Файл: Классификация языков программирования высокого уровня (УСТРОЙСТВО ПЕРСОНАЛЬНОГОКОМПЬЮТЕРА).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Жизнь современных людей связана с использованием большого количества различных технических устройств. Умение уверенно обращаться с этими устройствами, применять их эффективно в оптимальном режиме для реализации имеющихся задач – элементы функциональной грамотности, необходимой каждому человеку. Без этих навыков затруднительно не только качественно выполнить профессиональные обязанности, но даже и просто выжить в современном высокотехнологичном мире.

Компьютеры занимают особое место среди технических устройств, окружающих человека. Практически сразу после появления в середине прошлого века электронно-вычислительные машины нашли свое применение в отраслях, требующих быстрого выполнения большого количества сложных высокоточных вычислений. Такое быстрое распространение способствовало развитию компьютерной техники, поиску новых форм и направлений ее применения. Сегодня без преувеличения можно утверждать, что в цивилизованных странах компьютерными устройствами пользуется в той или иной степени каждый человек.

Автоматизированные информационные системы, мобильные телефоны, «умный дом», интернет вещей, интеллектуальные функции бытовых устройств – то, с чем люди сталкиваются и то, что они используют ежедневно. Информационные технологии развиваются стремительно и продолжают снабжать разные отрасли производства и сферы жизнедеятельности человека все новой компьютерной техникой. Этот процесс набирает силу, поэтому информационные компетенции, включающие обработку информации при помощи компьютерной техники, а также понимание принципов ее функционирования очень важны для каждого современного человека.

Компьютеры работают под управлением программ. Программы координируют работу узлов компьютера, программы помогают реализовать профессиональные функции, программы позволяют создавать другие программы. Совокупность программ, под управлением которых работает ЭВМ, называют программным обеспечением компьютера.

Процесс разработки компьютерных программ называется программированием. Некоторые специалисты называют умение программировать грамотностью двадцать первого века. Кроме того, изучение какого-либо из языков программирования дает возможность глубже осознать принципы работы компьютера.

Актуальность курсовой работы состоит в том, что знание языков программирования, понимание, к какому типу они относятся, изучение возможностей разных языков поможет грамотно сделать выбор языка для разработки той или иной программы.

Объектом исследования курсовой работы являются языки программирования высокого уровня.

Предметом исследования курсовой работы являются концепции разработки программных продуктов, классификация языков программирования.

Цель курсовой работы – изучение языков программирования высокого уровня и их классификации.

Задачи курсовой работы:

• изучить историю появления компьютеров;
• освоить историю языков программирования;
• изучить возможности языков программирования высокого уровня;
• исследовать достоинства и недостатки различных языков программирования высокого уровня;
• сделать выводы по итогам выполнения курсовой работы.

1 УСТРОЙСТВО ПЕРСОНАЛЬНОГОКОМПЬЮТЕРА

1.1 Принципы устройства компьютера

Первый компьютер появился около семидесяти лет назад и произвел революцию в технологиях вычислений и обработки информации. Первая электронно-вычислительная машина разрабатывалась для автоматизации и ускорения сложных вычислений. В соответствии с этим назначением ее и применяли. Но ученые, изучавшие работу первого компьютера, заметили универсальный характер этой машины, позволяющий усовершенствовать ее так, чтобы она смогла обрабатывать любые виды информации.

Группой ученых было предложено конструировать новые компьютеры на основе следующих принципов:

• принцип программного управления, заключающийся в том, что программа должна состоять из группы команд, выполняющихся процессором в определенном порядке;
• принцип однородности памяти, предполагающий хранение программ и данных в одной и той же памяти;
• принцип адресности, означающий, что структура основной памяти представляет собой совокупность пронумерованных ячеек. Процессор в любой момент времени имеет доступ к любой ячейке.
• принцип двоичного кодирования, предлагающий для представления данных и команд в компьютере использовать двоичную систему счисления (в первом компьютере использовали десятичную систему счисления).

Руководил группой ученых математик Джон фон Нейман, поэтому компьютеры, построенные на предложенных принципах, относятся к типу фон – неймановских.

Самым важным следствием принципов фон Неймана можно назвать то, что появилась возможность легко менять программу работы компьютера, так как она перестала быть частью аппаратуры. Установка программ при этом не требует значительных временных затрат.

Архитектура компьютеров, предложенная фон Нейманом, представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Архитектура фон Неймана

Многие современные компьютеры имеют аналогичную архитектуру.

1.2 Аппаратный уровень компьютера

Современный персональный компьютер (ПК) основан на принципах фон Неймана и имеет соответствующую архитектуру.

На базовом уровне в устройстве компьютера выделяют аппаратный и программный уровни.

Аппаратный уровень – это физические устройства, из которых состоит компьютер, а логический уровень – это совокупность всех программ, под управлением которых он работает.

Стандартная аппаратная конфигурация персонального компьютера представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Базовая аппаратная конфигурация

Современные компьютеры устроены таким образом, что пользователь может самостоятельно выбирать и обеспечивать наиболее удобную для имеющихся задач конфигурацию компьютера. Этому немало способствует магистрально-модульный принцип организации компьютеров.

Модульная организация компьютера основывается на магистральном (шинном) принципе обмена информацией между устройствами.

Магистраль, или системная шина, состоит из трех многоразрядных шин (многопроводных линий):

• шины данных;
• шины адреса;
• шины управления.

К магистрали подключается процессор, оперативная память, а также внешние (периферийные) устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на языке машинных кодов.

По шине данных пересылаются данные между различными устройствами. Данные по шине возможно передавать от устройства к устройству через области оперативной памяти.

Разрядность шины данных устанавливается в зависимости от разрядности процессора. Она показывает, сколько двоичных разрядов могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. По мере развития компьютерной техники разрядность процессоров постоянно увеличивается.

Каждая ячейка оперативной памяти или устройство имеет свой адрес. Адрес передаётся по адресной шине, при этом сигналы по ней могут передаваться в одном направлении — от процессора к оперативной памяти и устройствам. Адресная шина является однонаправленной.

По шине управления передаются сигналы управления, которые показывают, какую операцию требуется производить.

На рисунке 3 представлена схема магистрально-модульного устройства компьютера.

Рисунок 3 – Магистрально-модульное устройство ПК

Большинство производителей аппаратных комплектующих поддерживают принцип открытой архитектуры, выпуская детали, которые могут быть использованы в любом компьютере.

Все внешние (периферийные) устройства присоединяются к разъемам, расположенным на системной (материнской) плате, которая является основным аппаратным компонентом компьютера. На системной плате реализована магистраль обмена информацией, расположены разъемы для установки оперативной памяти и процессора, а также слоты для установки контроллеров внешних устройств.

Материнская плата представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Системная плата компьютера

1.3 Логический уровень компьютера

Логический уровень компьютера, программное обеспечение, является такой же важной составляющей компьютера, как т аппаратура. Одно без другого просто не будет работать.

Связь аппаратуры и программного обеспечения настолько тесная, что некоторые программы (к примеру, BIOS – базовая система ввода-вывода информации) реализованы программно.

Различают три большие группы программного обеспечения:

• системное ПО;
• инструментальное ПО;
• прикладное ПО.

Классификация программного обеспечения представлена на рисунке 4.

Рисунок 5 – Классификация программного обеспечения

Системное программное обеспечение служит для организации операций ввода-вывода информации, обеспечивает интерфейс взаимодействия человека с компьютером и координирует работу узлов компьютера. Состав системного программного обеспечения представлен на рисунке 5.

Рисунок 6 – Состав системного ПО

Прикладное ПО служит для решения профессиональных задач пользователя. Классификация прикладного ПО представлена на рисунке 6.

Рисунок 7 – Классы прикладного программного обеспечения

1.4 Инструментальное программное обеспечение

Инструментальное программное обеспечение предназначено для использования в процессах проектирования, разработки и сопровождения программ. Используют инструментальное ПО на этапе разработки программных продуктов.

Инструментальным программным обеспечением называют совокупность программ, используемых программистами в процессе разработки программных продуктов.

Наиболее известными представителями этого класса программного обеспечения являются программы-трансляторы языков программирования.

Транслятор (англ. translator– переводчик) - программа-переводчик, предназначенная для преобразования программы с языка программирования высокого уровня машинные команды.

Транслятор может быть реализован в форме компилятора или интерпретатора, которые существенно различаются по принципам работы.

Компилятор (англ. compiler – составитель, собиратель) прочитывает всю программу полностью, переводит ее и формирует законченный вариант программы на языке машинных кодов, который затем выполняется. В процессе компиляции получается исполняемая программа, при выполнении которой уже не требуется ни исходная программа, ни компилятор.

Интерпретатор (nterpretator – толкователь, синхронный переводчик) переводит и выполняет программу построчно. Программа, обрабатываемая интерпретатором, заново переводится на машинный язык при каждом новом запуске.

К инструментальному ПО, помимо трансляторов, относят:

• текстовые редакторы кода;
• интегрированные среды разработки;
• линковщики;
• ассемблеры;
• отладчики;
• генераторы документации.

2 РАЗВИТИЕ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

2.1 Поколения языков программирования

Программное обеспечение, которое служит для разработки программных средств в любой предметной области, относят к инструментальному программному обеспечению. Такими средствами являются языки программирования. Языки программирования являются средством общения человека с компьютером и вместе с компьютером улучшают свои характеристики от поколения к поколению в направлении доступности и понятности не только для профессионалов.