Файл: Системы программирования (1. Система программирования как неотъемлемая часть современных ЭВМ).pdf

Введение

В пятидесятые годы двадцатого века с появлением компьютеров на электронных лампах началось бурное развитие систем программирования. К сегодняшнему дню насчитывают несколько поколений систем программирования. Каждое из последующих поколений по своей функциональной мощности качественно отличается от предыдущего. С появлением персональных компьютеров системы стали составными частями интегрированных сред разработки. Появились системы, применяемые в различных офисных программах. В настоящее время системы программирования применяются в самых различных областях человеческой деятельности, таких как научные вычисления, системное программирование, обработка информации, искусственный интеллект, издательская деятельность, удаленная обработка информации, описание документов.

Важное место в программном обеспечении современных ЭВМ занимают системы программирования. Основное их назначение - освободить программиста от необходимости работать на языке машинных команд. Язык программирования, с которым работает система программирования, называется ее входным языком. Системы программирования именуются по названию своего входного языка. Например: Бейсик, Паскаль, пролог. Иногда в название систем включаются префиксы, обозначающие, например, фирменное происхождение системы. Очень популярны системы с приставкой «Турбо»: Турбо - Паскаль, Турбо - Си и другие. Это системы программирования, разработанные фирмой Borland.

Языки программирования претерпели большие изменения с тех пор, как в сороковых годах началось их использование. Они все еще продолжают изменяться и теперь даже быстрее, чем когда либо ранее.

Даже при наличии десятков тысяч программ для IBM PC пользователям может потребоваться что-то такое, чего не делают (или делают, но не так) имеющиеся программы. В этих случаях следует использовать системы программирования, т.е. системы для разработки новых программ. Современные системы программирования для персональных компьютеров обычно предоставляют пользователю весьма мощные и удобные средства для разработки программ.

Если раньше языки программирования использовались лишь для создания программ для автоматизации вычислительных процессов, то на сегодняшний день они используются для решения более разнообразных задач.

Все многообразие языков программирования делят на различные классы в зависимости от решаемых ими задач. Было замечено, что в процессе развития языки программирования, входящие в один класс, сближаются между собой. Хотя само разнообразие классов увеличивается, т.к. увеличивается сфера задач, решаемых с помощью компьютерных технологий.

Цель нашей работы: рассмотреть современные системы программирования.

Для достижения поставленной цели нами были поставлены следующие задачи:

1) систематизировать основные этапы развития языков программирования и систем программирования;

2) выделить основные виды систем программирования;

3) рассмотреть основные компоненты системы программирования;

4) выявить требования к системам программирования;

5) выполнить обзор современных систем программирования.

При написании работы были проанализированы различные источники научно-технической литературы и статьи Интернет.

Цель работы - описать современные системы программирования.

1. Системы программирования как неотъемлемая часть ЭВМ

1.1 Характеристика систем программирования

В иерархии программно-аппаратного обеспечения системам программирования отводится место между программами управления логическими ресурсами и прикладным программным обеспечением.

Определим термин системы программирования как комплекс программных средств, предназначенных для поддержки программного продукта на протяжении всего жизненного цикла этого продукта.

1.2 Основные этапы развития языков программирования

Системы программирования различаются, прежде всего, тем, какой язык программирования они реализуют. В связи с этим мы сочли необходимым в первую очередь рассмотреть историю развития языков программирования (ЯП).

Под ЯП понимают правила представления данных и записи алгоритмов их обработки, которые автоматически выполняются ЭВМ. В более абстрактном виде ЯП - является средством создания программных моделей объектов и явлений внешнего мира.

Первые ЭВМ имели небольшой набор команд и встроенных типов данных, но позволяли выполнять программы на машинном языке. Машинный язык (МЯ) - единственный язык, понятный ЭВМ. Он реализуется аппаратно: каждую команду выполняет некоторое электронное устройство. Программа на МЯ представляет собой последовательность команд и данных, заданных в цифровом виде.

Этот этап в развитии ЯП показал, что программирование является сложной проблемой, трудно поддающейся автоматизации, но именно программное обеспечение определяет в конечном счете эффективность применения ЭВМ. Поэтому на всех последующих этапах усилия направлялись на совершенствование интерфейса между программистом и ЭВМ т.е. языка программирования.

Стремление программистов оперировать не цифрами, а символами, привело к созданию мнемонического языка программирования, который называют ассемблером. Этот язык имеет определенный синтаксис записи программ, в котором, в частности, цифровой код операции заменен мнемоническим кодом. Программа стала иметь более читаемую форму, но ее не понимала ЭВМ. Поэтому понадобилось создать специальную программу транслятор, который преобразует программу с языка ассемблера на МЯ. Эта проблема потребовала, в свою очередь, глубоких научных исследований и разработки различных теорий, например теорию формальных языков, которые легли в основу создания трансляторов. Практически любой класс ЭВМ имеет свой язык ассемблера. На сегодняшний день язык ассемблера используется для создания системных программ, использующих специфические аппаратные возможности данного класса ЭВМ.

Следующий этап характеризуется созданием языков высокого уровня (ЯВУ). Эти языки являются универсальными (на них можно создавать любые прикладные программы) и алгоритмически полными, имеют более широкий спектр типов данных и операций, поддерживают технологии программирования. На этих языках создается неисчислимое множество различных прикладных программ. Языки программирования высокого уровня делятся на несколько видов.

Среди принципиальных отличий ЯВУ от языков низкого уровня выделяют следующее:

• использование переменных;
• возможность записи сложных выражений;
• расширяемость типов данных за счет конструирования новых типов из базовых;
• расширяемость набора операций за счет подключения библиотек подпрограмм;
• слабая зависимость от типа ЭВМ.

С усложнением ЯП усложняются и трансляторы для них. Теперь в набор инструментов программиста, кроме транслятора, входит текстовый редактор для ввода текста программ, отладчик для устранения ошибок, библиотекарь для создания библиотек программных модулей и множество других служебных программ. Все вместе это называется системой программирования. Наиболее яркими представителями ЯВУ являются FORTRAN, PL/1, Pascal, C, Basic, Ada.

Как можно заметить, было создано большое число языков одного класса. Каждый из разработчиков ЯВУ стремился создать самый лучший и самый универсальный язык, который позволял бы быстро получать самые эффективные, надежные и безошибочные программы. Однако в процессе этого поиска выяснилось, что дело не в самом языке, а в технологии его использования. Поэтому дальнейшее развитие языков стало определяться новыми технологиями программирования.

Одновременно с развитием универсальных ЯВУ стали развиваться проблемно-ориентированные ЯП, которые решали экономические задачи (COBOL), задачи реального времени (Modula-2, Ada), символьной обработки (Snobol), моделирования (GPSS, Simula, SmallTalk), численно-аналитические задачи (Analitic) и другие. Эти специализированные языки позволяли более адекватно описывать объекты и явления реального мира, приближая язык программирования к языку специалиста в проблемной области.

Другим направлением развития ЯП является создание языков сверхвысокого уровня (ЯСВУ). С помощью ЯП программист задает процедуру (алгоритм) получения результата по известным исходным данным, поэтому они называются процедурными ЯП. На ЯСВУ программист задает отношения между объектами в программе, например систему линейных уравнений, и определяет, что нужно найти, но не задает как получить результат. Такие языки еще называют непроцедурными, так как сама процедура поиска решения встроена в язык (в его интерпретатор). Такие языки используются, например, для решения задач искусственного интеллекта (Lisp, Prolog) и позволяют моделировать мыслительную деятельность человека в процессе поиска решений.

К непроцедурным языкам относят и языки запросов систем управления базами данных (QBE, SQL)

1.3 Классификация систем программирования

По набору входных языков различают системы программирования одноязычные и многоязыковые. Отличительная черта многоязыковых систем состоит в том, что отдельные части программы можно составлять на разных языках и с помощью специальных обрабатывающих программ объединять их в готовую для исполнения на ЭВМ программу.

По структуре, уровню формализации входного языка и целевому назначению различают системы программирования машинно-ориентированные и машинно-независимые.

Машинно-ориентированные системы программирования имеют входной язык, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Машинно-ориентированные системы позволяют использовать все возможности и особенности машинно-зависимых языков:

• высокое качество создаваемых программ;
• возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;
• предсказуемость объектного кода и заказов памяти;
• для составления эффективных программ необходимо знать систему команд и особенности функционирования данной ЭВМ;
• трудоемкость процесса составления программ (особенно на машинных языках и ЯСК), плохо защищенного от появления ошибок;
• низкая скорость программирования;
• невозможность непосредственного использования программ, составленных на этих языках, на ЭВМ других типов.

Машинно-независимые системы программирования – это средство описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Они удобны в использовании для широкого круга пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ. В таких системах программы, составляемые на языках, имеющих название высокоуровневых языков программирования, представляют собой последовательности операторов, структурированные согласно правилам рассматривания языка (задачи, сегменты, блоки и т.д.). Операторы языка описывают действия, которые должна выполнять система после трансляции программы на машинном языке. Таким образом, командные последовательности (процедуры, подпрограммы), часто используемые в машинных программах, представлены в высокоуровневых языках отдельными операторами. Программист получил возможность не расписывать в деталях вычислительный процесс на уровне машинных команд, а сосредоточиться на основных особенностях алгоритма.

1.4 Виды систем программирования

Для современных программных средств основными являются три системы программирования(СП) - машинно-ориентированная, проблемно-ориентированная и процедурно-ориентированная. Каждая из них характеризуется различной степенью готовности «выходного продукта» к немедленному «машинному» использованию, объемом требуемого дополнительного программного обеспечения, степенью «понятности» и «близости» для пользователя. Дадим понятие каждой системе.

Машинно-ориентированная СП содержит средства для программирования на языке машинных команд, автокоде или языке ассемблерного типа. Для ее использования требуется сравнительно немного дополнительного ПО, ее характеризует сильная платформенная зависимость и плохая «читабельность» со стороны пользователя. Однако в силу больших возможностей по управлению аппаратными средствами эта СП наиболее важна для решения задач системного программирования.

Проблемно-ориентированная СП получила свое название в те времена, когда языковые средства программирования привязывались к конкретным классам решаемых прикладных задач («проблем») - для научно-технических и инженерных задач - язык FORTRAN, для экономических - COBOL, для «начинающих» - BASIC. Поэтому проблемно-ориентированная СП использует какой-либо язык высокого уровня, ей требуется дополнительное сложное ПО (компиляторы, интерпретаторы), её «выходной продукт» слабо связан с платформой разработки и достаточно понятен человеку-пользователю.