Файл: Современные языки программирования (Классификация языков программирования по уровням).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Язык программи́рования представляет собой формальную знаковую систему, предназначением которой является запись компьютерных программ.

На выбор темы курсовой работы повлиял тот факт, существует необходимость определения современных подходов и путей использования языков и средств программирования. На современном этапе развития компьютерных технологий практически все программы создаются с помощью языков программирования. Теоретически программу можно составить с помощью естественной человеческой речи, но автоматический перевод такой программы в машинный код пока невозможен по причине неоднозначности естественного языка.

В качестве объекта исследования курсовой работы взяты современные языки программирования.

Предмет исследования курсовой работы: анализ и классификация языков программирования.

Целью курсовой работы является изучение возникновения и развития языков программирования.

Задачи курсовой работы были сформулированы в соответствии с поставленной целью и состот в раскрытии таких вопросов, как:

• История развития языков программирования;
• Языки программирования, особенности и критерии отбора;
• Виды языков программирования;
• Классификация языков программирования по уровням;
• Языки программирования баз данных;
• Языки программирования для интернета.

При написании курсовой работы был проведен анализ последних исследований и публикаций. Отечественными учеными активно исследуются проблемы разработки и внедрения новейших языков программирования. За основу были взяты научные и учебные материалы, изданные начиная с 2010 года таких известных программистов, как И.Г. Головин, И.А. Волкова, Е.Р. Алексеев, О.В. Чеснокова, Т.В. Кучер, О.Л. Голицына, Т.Л. Партыка, И.И. Попов, Н. А. Давыдова, Е. В. Боровская, Е.Л. Федотова, А.А. Федотов.

Прикладная значимость курсовой работы определяется тем, что в работе дана классификация наиболее используемых языков программирования.

В первой главе курсовой работы рассмотрена история создания языков программирования и определены критерии и предпосылки отбора языков программирования. Вторая глава посвящена классификации языков програмирования в зависимости от видов и назначения.

1. Развитие и содержание языков программирования

1.1 История развития языков программирования

На заре истории создания языков программирования единственным средством общения компьютера и человека был машинный код. Важнейшим достижением был тот факт, что создателям языков программирования удалось заставить компьютер переводить все эти языки на машинный код.

В 40-х годах, когда Грейс Хоппер еще только думала о работе под началом Джона Моучли, последний разработал систему Short Code. Это был уже язык программирования высокого уровня. Программист записывал задачу в виде определенных математических формул, а затем с помощью специальной таблицы переводил последовательно один символ за другим, преобразовывая формулы в двухлитерные коды. Далее специальная компьютерная программа, в свою очередь, преобразовывала их в двоичный машинный код.^[1]

В 1951 году на основе разработок своего шефа Хоппер впервые в мире создала компилятор и ввела данный термин. Компилятор Хоппер выполнял функцию объединения команд и в процессе трансляции организовывал особым образом подпрограммы, выделял память компьютера, преобразовывал команды высокого уровня, в то время это были псевдокоды, в машинные команды.^[2]

В середине 50-х появились языки программирования нового типа, которые стали выполнять роль посредника между программистом и машиной.

Первый, который получил наибольшее распространение, был Фортран. Первую версию этого языка разработала группа программистов фирмы IBM в 1954 году. В середине 60-х сотрудники Дартмутского колледжа Джон Кемени и Томас Курц создали специализированный язык BASIC, состоявший из самых простых слов английского языка.

В начале 60-х годов языки программирования высокого уровня можно было по пальцам перечесть, но прошло совсем немного времени, и их количество достигло трех тысяч. Предпринимались многие попытки преодолеть «разноголосицу» и создать универсальный язык.

Первым удачным вариантом стал Programm Language One (PL/I). Затем появился ALGOL (ALGOrithmic Language - алгоритмический язык), предназначенный для записи алгоритмов. Представлявших собой последовательность процедур, которые применялись для решения определенных задач.^[3]

Развитие идеи ALGOL о структуризации алгоритмов получило наивысшее отражение в начале 70-х годов, когда разрабатывался язык Паскаль. История создания его отличается тем, что швейцарский ученый Никлаус Вирт изначально разрабатывал его исключительно как учебный. И он по сей день является одним из основных языков обучения программированию в школах и высших учебных заведениях.^[4]

Навести порядок в хаосе трансляторов и учредить комитет, который бы разработал один универсальный язык, решил Пентагон в 1975 году. Новый язык получил название АDА.^[5]

В истории языков программирования большое место принадлежит языку Си (1972), который стал очень популярным среди разработчиков систем ПО. История создания языка Си объединяет черты как машинно-ориентированного языка, так и языка высокого уровня, что открывает программисту допуск ко всем машинным ресурсам. Данную возможность не обеспечивали ни Бейсик, ни Паскаль.^[6]

Принципиально новое направление связано с методологиями или, как еще говорят, парадигмами, так называемого непроцедурного программирования. К ним относятся также декларативное и объектно-ориентированное программирование.

Объектно-ориентированный язык формирует окружение как множество независимых объектов, каждый из которых ведет себя, как отдельный компьютер. Эти объекты можно применять для решения задач в качестве неких «черных ящиков», не вникая в механизмы их функционирования. Среди профессионалов больше всех популярен Си++, а для более широкого круга предпочтительны Delphi и Visual Basic.^[7]

Непосредственно в машинных кодах, а основным носителем информации были перфокарты и перфоленты. Программисты должны были знать архитектуру машины досконально.

Программы были довольно простыми, что было обусловлено, во-первых, всем ограниченными возможностями этих машин, и, во-вторых, большой сложностью разработки и, главное, отладки программ непосредственно на машинных языках. Вместе с тем такой способ разработки давал программисту просто огромную власть над системой. Появлялась возможность таких хитрых алгоритмов и способов организации программ, которые и не снились современным разработчиками.^[8]

Ассемблер. Первым значительным шагом стал переход к языку ассемблера. Программисту не надо было больше погружаться к способам кодирования команд на аппаратном уровне. Более того, обычно одинаковые по сути команды кодировались совершенно разными способами в зависимости от своих свойств. Появилась также возможность использования макросов и меток, что также упрощало создание, модификацию и отладки программ.^[9]

В 1954 году в недрах IBM группой разработчиков во главе с Бэкус (John Backus) был создан язык программирования Fortran. Это первый шаг программирования высокого уровня. Впервые программист мог по-настоящему абстрагироваться от особенностей машинной архитектуры. Язык Фортран использовался и используется на сегодняшний день для научных вычислений.^[10]

В нем отсутствуют привычные языковые конструкции, семантическая проверка компилятором, поддержка современных способов структурирования кода и данных.

В 1960 году был создан язык программирования Cobol. Он задумывался как язык для создания коммерческих приложений, и он стал таким. На Cobol написаны тысячи прикладных коммерческих систем. Отличительной особенностью языка является возможность эффективной работы с большими массивами данных, что характерно именно для коммерческих прикладных задач.

PL / 1. В 1964 году все та же корпорация IBM создала язык PL / 1, которая была призвана заменить Cobol и Фортран. Язык имел исключительное разнообразие синтаксических конструкций. В нем впервые появилась обработка исключительных ситуаций и поддержка параллелизма. Надо отметить, что синтаксическая структура языка была крайне сложной. Язык так и не стал популярным вне мира IBM.

В 1963 году Дартмурским колледжем (Dartmouth College) был создан язык программирования BASIC (Beginners 'All-Purpose Instruction Code - многоцелевая речь символических инструкций для начинающих).

Язык задумывался в первую очередь как средство обучения и как первый язык программирования, который изучался. Его преимуществом было то, что он легко интерпретируется и компилируется.^[11]

Надо сказать, что BASIC действительно стал языком, на котором учатся программировать. Было создано несколько мощных реализаций BASIC, поддерживающих самые современные концепции программирования, к примеру Microsoft Visual Basic.

В 1960 году командой во главе с Петером Науру (Peter Naur) был создан язык программирования Algol. Этот язык дал начало целому семейству Алгол-подобных языков (важнейший представитель - Pascal).

В 1968 году появилась новая версия языка. Она не нашла такого широкого практического применения, как первая версия, но была весьма популярна в кругах теоретиков. Язык был достаточно интересен, поскольку обладал многими уникальными на тот момент характеристиками.

В 1970 году Никлаусом Виртом был создан язык программирования Pascal. Язык замечателен тем, что это первый широко распространенный язык для структурного программирования.^[12]

Впервые оператор безусловного перехода перестал играть основополагающую роль при управлении порядком выполнения операторов. В этом языке также внедрена строгая проверка типов, что позволило выявлять многие ошибки на этапе компиляции. Отрицательной чертой языка было отсутствие в нем средств для разбиения программы на модули.

В 1972 году Керниганом и Ритчи был создан язык программирования C. Он создавался как язык для разработки операционной системы UNIX. В 1986 году Бьярн Страуструп создал первую версию языка C ++, добавив в язык C объектно-ориентированные черты, взятые из Simula, и исправив некоторые ошибки и неудачные решения языка. C ++ продолжает совершенствоваться и в настоящее время.

В 1998 году вышла новая (третья) версия стандарта, которая содержит в себе некоторые весьма существенные изменения. Язык стал основой для разработки современных больших и сложных проектов.

В 1995 году в корпорации Sun Microsystems Кеном Арнольдом и Джеймсом Гослингом был создан язык Java. Он наследовал синтаксис C и C ++ и был избавлен от некоторых неприятных черт последнего. Отличительной особенностью языка является компиляция в код некоей абстрактной машины, для которой затем пишется эмулятор (Java Virtual Machine) для реальных систем.^[13]

В 1983 году под эгидой Министерства Обороны США был создан язык Ada. Язык замечателен тем, что очень много ошибок может быть выявлено на этапе компиляции.^[14]

В 1995 году был принят стандарт языка Ada 95, которая развивает предыдущую версию, добавляя в нее обьекную ориентированность и исправляя некоторые неточности.^[15]

1.2 Языки программирования, особенности и критерии отбора

Язык программирования - формальная знаковая система, предназначенная для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, задающих внешний вид программы и действия, которые выполнит компьютер под ее управлением.^[16]

Со времени создания первых программируемых машин человечество придумало более двух с половиной тысяч языков программирования. Каждый год их количество увеличивается. Некоторыми языками умеет пользоваться только небольшое число их собственных разработчиков, другие становятся известны миллионам людей. Профессиональные программисты иногда применяют в своей работе более десятка разнообразных языков программирования.^[17]

Разработчики как по-разному толкуют понятие языка программирования. К наиболее распространенным утверждениям, признанных большинством разработчиками, относятся следующие: