Файл: Классификация языков программирования высокого уровня(Основы программирования).pdf

Введение

В современном мире огромное значение имеет информация. Без нее трудно ориентироваться в обстановке и принимать правильные решения. Но информация не может существовать сама по себе. Те или иные сведения могут быть получены, сохранены, переданы и использованы только с помощью каких-то средств и методов.

Информационно-коммуникационные технологии можно отнести к технологическим средствам, и они направлены на подготовку личности информационного общества, формирования умений работать с информацией, развитие коммуникативных способностей, формирование исследовательских умений и навыков выбора оптимальных решений, обеспечения большим объемом качественной информации.

Социальная реальность очень быстро меняется, приобретает новых характеристик, которые в большинстве очень часто связаны с функционированием информационно-коммуникационных технологий и углублением глобализационных процессов. Логично, что такие изменения отражаются и в специфике теории информационного общества.

Компьютер является автоматом, который точно выполняет указания, составленные человеком. На начальном этапе решения задачи они представляются в виде алгоритма.

Примененный к решениям задач на электронно-вычислительной машине (ЭВМ) алгоритм представляет собой последовательность арифметических и логических действий над числовыми значениями в виде переменных, приводит к вычислению решений задачи при изменении исходных данных в достаточно широких пределах. Каждый алгоритм разбивает весь вычислительный процесс на отдельные этапы и содержит информацию как о действиях, которые надо выполнить в каждом из этапов, так и о порядке, в котором должны выполняться эти этапы. По алгоритму составляется программа. Процесс создания программ называется программированием. Программа ЭВМ - это описание алгоритма решения задачи с помощью алгоритмического языка. В ЭВМ она представлена набором машинных инструкций, с помощью которых закодирован алгоритм решения задачи или управления процессом.

Для того, чтобы компьютер "понял" указания программиста, он должен "общаться" с программистом на общем языке, который называют языком программирования.

На сегодняшний день в мире существуют сотни различных языков программирования, которые в общем можно разделить на языки программирования низкого (Asembler) и высокого уровня (Pascal, Basic, Delphi, C и т.д.).

Целью данной курсовой работы является исследование классификацию языков программирования высокого уровня.

Объект исследования – основы алгоритмизации и программирования.

Предмет исследования – языки программирования высокого уровня.

Основные задачи работы:

• Определить этапы решения задач с помощью ЭВМ;
• Исследовать развитие языков программирования;
• Исследовать классификации языков программирования;
• Определить классификацию языков программирования высокого уровня;
• Сделать обзор некоторых языков программирования высокого уровня (Basic, Java).

1. Основы программирования

1.1. Этапы решения задач с попомошью ЭВМ.

Со времени создания первой вычислительной машины прошло более шести десятилетий. За это время несколько раз менялась элементная база ЭВМ, уменьшились размеры и потребляемые мощности, увеличилась скорость вычислений, стало гораздо удобнее с ними работать. Внедрение и широкое использование средств вычислительной техники является одним из главных факторов ускорения научно-технического прогресса в любой стране мира. Стремительно возрастает роль ЭВМ во всех областях человеческой деятельности. Без использования быстродействующих ЭВМ немыслимо решение задач интенсификации экономического развития ведущих отраслей народного хозяйства [1].

Любая задача, прежде чем она может быть решена на ЭВМ, проходит подготовительный путь, который состоит из нескольких этапов.

Отдельные этапы решения задачи на ЭВМ взаимосвязаны: следующие этапы зависят от реализации предыдущих, после выполнения текущего этапа может потребоваться возврат к предыдущим этапам для их уточнения и поиска новых решений. [5]

Первый этап – формулирование задачи. На этом этапе специалист профессиональным языком формулирует задачи, определяет входные данные для его решения, дает четкие указания о результатах решения и формы, в которой они должны быть получены. Для этого этапа, согласно стандарту, входят следующие разделы: организационно-экономическая сущность задачи, описание входных и выходных данных, определение цели решения задачи, анализ ограничений на входные и выходные данные.

Второй этап – математическая формулировка задачи (математическое моделирование) включает в себя запись условий задачи с помощью формул, уравнений, неравенств, графиков, таблиц и т. Составить математическую модель задачи – это определить связь исходных данных с входными с помощью математических соотношений с учетом существующих ограничений на входные, промежуточные и выходные данные, единицы их измерения, диапазон изменения и тому подобное [3].

Математическая формулировка задачи завершается выбором метода ее решения.

Третий этап – составление алгоритма решения задачи, согласно выбранному методу решения.

Под алгоритмом понимают систему точно определенных действий и правил их выполнения, определяющих последовательность действий над некоторыми объектами, которые через конечное число шагов приводят нас от входных данных до получения результата решения задачи.

Четвертый этап – программирование, то есть запись составленного алгоритма на языке программирования. [3]

Пятый этап – тестирование и отладка программы – это проверка правильности работы программы на компьютере и исправления найденных в ней ошибок.

Тест – это специально подобранные входные данные задачи в совокупности с теми результатами, которые должна выдавать программа при обработке этих данных. При составлении тестов необходимо обеспечить проверку всех ветвей программы. Разработка теста для проверки работоспособности сложных программ является весьма непростой задачей. Поэтому для отладки программ, составленных той или иной программирования, существуют специальные программы-отладчика (debugger).

Шестой этап – вычисление (решение задачи) на компьютере составленной и отлаженной программой и анализ полученных результатов. Вычисления выполняются для некоторого набора реальных входных данных, а анализ полученных результатов может служить подтверждением (или отрицанием) правомерности всех предыдущих этапов подготовки задачи к решению. [8]

Следует заметить, что найденные на последнем этапе ошибки могут заставить разработчика программы или пользователя вернуться на такие предварительные этапы, как программирование, алгоритмизация или математическую формулировку задачи для уточнения в соответствии с программой или алгоритма решения задачи, или формулировка задачи с последующей проработкой соответствующих этапов ее решения.

1.2. Развитие языков программирования

Всякое знание, всякая теория становятся доступной для использования и развития (обществом или компьютером) через язык, как мысль становится понятной только после языкового выражения. Абстрагируясь от технических деталей, вся эволюция компьютерных систем в конечном итоге сводится к эволюции языков программирования так же, как эволюция цивилизации отражается в развитии человеческих языков.

Развитие языков программирования берет свое начало с XIX века. В то время английским ученым Чарльзом Бэббиджем была разработана механическая вычислительная машина, программу для которой разработала леди Ада Лавлейс, дочь лорда Байрона (в честь этой женщины назван язык программирования ADA). Однако языки программирования в современном понимании фактически начали развиваться с появлением электронной вычислительной машины [10].

Известно более 2500 языков программирования, взаимосвязь которых в процессе развития представляют в форме некоторой сети [1]. В упрощенной форме [2] структура языков программирования имеет вид, показанный на рис. 1, где явная, непосредственная связь отражена сплошной стрелкой, а побочное влияние - пунктирной.

Рис. 1. Фрагмент сети языков программирования

Язык программирования - это алгоритмический язык, предназначенная для записи алгоритма и данных для ЭВМ.

Независимо от того, на каком языке разработана программа, в компьютере выполняется только программа «машинной» языком, то есть подаваемой двоичными символами 0 и 1. Для первых ЭВМ сами программисты разрабатывали программы «машинными» языках. Но это была довольно сложная работа, которая требовала хорошего знания структуры и принципов взаимодействия устройств компьютера. Позже появились языки символьного кодирования, в которых команды подавались не двоичным кодом, а символами (например, ДОБАВИТЬ А В, по этой командой в число А добавлялось число В) [8].

Понятно, что разработка программ на языке символьного кодирования облегчает работу программиста. Преобразование символьного кода в машинные команды компьютер выполняет автоматически.

Затем в языки символьного кодирования начали включаться макрокоманды, которые реализуются последовательностью из нескольких машинных команд. Использование макрокоманд в языках символьного кодирования еще больше облегчило разработку программ. Разновидности языков символьного кодирования называют Автокоды, а также на языке ассемблера [11].

Следует отметить, что языки символьного кодирования оставались еще очень сложными. Они были доступны в основном профессиональным программистам, поскольку программирования на них требует специальных знаний, в том числе знания структурных особенностей ЭВМ. Такие языки получили название машинно-ориентированных, или низкого уровня. Практически каждый тип компьютера имел собственный язык программирования низкого уровня, что ограничивало обмен программами. Такие языки использовали системные программисты для разработки системного и прикладного программного обеспечения ЭВМ третьего поколения, сегодня с их помощью разрабатывают драйверы устройств современных компьютеров [18].

Уже на первых этапах развития вычислительной техники начались разработки языков программирования, доступных для широкого круга пользователей и не связанных с конкретной вычислительной машиной. Такие языки назвали языки высокого уровня. Первым таким языком, который получил широкое признание среди программистов мира, стал Фортран, разработанный в 1954 году в США. Этот язык близок к обычному языку алгебры и ориентирован на решение вычислительных задач. В 1960 году группа ученых разных стран разработала язык программирования Алгол-60, который также ориентирован на решение вычислительных задач, но его конструкции были более наглядными [19].

По степени зависимости от аппаратных средств различают языки низкого и высокого уровней.

С развитием и совершенствованием вычислительных машин расширялись и области их применения. Совершенствовались и развивались также языки программирования, как путем специализации, так и путем универсализации. Одним из первых специализированных языков был Кобол, разработанный в 1961 году и ориентирован на решение экономических задач.

Позже были разработаны десятки различных специализированных языков, например, Симула - язык моделирования, Лисп - язык для решения информационно-логических задач. Рапира - язык для решения учебных задач.

Итак, с одной стороны, потребности в решении различных задач, а с другой - совершенствование и появление новых вычислительных машин поставили новые требования к языкам программирования. Сущность этих требований заключалась в том, что они должны были обеспечить успешное решение различных задач человеческой деятельности при максимальном использовании возможностей, падают ЭВМ [18-20].

Языки программирования, которые в той или иной степени соответствуют всем указанным требованиям, относят к классу универсальных языков. Наиболее известными языками этого класса были язык ПЛ-1, разработанный в 1964 году, и язык Алгол-65. Впрочем, эти языки оказались достаточно сложными, кроме этого, язык ПЛ-1 не удовлетворяла требованию надежности написания программ. Затем получил распространение универсальный язык Pascal, разработанный специально для обучения программированию.

Особой популярностью во всем мире пользовался язык Бейсик. Он незаменим для решения простых задач, создания приложений в офисных программных средствах.

Языки объектно-ориентированного программирования (ООП) начали развиваться в конце XX века [1-5].

Сегодня они являются основными языками высокого уровня для профессионального программирования. Эти языки содержат конструкции, позволяющие описывать объекты и их классы, и которые имеют средства работы с абстрактными типами данных. К таким языкам относятся, в частности, C ++, Object Pascal, Java, C #.