Файл: Системы программирования (Основные понятия, эволюция, компоненты и классификация систем программирования).pdf

2) Редактор для ввода текста программы как последовательности символов и исправление её (текстовый редактор). При этом возможно как использование редактора, специализированного для составления программ на данном языке, так и универсального, предназначенного для набора различных текстов.

3) Транслятор для преобразования текста программы к виду, в котором она может исполняться, и указания ошибок, если преобразование не удаётся. Транслятором может быть не одна программа.

Существует два больших класса программ-трансляторов: компиляторы и интерпретаторы. При использовании компиляторов весь исходный текст программы преобразуется в машинные коды, и именно эти коды записываются в память микропроцессора. При использовании интерпретатора в память микропроцессора записывается исходный текст программы, а трансляция производится при считывании из памяти программ очередного оператора. Быстродействие интерпретаторов намного ниже по сравнению с компиляторами, так как при использовании оператора в цикле он транслируется многократно.

Применение интерпретатора может обеспечить выигрыш только в случае его разработки для ЯВУ. В этом случае может быть сэкономлена внутренняя память программ, а также облегчен процесс отладки программ (при применении языка программирования BASIC) или облегчен перенос программ с одного типа процессора на другой (при применении языка программирования JAVA).

При программировании на языке программирования ASSEMBLER применение интерпретатора приводит к проигрышу по всем параметрам, поэтому для языков программирования низкого уровня применяются только программы–компиляторы.

4) Библиотеки периода трансляции, которые используются в процессе преобразования программного текста, к примеру, для включения в него стандартизованных фрагментов (чтобы программисту не нужно было их повторять в своих программных текстах).

5) Библиотеки периода исполнения, содержащие программы стандартных действий абстрактного вычислителя (её еще называют библиотека поддержки языка). Они связывают язык в операционной средой.

6) Отладчик – программа, отслеживающая ход вычислений программ на данном языке. С его помощью можно последовательно выполнять отдельные операторы исходного текста по шагам, наблюдая при этом, как меняются значения различных переменных. Без отладчика разработать крупное приложение очень сложно.

Кроме перечисленных компонентов система программирования, как правило, включает в себя:

7) Пользовательские библиотеки, которые содержат программы на данном языке (в текстовом или преобразованном виде), используемые в составляемых программах для задания специальных вычислений (они зависят от среды программирования).

8) Редакторы внешних связей, собирающие программы из модулей.

9) Загрузчики.

10) Оптимизаторы, позволяющие автоматически улучшать программу, написанную на определённом языке.

11) Профилировщики, которые определяют, какой процент времени выполняется та или иная часть программы. Это позволяет выявить наиболее интенсивно используемые фрагменты программы и оптимизировать их (например, переписав на языке Ассемблера)^[7].

К информационному обеспечению системы программирования относятся различные структурированные описания языков, служебных программ, библиотек модулей и т.п. Без хорошего информационного обеспечения современные системы программирования работать не могут. Каждый пользователь неоднократно работал с этой компонентой системы программирования, нажимая функциональную клавишу F1 или выбирая из меню пункт Help (Помощь).

1.4 Классификация языков программирования

Исходя из вышесказанного, ЯП можно классифицировать по следующим признакам.

1. По степени ориентации на специфические возможности ЭВМ ЯП делятся на:

· машинно-зависимые;

· машинно-независимые.

К машинно-зависимым ЯП относятся машинные языки, ассемблеры и автокоды, которые используются в системном программировании. Программа на машинно-зависимом ЯП может выполняться только на ЭВМ данного типа. Программа на машинно-независимом ЯП после трансляции на машинный язык становится машинно-зависимой. Этот признак ЯП определяет мобильность получаемых программ (возможность переноса на ЭВМ другого типа).

2. По степени детализации алгоритма получения результата ЯП делятся на:

· языки низкого уровня;

· языки высокого уровня;

· языки сверхвысокого уровня.

3. По степени ориентации на решение определенного класса задач:

· проблемно-ориентированные;

· универсальные.

4. По возможности дополнения новыми типами данных и операциями:

· расширяемые;

· нерасширяемые.

5. По возможности управления реальными объектами и процессами:

· языки систем реального времени;

· языки систем условного времени.

6. По способу получения результата:

· процедурные;

· непроцедурные.

7. По типу решаемых задач:

· языки системного программирования;

· языки прикладного программирования.

8. Непроцедурные языки по типу встроенной процедуры поиска решений делятся на:

· реляционные;

· функциональные;

· логические.

Рассмотренная схема классификации позволяет каждому языку программирования присвоить один из признаков каждого класса^[8].

Машинный язык

В таких системах программирования отдельный компьютер имеет свой определённый машинный язык. Некоторые семейства ЭВМ (например, ЕС ЭВМ, IBM/370/ и др.) имеют единый машинный язык для ЭВМ разной мощности. В новых моделях ЭВМ намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно-аппаратным путём. Машинный язык является внутренним языком ЭВМ и представляет собой систему инструкций и данных, которые не требуют трансляции и могут непосредственно интерпретироваться и исполняться аппаратными средствами ЭВМ.

Системы символического кодирования

В данных системах используются языки символического кодирования, которые так же, как и машинные языки, 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 языках символического кодирования заменены символами (идентификаторами), 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 языков символического кодирования. 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

Существуют системы программирования, использующие языки, которые включают в себя все возможности языков символического кодирования, посредством расширенного введения макрокоманд они называются Автокоды. В различных программах встречаются некоторые достаточно часто использующиеся командные последовательности, которые соответствуют определённым 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 пу-тями расстановкой и генерированием. Развитые автокоды получили название Ассемблеры.

Макрос

В таких системах 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 макросопределяющий и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов – выдача выходного текста. Макрос одинаково может работать, как с программами, так и с данными^[9].

Машинно-независимые системы программирования

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. 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.

Процедурно-ориентированные системы

Входные языки программирования в таких системах служат для записи алгоритмов (процедур) обработки информации, характерных для решения задач определённого класса. Эти языки, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и чётко формулировать задачу получать результаты в требуемой форме. Процедурных языков очень много, например, Фортран, Алгол – языки созданные для решения математических задач;

Simula, Слэнг – для моделирования; Лисп, СНОБОЛ – для работы со списочными структурами.

Проблемно-ориентированные системы

Проблемно-ориентированные системы в качестве входного языка используют язык программирования с проблемной ориентацией. С расширением областей применения вычислительной техники возникла необходимость формализовать представления постановки и решения 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. Программы, составленные на основе этих языков программирования, записаны в терминах решаемой задачи и реализуются выполнением соответствующих процедур.

Диалоговые языки

Появление новых технических возможностей поставило задачу перед системными программистами создать программные средства, обеспечивающие оперативное взаимодействие человека с ЭВМ их назвали диалоговыми языками. Разрабатывались языки, которые кроме целей управления обеспечивали бы описание алгоритмов решения задач. Необходимость обеспечения оперативного взаимодействия с пользователем потребовала сохранения в памяти ЭВМ копии исходной программы даже после получения объектной программы в машинных кодах. При внесении изменений в программу система программирования с помощью специальных таблиц устанавливает взаимосвязь структур исходной и объектной программ. Это позволяет осуществить требуемые редакционные изменения в объектной программе.

Непроцедурные языки

Непроцедурные языки составляют группу языков, описывающих организацию данных, обрабатываемых по фиксированным алгоритмам (табличные языки и генераторы отчётов), и языков связи с операционными системами. Позволяя чётко описывать как задачу, так и необходимые для её решения действия, таблицы решений дают возможность в наглядной форме определить, какие условия должны выполняться, прежде чем переходить к какому-либо действию. Табличные методы легко осваиваются специалистами любых профессий. Программы, составленные на табличном языке, удобно описывают сложные ситуации, возникающие при системном анализе^[10].

ГЛАВА 2. Основные требования и обзор современных систем программирования

2.1 Основные требования к системам программирования

Рассмотрим главные требования, которые предъявляются к современной системе программирования.

1) Требование согласованности интерфейсов и непротиворечивости результатов работы компонентов этих систем. Именно это согласование превращает наборы системных программ в единую систему, нацеленную на решение своей основной задачи – поддержку единого процесса подготовки программ.