Файл: Классификация языков программирования высокого уровня.pdf

ВВЕДЕНИЕ

Данная работа посвящена изучению классификации языков программирования высокого уровня.

Актуальность рассматриваемой темы определяется тем, что языков программирования придумано большое количество. Причина состоит в различных уровнях квалификации программистов, в разнообразии их потребностей. Программистам все же пока не удалось создать язык, который удовлетворит всех, да и неизвестно, имеется ли вообще такая вероятность.

Язык программирования является методом записи программ решения разнообразных задач на компьютере в понятной для него форме.

Языки программирования высокого уровня представляют собой машинно-независимые языки. Одну и ту же программа на языке высокого уровня можно выполнить на электронно-вычислительных машинах разных типов, которые оснащены соответствующим транслятором.

Форма записи программ на языках программирования высокого уровня по сравнению с Автокодом приближенна к традиционной математической форме, к так называемому естественному языку. На языке программирования Pascal она аналогична школьному алгоритмическому языку.

Языки программирования высокого уровня легко поддаются изучению, хорошо осуществляют поддержку структурной методики программирования.

Цель работы – изучить классификации языков программирования высокого уровня.

Исходя из поставленной цели, нами были сформулированы следующие задачи исследования:

1) рассмотреть классификация языков программирования

2) охарактеризовать понятие о языках программирования высокого уровня и их классификация

3) изучить классификацию языков программирования высокого уровня

4) проанализировать языки программирования высокого уровня Lisp, Prolog, C++

5) дать характеристику языку программирования Basic

6) исследовать язык программирования Pascal

Объект исследования - языки программирования высокого уровня.

Предмет исследования – классификация языков программирования высокого уровня.

По структуре работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованной литературы. Первая глава исследования посвящена теоретическим основам изучения языков программирования высокого уровня. Во второй главе работы нами рассматриваются практические аспекты изучения языков программирования высокого уровня.

Источниковую базу исследования составили научные исследования, последних лет, авторы которых рассматривают изучение классификации языков программирования высокого уровня.

1. Теоретические основы изучения языков программирования высокого уровня

1.1. Классификация языков программирования

Историю информатики как науки в некоторой степени можно описать как историю языков программирования, которые начали свое развитие в XIX веке, когда английский ученый Чарльз Бэббидж разработал механическую вычислительную машину. Как известно, программу для нее написала леди Ада Лавлейс. Языки программирования в современном понимании фактически начали развиваться с зарождением электронных вычислительных машин.

Под языком программирования понимается искусственный язык, созданный с целью разработки программ, которые предназначены для реализации их на персональном компьютере [7, 87]. Под компьютерной программой понимается последовательность инструкций или команд, обеспечивающих выполнение конкретного алгоритма на компьютере. Под командой или инструкцией понимается указание, определяющее, какую операцию или действие необходимо реализовать.

В настоящее время можно выделить более 2000 разнообразных языков программирования, а также их модификаций, однако только некоторые из них обрели широкое признание. Все языки программирования могут быть условно классифицированы в соответствии с определенными основными признаками [12, 77]. Рассмотрим классификацию языков программирования:

По уровню зависимости от аппаратных средств языки программирования делятся на:

1) языки программирования низкого уровня,

2) языки программирования высокого уровня [5, 33].

Низкоуровневые языки программирования (машинно-ориентированные) - это языки, в которых данными и командами учитывается архитектура компьютера. Эти языки ориентированы на определенный тип компьютера и учитывают его аппаратные специфики.

Почти у каждого типа компьютера был свой язык программирования низкого уровня. Одну и ту же программу нельзя было выполнить на компьютере другого типа, что сильно ограничивало возможность обмена программами.

Программы для первых электронно-вычислительных машин были разработаны именно на «машинных» языках. Это был сложный процесс, поэтому вскоре появились языки символьного кодирования. Команды подавались уже символами, а не двоичным кодом. Изменение символьного кода в машинные команды происходит автоматически [6, 72].

Как правило, команды современных языков программирования пишутся английскими буквами с применением символов, которые содержатся на клавиатуре [10, 95]. Однако компьютер хранит и выполняет команды, представленные физическими сигналами (к примеру, двумя уровнями окончательной магнитной индукции, двумя значениями электрического напряжения, наличием и отсутствием светового луча). Значение физических сигналов обозначается двоичными символами, математическими значениями 0 и 1.

Программы, представленные набором 0 и 1, называются машинными или машинным кодом. Он точно определяет, какое конкретно действие должен выполнить процессор [2, 72].

Применяются разные структуры команд. Большинство команд состоят из операционной и адресной частей. В операционной части отмечено, что действие (операция) должно выполняться, а в адресной части - над какими конкретно данными необходимо его выполнить.

Упрощенный двоичный или шестнадцатеричный код команды можно записать соответственно следующим образом: 11001011 10101101 11011001 А7 В5 С3

Языки программирования высокого уровня (машинно-независимые) - это языки, на которых программы можно использовать на персональных компьютерах разных типов и которые доступнее для людей, чем языки низкого уровня.

Первым языком высокого уровня, широко признанным мировыми программистами, был Fortran. Он был разработан в 1954 году компанией IBM (США) [2, 76]. Язык Fortran очень похож на язык алгебры и ориентирован на решение вычислительных задач. В 1960 году группа ученых из разных стран азработала язык Algol-60, который также был ориентирован на решение вычислительных задач.

По принципам программирования языки делятся на:

1) процедурные языки программирования

2) непроцедурные языки программирования

3) объектно-ориентированные языки программирования

В соответствии с принципами программирования выделяют языки процедурные, непроцедурные, а также языки объектно-ориентированного программирования.

Процедурные языки основаны на описании последовательного изменения состояния компьютера, то есть значений ячеек памяти, состояния процессора и других устройств. Они манипулируют данными в пошаговом режиме, применяя пошаговые инструкции. В процедурных языках выдерживают четкое структурирование программ, поэтому они также называются языками структурного программирования. К подобным языкам относятся BASIC, Algol, Pascal, Fortran [12, 77].

Процедурные языки полностью отвечают требованиям разработки небольших программ и программ средней сложности. Однако в начале 1980-х годов XX века размер и сложность программ достигли уровня, требующего к программированию новых концептуальных подходов.

Непроцедурные языка являются эффективными для программирования поиска больших объемов данных, а также для программирования задач, процесс решения которых не может быть точно описан (перевод, распознавание образов) [16, 96]. На этих языках сам поиск решения интегрирован в интерпретатор языка. Такие языки включают функциональные и логические языки программирования.

В конце XX века был представлен новый метод программирования, названный объектно-ориентированным программированием. То есть эволюционировали языки, которые содержат конструкции, которые позволяют определять объекты, принадлежащие к классам и обладающие средствами для работы с абстрактными типами данных. К таким языкам относятся C ++, Java, C, Python и другие [16, 111]. В настоящее время языки объектно-ориентированного программирования практически вытеснили процедурные языки с рынка профессионального программирования.

По ориентации на класс задач языки программирования делятся на:

1) универсальные языки программирования

2) специализированные языки программирования [2, 93]

Универсальные языки должны решать широкого класса задачи. К этим языкам относятся PL/1, Algol, Pascal, С. Особенный класс универсальных языков представляют собой визуальные среды программирования: VisualBasic, Delphi и другие.

Специализированные языки учитывают особенности предметной области. Сегодня существуют десятки специальных языков программирования, в том числе, языки веб-программирования, языки скриптов. Язык скриптов применяется с целью создания небольших утилит (вспомогательных программ), таких как Javascript - для создания динамических объектов на веб-страницах. Языки разметки содержат шаблоны и средства, которые описывают содержание, структуру и формат электронных документов, например язык HTML предоставляет возможности разметки гипертекстовых документов. Язык для работы с базами данных позволяет создавать и поддерживать базы данных [19, 27].

Отметим, что не все перечисленные языки являются языками программирования в классическом понимании. Поэтому язык HTML представляет собой язык разметки гипертекста, но его также часто называют языком программирования.

Развитие языков программирования, начиная с 60-х годов XX века, осуществляется посредством специализации и посредством универсализации. Одним из первых специализированных языков является COBOL, который был разработан в 1961 году в США и был ориентирован на решение экономических задач [10, 95]. Впоследствии появились десятки разнообразных специализированных языков, к примеру, Simula - язык моделирования, LISP - язык для решения информационных и логических задач, язык RPG для решения образовательных задач.

Таким образом, существует несколько классификаций языков программирования.

1.2. Понятие о языках программирования высокого уровня и их классификация

Языки программирования высокого уровня представляют собой машинно-независимые языки. Одну и ту же программу на таком языке можно выполнить на электронно-вычислительных машинах разных типов, которые оснащены соответствующим транслятором [23, 76]. По сравнению с Автокодом форма записи программ на языках программирования высокого уровня еще ближе к естественному языку - традиционной математической форме. На языке Pascal она аналогичная школьному Алгоритмическому языку. Языки программирования высокого уровня легко изучаются, достаточно хорошо поддерживают структурную методику программирования.

Первые популярные языки высокого уровня появились в 1950-х годах. Ими являлись Fortran, Algol (в Европе) и Cobol (в США) [7, 132].

Ориентированность языков Fortran и Algol была направлена на научно-технические расчеты математического характера. Язык Cobol был ориентирован на программирование экономических задач. В Fortran и Algol по сравнению с языком Cobol сильнее развиты математические средства, но в Cobol хорошо развита организация вывода данных в форме необходимого документа, средства обработки текстов. Характерной чертой для первых языков программирования высокого уровня была предметная ориентация языков.

Большая численность языков программирования появилась в 1960-1970-х годах. А за всю историю электронно-вычислительных машин их было создано более тысячи. Однако получили распространение, выдержали испытание временем лишь немногие. В 1965 году в Дартмутском университете был разработан язык Basic [22, 198]. Авторы задумывали его как простой язык, который легко изучается, предназначается для программирования расчетных задач несложного характера. Basic получил наибольшее распространение на микро электронно-вычислительных машинах и персональных компьютерах. Некоторые модели школьных компьютеров позволяют программировать исключительно на языке Basic. Однако Basic является неструктурным языком, и, следовательно, для обучения качественному программированию он подходит плохо. Необходимо заметить, что последние версии Basic для персонального компьютера стали более структурными и приближаются по своим изобразительным возможностям к таким языкам, как Pascal] [11, 184].