Файл: Классификация языков программирования высокого уровня (Понятие языка программирования).pdf

Появление функционального программирования привело к созданию языка Пролог. Этот язык программирования разрабатывался для задач анализа и понимания естественных языков на основе языка формальной логики и методов автоматического доказательства теорем.

В 80-х г. 20 века был создан язык Ада. Этот язык в дополнение к классическим свойствам, обеспечивает программирование задач реального времени и моделирования параллельного решения задач.

Большой отпечаток на современное программирование наложил язык Си (первая версия – 1972 год), являющийся очень популярным в середе разработчиков систем программного обеспечения (включая операционные системы). Этот язык создавался как инструментальный язык для разработки операционных систем, трансляторов, баз данных и других системных и прикладных программ. Си сочетает в себе как черты языка высокого уровня, так и машинно-ориентированного языка, допуская программиста ко всем машинным ресурсам, чего не обеспечивают такие языки как Бейсик и Паскаль.

Период с конца 60-х до начала 80-х годов характеризуется бурным ростом числа различных языков программирования, сопровождавшим кризис программного обеспечения. В январе 1975 года Пентагон создали комитет, которому была поставлена задача разработать универсальный язык. В мае 1979 года был объявлен победитель – группа ученых во главе с Жаном Ихбиа. Победивший язык окрестили Ада, в честь Огасты Ады Левлейс. Этот язык предназначен для создания и длительного (многолетнего) сопровождения больших программных систем, допускает возможность параллельной обработки, управления процессами в реальном времени.

2.2 Классификация языков программирования

За 60 с лишним лет развития ЭВМ были разработаны сотни языков программирования, многие из которых используются и сейчас (например Бейсик и Фортран были впервые применены уже в конце 1950-х годов), ежегодно появляется несколько новых языков промышленного применения (не считая десятков экспериментальных). На рис. 1 показана классификация языков программирования и для того, чтобы разобраться в них, языки классифицируют по важнейшим признакам:

• эволюционным - поколения языков (1GL, 2GL, 3GL, 4GL, 5GL...);
• функциональным - по назначению, исполняемым функциям (описательные, логические, математические);
• уровню языка - то есть уровню обобщения в словах-операторах языка (низкого, среднего, высокого...);
• области применения - то есть где применяется язык (системные, сетевые, встроенные и пр.

Рис. 1

Поколение 1GL.

Машинные языки, языки низкого уровня - двоичные языки процессоров, представляющие собой набор (алфавит) команд, записанных в двоичном коде (0,1), которые данный процессор может выполнить непосредственно, если эти команды ввести в его память в виде последовательности или сразу подать в арифметическо-логическое устройство процессора. Примеры: язык процессора IBM-PC, язык ARM-процессора.

Поколение 2GL.

Ассемблеры, автокоды, системные языки, языки среднего уровня - текстовые языки, понятные человеку и однозначно переводимые (транслируемые) в языки низкого уровня, то есть машинный двоичный код. Программирование на 2GL на порядок производительнее, чем на 1GL, так как более удобны для человеческого восприятия. Примеры: Макроссемблер, С, PL/1.

Поколение 3GL.

Языки высокого уровня - текстовые языки, приближенные по словарю и синтаксису к человеческому языку (обычно утрированному английскому), позволяющие записывать программные конструкции в форме, удобной для человеческого мышления и подобные обычному тексту — конспекту, стенограмме. Программирование на 3GL на порядок производительнее, чем на 2GL, так как более удобны для человеческого восприятия и на порядок короче ассемблерных. Примеры: бейсик, фортран, PHP и практически все сетевые языки.

Поколение 4GL.

Языки визуального программирования - языки блок-схем, позволяющие отображать алгоритмы в программных проектах, что облегчает создание и анализ алгоритмов. Программирование на 4GL намного производительнее, чем на 3GL.

Примеры: RAD-системы, CAD-пакеты, OLAP-системы.

Поколение 5GL.

Интеллектуальные языки программирования - позволяют передать функцию создания алгоритмов компьютеру, а за человеком оставить лишь постановку задачи. Программирование на 5GL на порядок производительнее, чем на 4GL. Примеры: система MatCAD, экспертные системы.

Существующие языки программирования классифицируют по четырём основным функциональным группам:

• процедурные;
• объектно-ориентированные;
• функциональные;
• логические.

Процедурное программирование - такое программирование, когда программа отделена от данных и состоит из последовательности команд, обрабатывающих данные. Данные, как правило, хранятся в виде переменных. Весь процесс вычисления сводится к изменению их содержимого.

Декларативные языки программирования - это языки объявлений и построения структур. К ним относятся функциональные и логические языки программирования. В этих языках не производится алгоритмических действий явно, то есть алгоритм не задается программистом, а строится самой программой. В декларативных языках задается, производится построение какой-либо структуры или системы, то есть декларируются (объявляются) какие-то свойства создаваемого объекта. Эти языки получили широкое применение в системах автоматизированного проектирования (САПР), в так называемых CAD-пакетах, в моделировании, системах искусственного интеллекта.

Объектно-ориентированное программирование - в этих языках переменные и функции группируются в так называемые классы (шаблоны). Благодаря этому достигается более высокий уровень структуризации программы. Объекты, порождённые от классов вызывают методы (функции или процедуры) друг друга и меняют таким образом состояние свойств (переменных). С формально-математической стороны объектно- ориентированный способ написания программ базируется на процедурной модели программирования, но с содержательной стороны ООП базируется не на функции, а на объекте, как целостной системе, имеющей стандартный автоматический межобъектный интерфейс.

Сетевые языки - языки, предназначенные для организации взаимодействия удаленных компьютеров в интенсивном интерактивном режиме, а поэтому они построены на принципах интерпретации, то есть построчной, интерактивной обработки строк программного кода, описывающего некоторый сценарий (скрипт) сетевого взаимодействия компьютеров, поэтому часто они называются скриптовыми языками, хотя скриптовые языки не обязательно являются сетевыми, к примеру, пакетные командные языки различных операционных сред.

Машинно-ориентированные языки – это языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ПК (внутреннего языка, структуры памяти и т. д.). Машинно-ориентированные языки имеют следующие особенности:

• высокое качество создаваемых программ (компактность и скорость выполнения);
• возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;
• предсказуемость объектного кода и заказов памяти;
• для составления эффективных программ необходимо знать систему команд и особенности функционирования данного ПК;
• 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.

Машинный язык

Как уже упоминалось в введении, отдельный компьютер имеет свой определенный Машинный язык (далее МЯ), ему предписывают выполнение указываемых операций над определяемыми ими операндами, поэтому МЯ является командным. Однако, некоторые семейства ЭВМ (например, ЕС ЭВМ, IBM-370 и др.) имеют единый МЯ для ЭВМ разной мощности. В команде любого из них сообщается информация о местонахождении операндов и типе выполняемой операции.

В новых моделях ЭВМ намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно-аппаратным путем реализовывать более сложные команды, приближающиеся по своим функциональным действиям к операторам алгоритмических языков программирования.

Языки Символического Кодирования (далее ЯСК), так же, как и МЯ, являются командными. Однако коды операций и адреса в машинных командах, представляющие собой последовательность двоичных (во внутреннем коде) или восьмеричных (часто используемых при написании программ) цифр, в ЯСК заменены на символы (идентификаторы), форма написания которых помогает программисту легче запоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ.

Использование символических адресов - первый шаг к созданию ЯСК. Команды ЭВМ вместо истинных (физических) адресов содержат символические адреса. По результатам составленной программы определяется требуемое количество ячеек для хранения исходных промежуточных и результирующих значений. Назначение адресов, выполняемое отдельно от составления программы в символических адресах, может проводиться менее квалифицированным программистом или специальной программой, что в значительной степени облегчает труд программиста.

Автокоды

Есть также языки, включающие в себя все возможности ЯСК, посредством расширенного введения макрокоманд - они называются Автокоды.

В различных программах встречаются некоторые достаточно часто использующиеся командные последовательности, которые соответствуют определенным процедурам преобразования информации. Эффективная реализация таких процедур обеспечивается оформлением их в виде специальных макрокоманд и включением последних в язык программирования , доступный программисту. Макрокоманды переводятся в машинные команды двумя путями - расстановкой и генерированием. В постановочной системе содержатся "остовы" - серии команд, реализующих требуемую функцию, обозначенную макрокомандой. Макрокоманды обеспечивают передачу фактических параметров, которые в процессе трансляции вставляются в "остов" программы, превращая её в реальную машинную программу.

В системе с генерацией имеются специальные программы, анализирующие макрокоманду, которые определяют, какую функцию необходимо выполнить и формируют необходимую последовательность команд, реализующих данную функцию.

Обе указанных системы используют трансляторы с ЯСК и набор макрокоманд, которые также являются операторами автокода.

Развитые автокоды получили название Ассемблеры. Сервисные программы и пр., как правило, составлены на языках типа Ассемблер. Более полная информация об языке Ассемблера см. ниже.

Макрос

Язык, являющийся средством для замены последовательности символов описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ на более сжатую форму - называется Макрос (средство замены).

В основном, Макрос предназначен для того, чтобы сократить запись исходной программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающий функционирование макросов, называется макропроцессором. На макропроцессор поступает макроопределяющий и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов-выдача выходного текста.

Макрос одинаково может работать, как с программами, так и с данными.

Машино - независимые языки - 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 и ВС.

Подобные языки получили название высокоуровневых языков программирования. Программы, составляемые на таких языках, 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 МЯ.

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.

Проблемно - ориентированные языки

С расширением областей применения вычислительной техники возникла необходимость формализовать представление постановки и решение новых классов задач. Необходимо было создать такие языки программирования, которые, используя в данной области обозначения и терминологию, позволили бы описывать требуемые алгоритмы решения для поставленных задач, ими стали проблемно - ориентированные языки. Эти языки, ориентированные на решение определенных проблем, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и получать результаты в требуемой форме.

Проблемных - ориентированных языков очень много, например:

• Фортран, Алгол - языки, созданные для решения математических задач;
• Simula, Слэнг - для моделирования;
• Лисп, Снобол - для работы со списочными структурами.
• Универсальные языки

Универсальные языки были созданы для широкого круга задач: коммерческих, научных, моделирования и т.д. Первый универсальный язык был разработан фирмой IBM, ставший в последовательности языков Пл/1. Второй по мощности универсальный язык называется Алгол-68. Он позволяет работать с символами, разрядами, числами с фиксированной и плавающей запятой. Пл/1 имеет развитую систему операторов для управления форматами, для работы с полями переменной длины, с данными организованными в сложные структуры, и для эффективного использования каналов связи. Язык учитывает включенные во многие машины возможности прерывания и имеет соответствующие операторы. Предусмотрена возможность параллельного выполнение участков программ.