык был придуман потому, что автор хотел написать событийно управляемые модели для чего был бы идеален Simula67, если не принимать во внимание эффективность. "Cи с Классами" использовался для крупных проектов моделирования, в которых строго тестировались возможности написания программ, требующих (только) минимального пространства памяти и времени на выполнение. В "Cи с Классами" не хватало перегрузки операций, ссылок, виртуальных функций и многих деталей. Си  был впервые введен за пределами исследовательской группы автора в июле 1983-го. Однако тогда многие особенности Си  были еще не придуманы.

Название Си  выдумал Рик Масситти. Название указывает на эволюционную природу перехода к нему от Cи. " " - это операция приращения в Cи. Чуть более короткое имя Cи является синтаксической ошибкой, кроме того, оно уже было использовано как имя совсем другого языка. Знатоки семантики Cи находят, что Си хуже, чем Cи  . Названия D язык не получил, поскольку он является расширением Cи и в нем не делается попыток исцелиться от проблем путем выбрасывания различных особенностей.

Си  - это универсальный язык программирования, задуманный так, чтобы сделать программирование более приятным для серьезного программиста. За исключением второстепенных деталей Си является надмножеством языка программирования Cи. Помимо возможностей, которые дает Cи, Си предоставляет гибкие и эффективные средства определения новых типов. Используя определения новых типов, точно отвечающих концепциям приложения, программист может разделять разрабатываемую программу на легко поддающиеся контролю части. Такой метод построения программ часто называют абстракцией данных. Информация о типах содержится в некоторых объектах типов, определенных пользователем. Такие объекты просты и надежны в использовании в тех ситуациях, когда их тип нельзя установить на стадии компиляции. Программирование с применением таких объектов часто называют объектно-ориентированным. При правильном использовании этот метод дает более короткие, проще понимаемые и легче контролируемые программы.

Изначально Си  был разработан, чтобы автору и его друзьям не приходилось программировать на ассемблере, Cи или других современных языках высокого уровня. Основным его предназначением было сделать написание хороших программ более простым и приятным для отдельного программиста. Плана разработки Си  на бумаге никогда не было. Проект, документация и реализация двигались одновременно. Разумеется, внешний интерфейс Си  был написан на Си . Никогда не существовало "Проекта Си " и "Комитета по разработке Си ". Поэтому Си  развивался и продолжает развиваться во всех направлениях, чтобы справляться со сложностями, с которыми сталкиваются пользователи, а также в процессе дискуссий автора с его друзьями и коллегами.

В качестве базового языка для Си  был выбран Cи, потому что он:

---

1. 
   многоцелевой, лаконичный и относительно низкого уровня:
2. 
   отвечает большинству задач системного программирования:
3. 
   идет везде и на всем:
4. 
   пригоден в среде программирования UNIX.

В Cи есть свои сложности, но в наспех спроектированном языке тоже были бы свои, а сложности Cи нам известны. Самое главное, работа с Cи позволила "Cи с Классами" быть полезным (правда, неудобным) инструментом в ходе первых месяцев раздумий о добавлении к Cи  Simula-подобных классов.

 Си  стал использоваться шире, и по мере того, как возможности, предоставляемые им помимо возможностей Cи, становились все более существенными, вновь и вновь поднимался вопрос о том, сохранять ли совместимость с Cи. Ясно, что отказавшись от определенной части наследия Cи можно было бы избежать ряда проблем. Это не было сделано, потому что:

1. 
   есть миллионы строк на Cи, которые могли бы принести пользу в Си  при условии, что их не нужно было бы полностью переписывать с Cи на Си ;
2. 
   есть сотни тысяч строк библиотечных функций и сервисных программ, написанных на Cи которые можно было бы использовать из или на Си  при условии, что Си  полностью совместим с Cи по загрузке и синтаксически очень похож на Cи;
3. 
   есть десятки тысяч программистов, которые знают Cи, и которым, поэтому, нужно только научиться использовать новые особенности Си , а не заново изучать его основы;
4. 
   поскольку Си  и Cи будут использоваться на одних и тех же системах одними и теми же людьми, отличия должны быть либо очень большими, либо очень маленькими, чтобы свести к минимуму ошибки и недоразумения.

Позднее была проведена проверка определения Си , чтобы удостовериться в том, что любая конструкция, допустимая и в Cи, и вСи , действительно означает в обоих языках одно и то же.

Си  был развит из языка программирования Cи и за очень немногими исключениями сохраняет Cи как подмножество. Базовый язык, Cи подмножество Си , спроектирован так, что имеется очень близкое соответствие между его типами, операциями и операторами и компьютерными объектами, с которыми непосредственно приходится иметь дело: числами, символами и адресами. За исключением операций свободной памяти new и delete, отдельные выражения и операторы Си  обычно не нуждаются в скрытой поддержке во время выполнения или подпрограммах.

Одним из первоначальных предназначений Cи было применение его вместо программирования на ассемблере в самых насущных задачах системного программирования. Когда проектировался Си , были приняты меры, чтобы не ставить под угрозу успехи в этой области. Различие между Cи и Си  состоит в первую очередь в степени внимания, уделяемого типам и структурам. Cивыразителен и снисходителен. Си  еще более выразителен, но чтобы достичь этой выразительности, программист должен уделить больше внимания типам объектов. Когда известны типы объектов, компилятор может правильно обрабатывать выражения, тогда как в противном случае программисту пришлось бы задавать действия с мучительными подробностями. Знание типов объектов также позволяет компилятору обнаруживать ошибки, которые в противном случае остались бы до тестирования. Заметьте, что использование системы типов для того, чтобы получить проверку параметров функций, защитить данные от случайного искажения, задать новые операции и т.д., само по себе не увеличивает расходов по времени выполнения и памяти.

Особое внимание, уделенное при разработке Си  структуре, отразилось на возрастании масштаба программ, написанных со времени разработки Cи. Маленькую программу (меньше 1000 строк) вы можете заставить работать с помощью грубой силы, даже нарушая все правила хорошего стиля. Для программ больших размеров это не совсем так. Если программа в 10 000 строк имеет плохую структуру, то вы обнаружите, что новые ошибки появляются так же быстро, как удаляются старые. Си  был разработан так, чтобы дать возможность разумным образом структурировать большие программы таким образом, чтобы для одного человека не было непомерным справляться с программами в 25 000 строк. Существуют программы гораздо больших размеров, однако те, которые работают, в целом, как оказывается, состоят из большого числа почти независимых частей, размер каждой из которых намного ниже указанных пределов.

Естественно, сложность написания и поддержки программы зависит от сложности разработки, а не просто от числа строк текста программы, так что точные цифры, с помощью которых были выражены предыдущие соображения, не следует воспринимать слишком серьезно.


 Низкоуровневый язык программирования

Низкоуровневый язык программирования (язык программирования низкого уровня) — язык программирования, близкий к программированию непосредственно в машинных кодах используемого реального или виртуального (например, Java, Microsoft .NET) процессора. Для обозначения машинных команд обычно применяется мнемоническое обозначение. Это позволяет запоминать команды не в виде последовательности двоичных нулей и единиц, а в виде осмысленных сокращений слов человеческого языка (обычно английских).

Иногда одно мнемоническое обозначение соответствует целой группе машинных команд, выполняющих одинаковое действие над разными ячейками памяти процессора. Кроме машинных команд языки программирования низкого уровня могут предоставлять дополнительные возможности, такие как макроопределения (макросы). При помощи директив есть возможность управлять процессом трансляции машинных кодов, предоставляя возможность заносить константы и литеральные строки, резервировать память под переменные и размещать исполняемый код по определенным адресам. Часто эти языки позволяют работать вместо конкретных ячеек памяти с переменными.

Как правило, использует особенности конкретного семейства процессоров. Общеизвестный пример низкоуровнего языка — язык ассемблера, хотя правильнее говорить о группе языков ассемблера. Более того, для одного и того же процессора существует несколько видов языка ассемблера. Они совпадают в машинных командах, но различаются набором дополнительных функций (директив и макросов).

Низкий уровень подразумевает не качество программ, а уровень детализации инструкций. Так, команда, записанная на Ассемблере, например, MOV AL, OOh, означает, что в регистр процессора (указывается, в какой именно!) надо занести число 0.

Для большинства программ такой подробный и детализированный способ указаний не нужен. И, хотя, в конечном итоге, все исполняемые программы содержат именно такие подробные инструкции, да еще в числовом представлении, человеку удобнее записывать команды более общего плана, на языке, более похожем на человеческий.

Методы программирования для старых компьютеров были громоздкими, медленными и крайне ограниченными. Эти компьютеры программировались путем установки ряда переключателей (включено или выключено), каждый переключатель представлял одну двоичную единицу (или бит), принимая значение 0 или 1. Это сильно ограничивало возможности и занимало много времени.

Следующим этапом было создание хранимых программ. Принцип был таким же – использовался двоичный машинный код, но информация хранилась в памяти компьютера на магнитных сердечниках. После этого был сделан маленький шаг по введению кода в виде, лучше поддающемся управлению: в виде шестнадцатеричных чисел (основание 16), в котором каждый разряд представлялся четырьмя битами. Этот тип программирования был еще подвержен ошибкам, но дела улучшились с появлением ассемблера. Ассемблер позволял записывать программы с помощью мнемонических сокращений, которые представляли команды в виде, более удобном для запоминания: например, ADD представляет код команды сложения двух чисел. Ассемблер использует мнемонические обозначения и преобразует их более или менее один к одному в двоичный код. Преимущество программирования на языке Ассемблер в том, по крайней мере теоретически, что он создает наиболее быстрые и эффективные программы, так как в нем существует прямая связь между кодом программы и конечным машинным кодом. Программирование на языке Ассемблер до сих пор используется для тех приложений, когда важно уменьшить время выполнения программы, а современные варианты ассемблера даже позволяют использовать объектно-ориентированные конструкции.

К языкам низкого уровня относят:

•  машинные языки – языки кодов ЭВМ;

•  машино - ориентированные языки – ассемблеры, мнемокоды.

Также к языкам низкого уровня условно можно причислить MSIL, применяемый в платформе Microsoft .NET, Форт, Java байт-код.


Высокоуровневый язык программирования

Реальный скачок в программировании был сделан при появлении языков высокого уровня: Алгола, Фортрана и, позднее, КОБОЛА. Эти языки позволяют писать программы текстом, похожим на английский язык. Компилятор получает каждую команду и преобразует ее в машинный код. Он позволяет использовать имена (переменные) для представления элементов данных так, что одна и та же программа может быть использована с любыми входными данными. Программы, написанные на языках высокого уровня, более компактны, легче для понимания, а вероятность появления в них ошибок меньше.

Недостаток этих программ в том, что компиляция часто приводит к избыточному коду, содержащему лишние сложные подпрограммы, включенные в конечную исполняемую программу. Это также уменьшает скорость работы программы.

Первым языком программирования высокого уровня считается компьютерный язык Plankalkül разработанный немецким инженером Конрадом Цузе ещё в период 1942-1946г. Однако транслятора для него не существовало до 2000 г. Первым в мире транслятором языка высокого уровня является ПП (Программирующая Программа), он же ПП-1, успешно испытанный в 1954 г. Транслятор ПП-2 (1955 г., 4-й в мире транслятор) уже был оптимизирующим и содержал собственный загрузчик и отладчик, библиотеку стандартных процедур, а транслятор ПП для ЭВМ Стрела-4 уже содержал и компоновщик (linker) из модулей. Однако, широкое применение высокоуровневых языков началось с возникновением Фортрана и созданием компилятора для этого языка.

Ранние языки высокого уровня были довольно специализированными: Фортран (FORmula TRANslation) был предназначен для использования в научных целях, КОБОЛ (Common business Orientated Language) – для использования в мире бизнеса. Появление в 50-х гг. языка BASIC (Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code) закрыло существовавший в языках высокого уровня пробел между языками для науки и для бизнеса. BASIC в равной степени годится для любых задач и в то же время достаточно прост для изучения.

Тем временем были изобретены новые методы программирования, которые привели к новой волне языков высокого уровня. Одним из этих языков, выдержавших проверку временем, является основанный на методах структурного программирования Pascal.

Высокоуровневый язык программирования – язык программирования, разработанный для быстроты и удобства использования программистом. Основная черта высокоуровневых языков — это абстракция, то есть введение смысловых конструкций, кратко описывающих такие структуры данных и операции над ними, описания которых на машинном коде (или другом низкоуровневом языке программирования) очень длинны и сложны для понимания.

Так, высокоуровневые языки стремятся не только облегчить решение сложных программных задач, но и упростить портирование программного обеспечения. Использование разнообразных трансляторов и интерпретаторов обеспечивает связь программ, написанных при помощи языков высокого уровня, с различными операционными системами и оборудованием, в то время как их исходный код остаётся, в идеале, неизменным.

Такого рода оторванность высокоуровневых языков от аппаратной реализации компьютера помимо множества плюсов имеет и минусы. В частности, она не позволяет создавать простые и точные инструкции к используемому оборудованию. Программы, написанные на языках высокого уровня, проще для понимания программистом, но менее эффективны, чем их аналоги, создаваемые при помощи низкоуровневых языков. Одним из следствий этого стало добавление поддержки того или иного языка низкого уровня (язык ассемблера) в ряд современных профессиональных высокоуровневых языков программирования.

Примеры: C, C , Visual Basic, Java, Python, PHP, Ruby, Perl, Delphi (Pascal). Языкам высокого уровня свойственно умение работать с комплексными структурами данных. В большинство из них интегрирована поддержка строковых типов, объектов, операций файлового ввода-вывода и т. п.

К языкам высокого уровня относят:

---

1. 
   проблемно-ориентированные (имеют средства для организа ции структур данных, описания алгоритмов и ориентированы на решение задач определенного класса):  Фортран, Алгол, Кобол, Ада и др.;
2. 
   универсальные: Алгол 68,  PL/1,  Паскаль, QBasic, C, C , С# и дp.;
3. 
   языки  проектирования  программ  (системы программирова ния) – в настоящее время имеют самый высокий уровень аб стракции, они расширяются не как языки описания процесса обработки  данных,   а   как   средства описания  задач:   Visual Basic, Delphi, MS Visual C , Borland C   Builder и др.;
4. 
   языки гипертекстовой разметки, такие, как HTML – набор кодов, который вводится в документ для обозначения, напри мер, связей между его частями. Команды HTML обеспечива ют соединение сайтов и главных страниц WWW (Всемирной паутины сети Интернет) при помощи гиперссылок и указывают Web-браузеру (программе навигации) способ расположе ния массивов данных;
5. 
   языки описания сценариев – макросы, в которых объедине ны отдельные команды, управляющие средой в соответствии с их списком – программой: (например состоящие из имено ванных последовательностей совокупности указанных нажа тий клавиш при работе с пакетом Microsoft Office);
6. 
   языки   моделирования   систем:   например,   GPSS   (General Purpose Simulating System) позволяет автоматизировать при моделировании   процесс   программирования  моделей.   Язык построен в предположении, что моделью сложной дискретной системы является описание ее элементов и логических правил их взаимодействия. Для определенного класса моделируемых систем выделяют небольшой набор абстрактных элементов объектов. Набор логических правил ограничен и может быть описан небольшим числом стандартных операций. Комплекс программ, описывающих функционирование объектов и выполняющих логические операции, является основой для создания программной модели систем данного класса.

2. Понятие об алгоритме

        Алгоритм - это одно из самых широких понятий математики и информатики.

Более 1000 лет назад в Багдаде, крупном научном центре Востока, жил абд Джафар Мужамед ибн Муса Аль-Хорезми. Ему принадлежит книга по математике, которая в течение нескольких столетий пользовалась широкой популярностью. В ней Аль-Хорезми сформулировал правила выполнения четырёх арифметических действий над многозначными числами.

При переводе на латынь имя автора переделали в Algorithmi (Алгоритми). В книге Аль-Хорезми приводились методы решения разных задач. Ссылаясь на них, европейцы упоминали: "Так говорил Алгоритми..." Со временем методы решения задач стали называться алгоритмами. В дальнейшем алгоритмом стали называть описание любой последовательности действий, которую следует выполнить для решения задачи. 

Алгоритм – строго упорядоченная последовательность действий, направленная на выполнение поставленной задачи.

В широком смысле алгоритмизация включает в себя выбор метода решения задачи. Результатом выполнения этапа алгоритмизации является алгоритм решения задачи.

В повседневной жизни нам приходится часто пользоваться всевозможными алгоритмами. Например, алгоритм действий, необходимый для того, чтобы поговорить с кем-либо по телефону:

---

1. 
   узнать необходимый телефонный номер;
2. 
   поднять трубку;
3. 
   набрать номер;
4. 
   дождаться ответа абонента.

Мы пользуемся подобными алгоритмами достаточно часто, поэтому выполняет их автоматически (не задумываясь).

Алгоритмы, предназначены для выполнения компьютерами, обычно называются компьютерными программами, или просто программами. Программа содержит команды на языке, понятном компьютеру. Она сообщает компьютеру, как надо обрабатывать данные для получения желаемого результата. Все функции компьютера, любое его действие задается программой. 

Программа - это алгоритм, представленный на языке, понятном компьютеру.

Разветвляющийся алгоритм

Алгоритмы исполняют в естественном порядке: команда за командой (смотрите повторение). Однако жизнь весьма разнообразна. А цели все же хочется достичь.

Вот и ученик, собираясь в школу, продумывает следующие действия:

1. 
   Если чувствует себя хорошо, то собирается в школу
2. 
   Иначе - остается дома.

Заметим, что алгоритм требует либо одного действия, либо двух. А именно: вначале измерить температуру, а уж затем, в зависимости от результатов выполнять или не выполнять следующее действие. Такой алгоритм называется разветвляющимся, а именно: алгоритм, который выполняется в зависимости от условия, т.е. от вопроса на который можно ответить "да" или "нет", т.е. условие может быть истинным (да), или ложным (нет). Алгоритм ветвления, как и другие алгоритмы, должны обладать следующими свойствами:

1. 
   Дикретность, т.е. все решение разбивается на простейшие шаги.
2. 
   Понятность, алгоритм должен быть понятен исполнителю.
3. 
   Точность, не должно быть неясностей и двусмысленностей.
4. 
   Массовость, с помощью одного и того же алгоритма можно решить множество задач.
5. 
   Результативность (или конечность) состоит в том, что алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов.

^ Полная форма.

Полная форма - это форма записи развлетвляющегося алгоритма, в которой предусмотрены команды в ветви "да" и в ветви "нет". 

если-то-иначе	Пример

Происходит проверка условия.

• 
  Если а>b, то происходит присваивание к переменной "а" значение "а*2", а к переменной "b", значение "1".
• 
  Иначе, т.е. если а<=b, происходит присваивание переменной "b" значение "2*b".

---