Добавлен: 01.04.2023
Просмотров: 261
Скачиваний: 2
Введение
Языком программирования называется система обозначений и правил, позволяющая записать программу решения задачи в виде последовательного текста в удобном для человека виде.
В пятидесятые годы двадцатого века с появлением компьютеров на электронных лампах началось бурное развитие языков программирования. Программирование начиналось с записи программ непосредственно в виде машинных команд (в кодах, как говорят программисты). Компьютеры, стоившие в то время значительно дороже, чем разработка любой программы, требовали высокоэффективного кода.
Для облегчения кодирования был разработан машинно-ориентированный язык Ассемблера, который позволял записывать машинные команды в символическом виде. Язык Ассемблера зависел от системы команд конкретного компьютера. Он был достаточно удобен для программирования небольших задач, требующих максимальной скорости выполнения.
Однако крупные проекты разрабатывать на языке Ассемблера было трудно. Главная проблема состояла в том, что программа, написанная на Ассемблере, привязана к архитектуре конкретного компьютера и не могла быть перенесена на другие машины. При усовершенствовании компьютера все программы на Ассемблере приходилось переписывать заново.
Почти сразу с возникновением компьютеров были разработаны языки высокого уровня, т.е. языки, не зависящие от конкретной архитектуры. Для выполнения программы на языке высокого уровня её нужно сначала перевести на язык машинных команд. Специальная программа, выполняющая такой перевод, называется транслятором или компилятором.
Оттранслированная программа затем выполняется непосредственно компьютером. Существует также возможность перевода программы на промежуточный язык, не зависящий от архитектуры конкретного компьютера, но, тем не менее, максимально приближенный к языку машинных команд.
Затем программа на промежуточном языке выполняется специальной программой, которая называется интерпретатором. Возможен также вариант компиляции “на лету”, когда выполняемый фрагмент программы переводится с промежуточного языка на язык машинных команд непосредственно перед выполнением.
В середине 50-х годов под руководством Джона Бэкуса для фирмы IBM был разработан алгоритмический язык программирования высокого уровня FORTRAN. Несмотря на то, что уже существовали разработки языков, выполняющие преобразование арифметических выражений в машинный код, создание языка FORTRAN (FORmula TRANslator), предоставляющего возможность записи алгоритма вычислений с использованием условных операторов и операторов ввода/вывода, стало точкой отсчета эры языков программирования высокого уровня.
Как альтернатива языку FORTRAN, первоначально ориентированному на архитектуру IBM, под руководством Питера Наура в конце 50-х годов был разработан язык ALGOL (ALGOrithmic Language). Основной целью, преследуемой разработчиками этого языка, была независимость от конкретной архитектуры вычислительной системы.
Кроме того, создатели языка ALGOL стремились разработать язык, удобный для описания алгоритмов и применяющий систему обозначений, близкую к той, что принята в математике. Языки FORTRAN и ALGOL были первыми языками, ориентированными на программирование вычислений.
В конце 60-х годов под руководством Найарда и Дала был разработан язык Simula-67, использующий концепцию пользовательских типов данных. Фактически это первый язык, применяющий понятие классов.
В середине 70-х годов Вирт предложил язык Pascal, который сразу стал широко использоваться. В это же время по инициативе Министерства обороны США началась работа по созданию языка высокого уровня, получившего название Ada – в честь Ады Лавлейс, программистки и дочери лорда Байрона.
Создание языка началось с определения требований и выработки спецификаций. Над проектом работали четыре независимые группы, но все они использовали как основу язык Pascal. В начале 80-х годов был разработан первый промышленный компилятор языка Ada.
Универсальный язык программирования С был разработан в середине 70-х годов Денисом Ритчи и Кеном Томпсоном. Этот язык стал популярным языком системного программирования и в свое время использовался для написания ядра операционной системы UNIX.
Стандарт языка С начал разрабатываться рабочей группой института стандартов ANSI в 1982 году. Международный стандарт языка С принят в 1990 году. Язык С лег в основу разработки языков программирования C++ и Java.
Язык С позволил реально избавиться от Ассемблера при создании операционных систем. Например, практически весь текст операционной системы Unix написан на языке Си и, таким образом, не зависит от конкретного компьютера.
Главным достоинством Си является его простота и отсутствие псевдонаучных решений. Просто и ясно описан механизм передачи параметров в функцию (только по значению). Программист, создающий программу на Си, всегда четко понимает, как эта программа будет выполняться.
Понятие указателя, статические и автоматические (стековые) переменные языка Си максимально близко отражают устройство любого современного компьютера, поэтому программы на Си эффективны и удобны для отладки.
В настоящее время подавляющая часть программ пишется на языках Си и C++. Интерфейс любой операционной системы (так называемый API – Application Program Interface), т.е. набор системных вызовов, предназначенных для разработчиков прикладных программ, как правило, представляет собой набор функций на языке Си.
Наряду с алгоритмическими языками параллельно развивались и языки, предназначаемые для обработки деловой информации, а также языки искусственного интеллекта. К первым относится язык COBOL (COmmon Business Oriented Language), а ко вторым – языки LISP (LISt Processing) и Prolog.
Язык LISP, разработанный в 60-х годах под руководством Дж. Маккарти, был первым функциональным языком обработки списков, который нашел широкое применение в теории игр.
Системы программирования как неотъемлемая часть ЭВМ
1.1. Определение системы программирования
Неотъемлемая часть современных ЭВМ – системы программного обеспечения, являющиеся логическим продолжением логических средств ЭВМ, расширяющим возможности аппаратуры и сферу их использования. Система программного обеспечения, являясь посредником между человеком и техническими устройствами машины, автоматизирует выполнение тех или иных функций в зависимости от профиля специалистов и режимов их взаимодействия с ЭВМ. Основное назначение программного обеспечения – повышение эффективности труда пользователя, а также увеличение пропускной способности ЭВМ посредством сокращения времени и затрат на подготовку и выполнение программ. Программное обеспечение ЭВМ можно подразделить на общее и специальное программное обеспечение.
Общее программное обеспечение реализует функции, связанные с работой ЭВМ, и включает в себя системы программирования, операционные системы, комплекс программ технического обслуживания. Специальное программное обеспечение включает в себя пакеты прикладных программ, которые проблемно ориентированы на решение вполне определенного класса задач.
Системой программирования называется комплекс программ, предназначенный для автоматизации программирования задач на ЭВМ (2, 569). Система программирования освобождает проблемного пользователя или прикладного программиста от необходимости написания программ решения своих задач на неудобном для него языке машинных команд, и предоставляют им возможность использовать специальные языки более высокого уровня. Для каждого из таких языков, называемых входными или исходными, система программирования имеет программу, осуществляющую автоматический перевод (трансляцию) текстов программы с входного языка на язык машины. Обычно система программирования содержит описания применяемых языков программирования, программы-трансляторы с этих языков, а также развитую библиотеку стандартных подпрограмм. Важно различать язык программирования и реализацию языка.
Язык программирования – это набор правил, определяющих систему записей, составляющих программу, синтаксис и семантику используемых грамматических конструкций. Реализация языка – это системная программа, которая переводит (преобразует) записи на языке высокого уровня в последовательность машинных команд.
1.2 Классификация систем программирования
По набору входных языков различают системы программирования одно- 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 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.
1.3 Средства создания программ
В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования нужно иметь следующие компоненты.
1. Текстовый редактор . Так как текст программы записывается с помощью ключевых слов, обычно происходящих от слов английского языка, и набора стандартных символов для записи всевозможных операций, то формировать этот текст можно в любом редакторе, получая в итоге текстовый файл с исходным текстом программы. Лучше использовать специализированные редакторы, которые ориентированы на конкретный язык программирования и позволяют в процессе ввода текста выделять ключевые слова и идентификаторы разными цветами и шрифтами. Подобные редакторы созданы для всех популярных языков и дополнительно могут автоматически проверять правильность синтаксиса программы непосредственно во время ее ввода.
2. Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в машинный код. Исходный текст программы состоит, как правило, из нескольких модулей (файлов с исходными текстами). Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом , которые затем требуется объединить в одно целое. Кроме того, системы программирования, как правило, включают в себя библиотеки стандартных подпрограмм (имеют расширение .LIB). Стандартные подпрограммы имеют единую форму обращения, что создает возможности автоматического включения таких подпрограмм в вызывающую программу и настройки их параметров.
3. Объектный код модулей и подключенные к нему стандартные функции обрабатывает специальная программа – редактор связей . Данная программа объединяет объектные коды с учетом требований операционной системы и формирует на выходе работоспособное приложение – исполнимый код для конкретной платформы. Исполнимый код это законченная программа, которую можно запустить на любом компьютер, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась. Как правило, итоговый файл имеет расширение .exe или .com.
4. В современных системах программирования имеется еще один компонент – отладчик , который позволяет анализировать работу программы во время ее исполнения. С его помощью можно последовательно выполнять отдельные операторы исходного текста последовательно, наблюдая при этом, как меняются значения различных переменных.
5. В последние несколько лет в программировании (особенно для операционной среды Windows) наметился так называемый визуальный подход. Этот процесс автоматизирован в средах быстрого проектирования . При этом используются готовые визуальные компоненты, свойства и поведение которых настраиваются с помощью специальных редакторов. Таким образом, происходит переход от языков программирования системного уровня к языкам сценариев.