Файл: Классификация языков программирования высокого уровняКлассификация языков программирования высокого уровня языков программирования.pdf

Введение

1. Существует множество классификаций языков программирования по различным критериям. Самое простое деление – на языки высокого и низкого уровня.

Язык низкого уровня – это язык программирования, предназначенный для определенного типа компьютера и отражающий его внутренний машинный код; языки низкого уровня часто называют машинно-ориентированными языками. Их сложно конвертировать для использования на компьютерах с разными центральными процессорами, а также довольно сложно изучать, поскольку для этого требуется хорошо знать внутренние принципы работы компьютера.

Язык высокого уровня – это язык программирования, предназначенный для удовлетворения требований программиста; он не зависит от внутренних машинных кодов компьютера любого типа. Языки высокого уровня используют для решения проблем, и поэтому их часто называют проблемно-ориентированными языками. Каждая команда языка высокого уровня эквивалентна нескольким командам в машинных кодах, поэтому программы, написанные на языках высокого уровня, более компактны, чем аналогичные программы в машинных кодах.

Другая классификация делит языки на вычислительные и языки символьной обработки. К первому типу относят ФОРТРАН, ПАСКАЛЬ, АЛГОЛ, БЕЙСИК, С, ко второму – ЛИСП, ПРОЛОГ, СНОБОЛ и др.

Классификация языков программирования по типам задач приведена в табл. 1.1

Таблица 1.1. Классификация языков программирования по типам задач

 

Тип задачи	Языки программирования
Задачи искусственного интеллекта	ЛИСП, ПРОЛОГ, Common Lisp, РЕФАЛ, Planner, QLisp
Параллельные вычисления	Fun, Apl, ML, SML, Occam, Actus, параллельный КОБОЛ, ОВС-АЛГОЛ, ОВС-ФОРТРАН
Задачи вычислительной математики и физики	Occam, Actus, параллельный КОБОЛ, ОВС-АЛГОЛ, ОВС-ФОРТРАН
Разработка интерфейса, программ-оболочек, систем	Forth, С, C++, АССЕМБЛЕР, МАКРОАССЕМБЛЕР, СИМУЛА-67,0 А К, Smalltalk, Java, РПГ
Задачи вычислительного характера	АЛГОЛ, ФОРТРАН, КОБОЛ, Ada, PL/1, БЕЙСИК, ПАСКАЛЬ
Оформление документов, обработка больших текстовых файлов, организация виртуальных трехмерных интерфейсов в Интернете, разработка БД	HTML, Perl, SQL, Informix 4GL, Natural, DDL, DSDL, SEQUEL

1.1 Процедурно-ориентированные языки применяются для записи процедур или алгоритмов обработки информации на каждом определенном круге задач. К ним относятся:

---

а) язык Фортран (Fortran), название которого происходит от слов Formulae Translation – «преобразование формул». Фортран представляет собой один из старейших языков программирования высокого уровня. Длительность его существования и применения можно объяснить простотой структуры данного языка;

б) язык Бейсик (Basic), который расшифровывается как Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code, что в переводе означает – «многоцелевой символический обучающий код для начинающих», разработан в 1964 г. как язык для обучения программированию;

в) язык Си (С), применяемый с 1970-х гг. как язык системного программирования специально для написания ОС UNIX. В 1980-е гг. на основе языка С был разработан язык C++, практически включающий в себя язык С и дополненный средствами объектно-ориентированного программирования;

г) язык Паскаль (Pascal), который назван в честь французского ученого Б. Паскаля, начал применяться с 1968–1971 гг. Н. Виртом. При создании Паскаль использовался для обучения программированию, но со временем стал широко применяться для разработки программных средств в профессиональном программировании.

1.2 Проблемно-ориентированные языки используются для решения целых классов новых задач, возникших в связи с постоянным расширением области применения вычислительной техники:

а) язык Лисп (Lisp – List Information Symbol Processing), который был изобретен в 1962 г. Дж. Маккарти. Первоначально он применялся как средство для работы со строками символов. Лисп употребляется в экспертных системах, системах аналитических вычислений и т. п.;

б) язык Пролог (Prolog – Programming in Logic), используемый для логического программирования в системах искусственного интеллекта.

Объектно-ориентированные языки развиваются и в настоящий момент. Большинство из этих языков являются версиями процедурных и проблемных языков, но программирование с помощью языков этой группы является более наглядным и простым. К наиболее часто употребляемым языкам относятся:

а) Visual Basic (~ Basic);

б) Delphi (~ Pascal);

в) Visual Fortran (~ Fortran);

r) C++ (~ C);

д) Prolog++ (~ Prolog).

Алгоритм, записанный на языке программирования, называется программой. В алгоритме обязательно должны быть предусмотрены все ситуации, которые могут возникнуть в процессе решения комплекса задач.

Эволюция языков программирования

2. 20-е годы XIX века. Предварительная запись порядка действий машины на перфокарте для последующей автоматической реализации вычислений – программе (предложена Ч.Бэббиджем). Ада Лавлейс теоретически разработала некоторые приемы управления последовательностью вычислений, которые используются до сих пор.

---

40-е годы XX века. Создание программ на основе кодирования машинных команд (Грейс Мюрей Хоппер).

50-60-е годы. Роль программирования в машинных кодах уменьшается, появляются процедурные языки программирования высокого уровня (FORTRAN, ALGOL). Для преобразования команд в машинные коды используются трансляторы.

Середина 60-х годов. Создание специализированного языка программирования, состоящего из простых слов английского языка (BASIC), попытки создать универсальный язык (PL/1, АЛГОЛ-68).

Начало 70-х. Развитие идеи АЛГОЛА о структуризации разработки алгоритмов, создание Н. Виртом языка Паскаль. Создание языка АДА, предназначенного для создания и длительного сопровождения больших программных систем, допускающего возможность параллельной обработки, управления процессами в реальном времени и др.

1972 г. (Первая версия языка Си). Появление языка сочетающего черты языка высокого уровня с машинно-ориентированным языком, который допускает программиста ко всем машинным ресурсам.

В течение многих лет программное обеспечение строилось на основе операциональных и процедурных языков (Ассемблеры, Фортран, Бейсик, Паскаль, Ада, Си). По мере эволюции языков программирования широкое распространение получили и другие принципиально новые подходы к созданию программ непроцедурноепрограммирование: объектно-ориентированное программирование (языки Си++, Delphi, Visual Basic) и декларативное программирование. Декларативные языки делятся на логические (Пролог) и функциональные (Лисп). В настоящее время разработаны языки работающие в управляемом окружении, обеспечивающие высокую надежность и защищенность создаваемых программ (Java, C#, VB.net).

Классификация языков программирования

3.

 

Понятие о языках программирования высокого уровня

4. Языки программирования – это формальные языки специально созданные для общения человека с компьютером. Каждый язык программирования, равно как и "естественный язык" (русский, английский и т.д.) имеет:

• Алфавит – фиксированный для данного языка набор основных символов, допускаемых для составления текста программы на этом языке.
• Синтаксис – система правил, определяющих допустимые конструкции языка программирования.
• Семантика – система правил однозначного толкования отдельных языковых конструкций, позволяющих воспроизвести процесс обработки данных.

---

При описании языка и его применении используют понятия языка.

Понятие – некоторая синтаксическая конструкция и определяемые ею свойства программных объектов или процесса обработки данных.

Взаимодействие синтаксических и семантических правил определяет те или иные понятия языка, например, операторы, идентификаторы, переменные, функции и процедуры, модули и т.д. В отличие от естественных языков правила грамматики и семантики для языков программирования, как и для всех формальных языков, должны быть явно, однозначно и четко сформулированы.

Языки программирования, имитирующие естественные языки, обладающие укрупненными командами, ориентированными на решение прикладных содержательных задач, называются языками высокого уровня.

Язык программирования высокого уровня (high-level programming language).

5. Язык программирования, в который введены элементы, допускающие описание задачи в наглядном, легко воспринимаемом виде, упрощающие и автоматизирующие процесс программирования, управляющие конструкции и структуры данных .

ЯПВУ отражают естественные для человека понятия, а не архитектуру вычислительной системы. Поэтому программа, составленная на ЯПВУ , сначалатранслируется самой ЭВМ на машинный язык (низкого уровня), а затем выполняется.

В алфавит ЯПВУ могут входить буквы, цифры, математические символы и даже так называемые ключевые слова, например:

• if (если);
• then (тогда);
• else (иначе) и т. п.

Из исходных символов по правилам синтаксиса строятся предложения, обычно называемые операторами, например: if x 1 следует воспользоваться формулой у = х – 1.

Достоинства ЯПВУ

• Алфавит языка значительно шире машинного, что делает его гораздо более выразительным и существенно повышает наглядность и понятность текста.
• Набор операций, допустимых для использования, не зависит от набора машинных операций, а выбирается из соображений удобства формулирования алгоритмов решения задач определенного класса.
• Конструкции команд (операторов) отражают содержательные виды обработки данных и задаются в удобном для человека виде.
• Используется аппарат переменных и действий с ними.
• Поддерживается широкий набор типов данных.

Таким образом, языки программирования высокого уровня являются машинно-независимыми и требуют использования соответствующих программ-переводчиков (трансляторов) для представления программы на языке машины, на которой она будет исполняться.

---

5.1 Fortran. Первый компилируемый язык созданный Джимом Бэкусом в 50-е годы. Для этого языка было создано огромное количество библиотек, начиная от статических комплексов и кончая пакетами управления спутниками, поэтому Fortran продолжает активно использоваться во многих организациях, а сейчас ведутся работы над очередным стандартом Фортрана F2k, который появился в 2000 году. Имеется стандартная версия Фортрана HPF (High Perfomance Fortran) для параллельных супер компьютеров со множеством процессоров.

5.2 Cobol. Это компилируемый язык для применения в экономической области и решения бизнес-задач, разработанный в начале 60-х г. Он отличается большой "многословностью" – его операторы выглядят как обычные английские фразы. В Коболе были реализованы очень мощные средства работы с большими объемами данных, хранящимися на различных внешних носителях. На этом языке создано много различных приложений, которые активно эксплуатируются и сегодня. Достаточно сказать, что наибольшую зарплату в США получают программисты на Коболе.

5.3 Algol. Компилируемый язык, созданный в 1960 году. Он был призван заменить Фортран, но из-за более сложной структуры не получил широкого распространения. В 1968 году была создана версия Алгол68,по своим возможностям опережающая и сегодня многие языки программирования, однако из-за отсутствия достаточно эффективных компьютеров для нее не удалось своевременно создать хорошие компиляторы .

5.4 Pascal. Язык Паскаль, созданный в конце 70-х годов основоположником множества идей современного программирования Николаусом Виртом, во многом напоминает Алгол, но в нем ужесточен ряд требований к структуре программы и имеются возможности, позволяющие успешно применять его при создании крупных проектов.

5.5 Basic. Для этого языка имеются и компиляторы, и интерпретаторы , а по популярности он занимает первое место в мире. Он создавался в конце 60-х годов в качестве учебного пособия и очень прост в изучении.

5.6 C. Данный язык был создан в лаборатории Bell и первоначально не рассматривался как массовый. Он планировался для замены ассемблера, чтобы иметь возможность создавать столь же эффективные и компактные программы, и в то же время не зависеть от конкретного вида процессора.

5.7 C++. Это объектно-ориентированное расширения языка Си, созданное Бьярном Страуструпом в 1980 году. Множество новых мощных возможностей, позволивших резко увеличить производительность программистов, наложилось на унаследованную от языка Си определенную низкоуровневость, в результате чего создание сложных и надежных программ потребовало от разработчиков высокого уровня профессиональной подготовки.

---