Файл: Обзор языков программирования высокого уровня (Характеристика инструментального программного обеспечения).pdf

ВВЕДЕНИЕ

С быстрым развитием современной компьютерной вычислительной техники программисты изобрели специальный машинный язык, который помогал им задавать команды процессору, оперируя при этом непосредственно с ячейками физической памяти и полностью применяя все основные возможности персонального компьютера (ПК).

Но такое использование персональных компьютеров на уровне классических машинных языков является очень затруднительным, особенно это также касается процессов, предназначенных для ввода-вывода информации. Поэтому от использования их пришлось разработчикам отказаться.

На современном этапе есть также множество языков, что при их использовании позволяют выполнять самые разнообразные функции и обеспечивать разные технологии программирования качественным программным инструментарием.

В дальнейшем, со стремительным развитием принципиально новых языков программирования (ЯП), появилась прекрасная возможность выполнить адаптацию обработки информации при помощи созданных разработчиками программных продуктов, что стало очень удобным, ведь программисты могут написать свои программы для конкретной исследуемой области.

Актуальность курсовой работы состоит в том, что практическая эффективность и необходимость в разработке программ считается основой для удобного применения, например, дружественный внешний вид, который без использования современных языков программирования высокого уровня практически невозможен.

Основной целью работы является рассмотрение возможностей популярных языков программирования высокого уровня.

Исходя с цели нужно выполнить такие задачи:

• рассмотреть основные определения, классификацию языков программирования;
• изучить основные принципы парадигм программирования;
• выполнить рассмотрение современных языков программирования: C++, C#, Java и другие.

1. Объектом исследования является теория языков программирования.

Предмет исследования – современные языки программирования высокого уровня.

По мере развития новейшей вычислительной техники возникли также разные языки программирования, которые исследовались разными разработчиками и учеными: Динман М.К. [6], Д. Лафоре, [13], Харви Дейтелс [17].

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ЯЗЫКАХ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Понятие о программном обеспечении

Совокупность программ, предназначенная для решения задач на ПК, называется программным обеспечением. Состав программного обеспечения ПК называют программной конфигурацией.

Программное обеспечение, можно условно разделить на три категории (рисунок 1) [5]:

– системное ПО (программы общего пользования), выполняющие различные вспомогательные функции, например создание копий используемой информации, выдачу справочной информации о компьютере, проверку работоспособности устройств компьютера и т.д [7].

– прикладное ПО, обеспечивающее выполнение необходимых работ на ПК: редактирование текстовых документов, создание рисунков или картинок, обработка информационных массивов и т.д[10].

– инструментальное ПО (системы программирования), обеспечивающее разработку новых программ для компьютера на языке программирования.

Рисунок 1 – Классификация программного обеспечения

Системным программным обеспечением называются программы общего пользования не связаны с конкретным применением ПК и выполняют традиционные функции: планирование и управление задачами, управления вводом-выводом и т.д [19].

Другими словами, системные программы выполняют различные вспомогательные функции, например, создание копий используемой информации, выдачу справочной информации о компьютере, проверку работоспособности устройств компьютера и т.п.

К системному ПО относятся [20]:

– операционные системы (эта программа загружается в ОЗУ при включении компьютера) метод использование прикладной программа

– программы – оболочки (обеспечивают более удобный и наглядный способ общения с компьютером, чем с помощью командной строки DOS, например, Norton Commander)

– операционные оболочки – интерфейсные системы, которые используются для создания графических интерфейсов, мультипрограммирования и т.д.

– драйверы (программы, предназначенные для управления портами периферийных устройств, обычно загружаются в оперативную память при запуске компьютера)

– утилиты (вспомогательные или служебные программы, которые представляют пользователю ряд дополнительных услуг)

Необходимо отметить, что часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть функционирует автономно. Большая часть общего (системного) ПО входит в состав ОС. Часть общего ПО входит в состав самого компьютера (часть программ ОС и контролирующих тестов записана в ПЗУ или ППЗУ, установленных на системной плате). Часть общего ПО относится к автономными программам и поставляется отдельно [19].

Прикладные программы могут использоваться автономно или в составе программных комплексов или пакетов. Прикладное ПО – программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых работ на ПК: редактирование текстовых документов, создание рисунков или картинок, создание электронных таблиц и т.д.

Пакеты прикладных программ – это система программ, которые по сфере применения делятся на проблемно – ориентированные, пакеты общего назначения и интегрированные пакеты. Современные интегрированные пакеты содержат до пяти функциональных компонентов: тестовый и табличный процессор, СУБД, графический редактор, телекоммуникационные средства[3].

К прикладному ПО, например, относятся [8]:

– Комплект офисных приложений MS OFFICE;

– Бухгалтерские системы;

– Финансовые аналитические системы;

– Интегрированные пакеты делопроизводства;

– CAD – системы (системы автоматизированного проектирования);

– Редакторы HTML или Web – редакторы.

1.2. Характеристика инструментального программного обеспечения

Инструментальное ПО или системы программирования - это системы для автоматизации разработки новых программ на языке программирования.

В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования (языке системного программирования) нужно иметь следующие компоненты [11]:

1. Текстовый редактор для создания файла с исходным текстом программы.

2. Компилятор или интерпретатор. Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в промежуточный объектный код. Исходный текст большой программы состоит из нескольких модулей (файлов с исходными текстами). Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом, которые затем надо объединить в одно целое.

3. Редактор связей или сборщик, который выполняет связывание объектных модулей и формирует на выходе работоспособное приложение – исполнимый код [7].

Исполнимый код – это законченная программа, которую можно запустить на любом компьютере, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась. Как правило, итоговый файл имеет расширение .ЕХЕ или .СОМ.

4. В последнее время получили распространение визуальный методы программирования (с помощью языков описания сценариев), ориентированные на создание Windows-приложений. Этот процесс автоматизирован в средах быстрого проектирования. При этом используются готовые визуальные компоненты, которые настраиваются с помощью специальных редакторов [14].

Наиболее популярные редакторы (системы программирования программ с использованием визуальных средств) визуального проектирования:

Borland Delphi - предназначен для решения практически любых задачи прикладного программирования

Borland C++ Builder – это отличное средство для разработки DOS и Windows приложений

Microsoft Visual Basic – это популярный инструмент для создания Windows-программ

Microsoft Visual C++ - это средство позволяет разрабатывать любые приложения, выполняющиеся в среде ОС типа Microsoft Windows [20].

1.3. Понятие о языке программирования, история развития

Рассмотрим краткие ведомости о главном виде инструментального программного обеспечения – языках программирования.

Язык программирования определяет совокупность лексических, семантических и синтаксических правил, которые используются для составления компьютерной программы. Он дает возможность программисту точно определять, на какие именно события будут реагировать персональные компьютеры при выполнении программы, как будут организованы хранение и передача данных, а также какие действия нужно выполнять над данными при разных условиях [8].

Стоит заметить, что абсолютно все современные языки программирования считаются искусственными языками. Они могут отличаться от обычных человеческих языков только ограниченным количеством слов и очень строгими законами для записи операторов. При их использовании в назначении не допускается любое свободное толкование выражений.

Также можно сформулировать перечень требований, что могут быть выставлены к ЯП:[4]

– единство – это использование идентичных символов в обозначении разного рода родственных или же одинаковых терминов в многих частях конкретного алгоритма или программы;

– наглядностью является использованием в ЯП уже имеющихся символов, что хорошо понятны и известные как обычным пользователям ПК, так и разработчикам;

– модульность – это процесс описание сложных алгоритмов при использовании совокупности простых модулей, что составлены в иных частях программы;

– гибкостью называется возможность удобного или же несложного описания самых разных методов для сложных математических вычислений с применением набора изобразительных методов и средств (блок-схем) в конкретном ЯП [3];

– однозначность – запись любого алгоритма, что является однозначным и не допускает любых двойственных трактовок. Практическое отсутствие указанного требования может привести к неправильным результатам работы программы.

ЯП определяет собою всю совокупность лексических или синтаксических правил для реализации составления компьютерного кода. Он дает практически все возможности программистам точно определять, именно какие события будут обрабатываться персональными компьютерами при работе программы, как именно будут сформированы принципы для хранения и передачи информации, а также какой перечень действий нужно выполнять для информации при разных условиях. [9]

Со времени создания первых ЭВМ человечество придумало более 2,5 тысяч языков программирования. Их число пополняется каждый год новыми, зачастую специализированными, языками. Некоторыми из них умеет пользоваться лишь небольшое число разработчиков, другие – известны миллионам людей. Профессиональные разработчики иногда применяют более десятка различных языков программирования в своей работе.

Машинный вид команды программы, состоящий из символов «0» и «1», указывает, какое действие должен выполнять центральный процессор. Значит для того, чтобы задать ЭВМ последовательность инструкций, которые ему надо выполнить, нужно описать последовательность двоичных кодов для соответствующих команд [18].

Программы, отображенные в машинном коде, состоят из тысяч команд, а их создание является занятием сложным и утомительным. Программисту необходимо помнить комбинацию единиц и нулей двоичного кода для каждой программы, а также бинарные коды адресов данных, которые используются при её выполнении.

Намного проще писать программу на языке программирования, который более близок к естественному языку, а работу по «переводу» данной программы в машинный код поручить компьютеру [14].

Рассмотрим краткую поэтапную историю языков программирования.

1. Машинный язык (начало 50-х годов XX ст.). Программы на машинном языке являлись очень длинными последовательностями двоечных цифр и машинно-зависимыми (для каждой ЭВМ нужно было составлять свою программу, которая подходила бы под ее архитектуру) [11].
2. Ассемблер (середина 50-ых годов XX ст.). Вместо написание программ на бинарном коде программисты могли пользоваться операторами языка Ассемблер (ADD, MOV, SUB и прочими), которые похожи на аббревиатуры английских слов. Программы на этом языке также являются машинно-зависимыми. Языки типа Fortran.