Файл: История развития программирования в РОССИИ (Роль программирования в современном мире).pdf
Добавлен: 31.03.2023
Просмотров: 224
Скачиваний: 1
· высокое качество создаваемых программ (компактность и скорость выполнения);
· 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.
По степени автоматического программирования машинно-ориентированные языки подразделяются на классы[14].
Необходимо отметить, что отдельный компьютер имеет свой определенный Машинный язык (далее МЯ), ему предписывают выполнение указываемых операций над определяемыми ими операндами, поэтому МЯ является командным. Однако, некоторые семейства ЭВМ имеют единый МЯ для ЭВМ разной мощности. В команде любого из них сообщается информация о местонахождении операндов и типе выполняемой операции.
Кроме того в новых модулях ЭВМ[15] намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно - аппаратным путем реализовывать более сложные команды, приближающиеся по своим функциональным действиям к операторам алгоритмических языков программирования.
Языки Символического Кодирования[16] (далее ЯСК), так же, как и МЯ, 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 ЯСК заменены на символы (идентификаторы), форма написания которых помогает программисту легче запоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ и в значительной степени облегчает труд программиста.
Есть также языки, включающие в себя все возможности ЯСК, посредством расширенного введения макрокоманд - они называются Автокоды.
В разнообразных программах встречаются отдельные достаточно часто использующиеся командные последовательности, которые соответствуют определенным процедурам преобразования информации. Как правило, эффективная реализация таких процедур обеспечивается оформлением их в виде специальных макрокоманд и включением последних в язык программирования, доступный программисту.
Язык, которые является средством для замены последовательности символов описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ на более сжатую форму - называется Макрос (средство замены)[17].
Таким образом, Макрос предназначен в первую очередь для того, чтобы сократить запись исходной программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающий функционирование макросов, называется макропроцессором. На макропроцессор поступает макроопределяющий и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов- выдача выходного текста.
Одним из следующих видов языков является - машинно-независимые языки[18]. Они представляют средства описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Следуетотметить, что они достаточно удобны в использовании для широкого круга пользователей, кроме того не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ и ВС.
Данные языки приобрели название высокоуровневых языков программирования. Программы, которые составляются на таких языках, 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 МЯ.
Таким образом, командные последовательности (процедуры, подпрограммы), которые часть применяются 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.
По мере расширения областей применения вычислительной техники возникает необходимость формализовать представление постановки и решение новых классов задач[19]. Формируется необходимость создать такие языки программирования, которые, используя в данной области обозначения и терминологию, позволили бы описывать требуемые алгоритмы решения для поставленных задач, ими стали проблемно - ориентированные языки. Такие языки, ориентированные на решение определенных проблем, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и получать результаты в требуемой форме.
Кроме того для широкого круга задач были созданы универсальные языки: коммерческих, научных, моделирования и т.д. Первый универсальный язык был разработан фирмой IBM. Он позволяет работать с символами, разрядами, числами с фиксированной и плавающей запятой. Язык учитывает включенные во многие машины возможности прерывания и имеет соответствующие операторы.[20] Предусмотрена возможность параллельного выполнения участков программ. Появление новых технических возможностей поставило задачу перед системными программистами - создать программные средства, обеспечивающие оперативное взаимодействие человека с ЭВМ их назвали диалоговыми языками. Эти работы велись в двух направлениях[21]. Создавались специальные управляющие языки для обеспечения оперативного воздействия на прохождение задач, которые составлялись на любых раннее неразработанных (не диалоговых) языках. Разрабатывались также языки, которые кроме целей управления обеспечивали бы описание алгоритмов решения задач. Непроцедурные языки составляют группу языков, описывающих организацию данных, обрабатываемых по фиксированным алгоритмам (табличные языки и генераторы отчетов), и языков связи с операционными системами. Позволяя четко описывать как задачу, так и необходимые для её решения действия, таблицы решений дают возможность в наглядной форме определить, какие условия должны быть выполнены, прежде чем переходить к какому-либо действию[22]. Одна таблица решений, описывающая некоторую ситуацию, содержит все возможные блок-схемы реализаций алгоритмов решения. Программы, составленные на табличном языке, удобно описывают сложные ситуации, возникающие при системном анализе.
Таким образом, в рамках данной главы было изучение понятие «программирования», «язык программирования», а также классификация языков программирования.
ГЛАВА 2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ПРОГРАММИРОВАНИЯ.
2.1. Начальный этап развития программирования.
С глубокой древности известны попытки создать устройства, которые ускоряли и облегчали процесс вычислений. Так, еще древние греки и римляне применяли приспособление, подобное счетам, абак. Такие устройства были известны и в странах Древнего Востока. В XVM в. немецкие ученые В. Шиккард (1623), Г.Лейбниц (1673) и французский ученый Б. Паскаль (1642) создали механические вычислительные устройства - предшественники всем известного арифмометра. Вычислительные машины совершенствовались в течение нескольких веков. Но при этом не применялось понятие «программа и программирование»[23].
Лишь в начале XIX в. (1830) английский ученый, профессор математики Кэмбриджского университета Чарльз Бэббидж, проводя анализ результатов обработки переписи населения во Франции, теоретически исследовал процесс выполнения вычислений и обосновал основы архитектуры вычислительной машины. Работая над проектом аналитической машины - «Машины для исчисления разностей», Ч. Бэббидж предсказал многие идеи и принципы организации и работы современных ЭВМ, в частности принцип программного управления и запоминаемой программы. Общая увлеченность наукой дала ученому и Аде Лавлейс (1815-1852) долгие годы плодотворного сотрудничества. В 1843 г. она перевела статью Менабреа по лекциям Ч. Бэббиджа, где в виде подробных комментариев (по объему они превосходили основной текст) сформулировала главные принципы программирования аналитической машины. Она разработала первую программу (1843) для машины Бэббиджа, убедила его в необходимости использования в изобретении двоичной системы счисления вместо десятичной, разработала принципы программирования, предусматривающие повторение одной и той же последовательности команд при определенных условиях. Именно она предложила термины «рабочая ячейка» и «цикл». А. Лавлейс составила первые программы для решения системы двух уравнений и вычисления чисел Бернулли по довольно сложному алгоритму и предположила, что со временем аналитическая машина будет сочинять музыкальные произведения, рисовать картины и использоваться в практической и научной деятельности. Время подтвердило ее правоту и точность прогнозов. Своими работами А. Лавлейс заложила теоретические основы программирования и по праву считается первым в мире программистом и основоположником научного программирования.
В 1854 г. английский математик Джордж Буль опубликовал книгу «Законы мышления», в которой развил алгебру высказываний -Булеву алгебру[24]. На ее основе в начале 80-х гг. XIX в. построена теория релейно-контактных схем и конструирования сложных дискретных автоматов. Алгебра логики оказала многогранное влияние на развитие вычислительной техники, являясь инструментом разработки и анализа сложных схем, инструментом оптимизации большого числа логических элементов, из многих тысяч которых состоит современная ЭВМ.
Необходимо отметить, что идеи Ч. Бэббиджа были реализованы американским ученым Г. Холлеритом. Именно он с помощью построенной счетно-аналитической машины, а также перфокарт за три года обработал результаты переписи населения в США по состоянию на 1890 г. В машине впервые было использовано электричество[25]. В 1896 г. Холлеритом была основана фирма по выпуску вычислительных перфорационных машин и перфокарт.
2.2. Развитие программирования в 20ом веке.
В 1936 г. английский математик А. Тьюринг[26] ввел понятие машины Тьюринга. Она представляла собой формальное уточнение интуитивного понятия алгоритма. Ученый продемонстрировал, что любой алгоритм в некотором смысле может быть реализован на машине Тьюринга, а, следовательно, доказывал возможность построения универсальной ЭВМ. И та, и другая машины аналогично могут быть снабжены исходными данными решаемой задачи и программой ее решения. Машину Тьюринга можно считать как бы идеализированной моделью универсальной ЭВМ.
Уже в 40-х гг. XX в. механическая элементная база вычислительных машин стала заменяться электрическими и электронными устройствами. Первые электромеханические машины были созданы в Германии К. Цузе (Ц-3, 1941 г.) и в США под руководством профессора Гарвардского университета Г. Айкена (МАРК-1, 1944 г.). Первая электронная машина создана в США группой инженеров под руководством доктора Пенсильванского университета Дж. Мочли и аспиранта Дж. Экксрта (ЭНИАК - электронный числовой интегратор и калькулятор, 1946 г.). В 1949 г. в Англии была построена EDSAC - первая машина, обладающая автоматическим программным управлением, внутренним запоминающим устройством и другими необходимыми компонентами современных ЭВМ[27].
Логические схемы вычислительных машин были разработаны в конце 1940-х гг. Дж. фон Нейманом, Г. Гольдстайном и А. В. Берксом. Кроме того, определенный вклад в данную работу внес американский математик Джон фон Нейман, который принимал участие в создании ЭНИАК. Именно он высказал идею хранения команд управления и данных в машинной памяти, а также сформулировал основные принципы построения современных ЭВМ. ЭВМ с хранимой программой оказались более быстродействующими и гибкими, чем ранее созданные.
В 1951 г. в США было налажено первое серийное производство электронных машин УНИВАК (универсальная автоматическая вы-числительная машина). В это же время фирма IBM начала серийный выпуск машины IBM/701[28].
В СССР первыми авторами ЭВМ, изобретенной в декабре 1948 г., являются И. С. Брук и Б. И. Рамеев. А первая советская ЭВМ с сохраняющейся программой создана в 1951 г. под руководством С. А Лебедева (МЭСМ - малая электронная счетная маши-на). В 1953 г. в Советском Союзе начался серийный выпуск машин, первыми их которых были БЭСМ-1, «Стрела».
Следует отметить, что с появлением цифровых программно-управляемых машин родилась новая область прикладной математики - программирование. Она как область науки и профессия возникла в 1950-х гг. Первоначально программы составлялись вручную на машинных языках (в машинных кодах). Программы были громоздки, их отладка - очень трудоемка. Для упрощения приемов и методов составления и отладки программ были созданы мнемокоды. Они по структуре были близки к машинному языку, а также использовали символьную адресацию. Ассемблеры переводили программу, записанную в мнемокоде, на машинный язык и, расширенные макрокомандами, используются и в настоящее время. Далее были созданы автокоды, которые можно применять на различных машинах, и позволившие обмениваться программами. Под автокодом понимался набор псевдокоманд для решения специализированных задач, например научных или инженерных. Для таких задач имеется развитая библиотека стандартных программ.
До конца 1950-х гг. ЭВМ основным элементом конструкции были электронные лампы (1-е поколение). В этот период развитие идеологии и техники программирования шло за счет достижений американских ученых Дж. фон Неймана, сформулировавшего основные принципы построения ЭВМ, и Дж. Бэкуса, под руководством которого в 1954 г. был создан Fortran (Formula Translation) - первый язык программирования высокого уровня, используемый до настоящего времени в разных модификациях. Так, в 1965 г. в Дартмутском колледже Д. Кэмэни и Т. Куртцем была разработана упрощенная версия Фортрана - Basic. В 1966 г. комиссия при Американской ассоциации стандартов (ASA) разработала два стандарта языка: Фортран и Базисный Фортран. Используются также дальнейшие модификации языка (например 1970, 1990 гг.).