Файл: Обзор языков программирования высокого уровня (Виды языков программирования).pdf

Введение

Актуальность темы исследования.

Выбор темы «Обзор языков программирования высокого уровня» обусловлен тем, что сейчас, в эпоху цифрового поколения, языки программирования - это актуальная и перспективная область исследования и использования. Любой рынок состоит из процессов, методов поиска, сбора, хранения, обработки и предоставления различной информации. Совершенствование и быстрое развитие IT технологий приводит к появлению уникальных технологических инноваций, таких как: машинное обучение, автоматический сбор данных, монетизация бизнеса, автоматизация структуры рынка, развитие и внедрение искусственного интеллекта. Актуальность и перспективность этой темы заключается в том, что любая вычислительная техника работает по определенному алгоритму, каждый год появляются новые языки высокого и сверхвысокого уровней.

У меня появилась возможность проанализировать тенденции развития первоначальных этапов появления такого понятия, как “Язык программирования”.

Актуальность темы курсовой работы определила объект, цель и задачи исследования.

Объектом моего изучения является тема - «Языки высокого уровня».

Цель моей курсовой работы - изучить историю появления, тенденцию развития, разновидность и применяемость в нынешнее время.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- изучить теоретические основы и историю появления;

- исследовать общую концепцию языков программирования;

- провести анализ популярных и востребованных языков;

- подчеркнуть актуальность каждого языка и разобрать техническую сторону.

Теоретические исследования IT индустрии и новых тенденций в этой области проводятся как зарубежными, так и отечественными учеными и изобретателями. Большое внимание к исследуемой сфере проявляли такие специалисты, как Гавриков М. М., Иванченко А. Н., ими сформулированы теоретические основы разработки и реализации языков программирования.^[1]

Основные понятия и конструкции языков программирования рассматривает советский и российский учёный в области прикладной математики и вычислительной техники С.С. Лавров.

Зарубежные IT разработчики и ведущие специалисты известных IT компаний, внесшие свой вклад в развитие IT индустрии:

Конрад Цузе, Кэтлин Бус, Чарльз Адамс и Джек Гилмор в проекте Whirlwind МИТ, Джон Кемени, Томас Курц, Алан Кёртис Кэй, Адель Голдберг, Юкихиро Мацумото, Карл Глейзбрук, Шарль Бринчманн, Томас Лукка и Кристиан Соллер.

Информационной базой исследования послужили научные статьи, официальные данные по версии рейтинга TIOBE, материалы по основным определениям, опубликованные в научной литературе, периодической печати, и другие информационные источники.

Глава 1. История появления языков высокого уровня

Язык программирования – это искусственный язык, который был создан для общения человека непосредственно с компьютером. Это формальный язык, предназначенный для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, определяющих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель под её управлением.

Компьютер в свою очередь - это некая машина, способная выполнять различные действия в соответствии с заложенной в нее программой. Именно программа определяет возможность полезного применения ЭВМ. Благодаря возможности менять исполняемые программы, закладываемые в память машины без изменения ее электронной схемы, мы получаем удивительное свойство - универсальность, то есть способность одной и той же машины выполнять разные функции.^[2]

Первые программы для цифровых компьютеров писали в машинных двоичных кодах. С развитием индустриализации стало неудобно писать в программах длинный код, так как для всё более растущих и усложняющихся задач, например, для написания программного обеспечения военных или космических аппаратов, это оказалось долго и тяжело.

В связи с возникающей проблематикой начали появляться первые языки программирования, отличающиеся от ранее существовавших языков, которые были удобными для машины и фактически содержали двоичный код. Новые языки программирования становятся ближе к человеку, а не к машине.

Первое устройство, которое можно назвать программируемым - это шкатулка и Жаккардовый ткацкий станок (1804 г.). Далее следует появление математических абстракций и, наконец, появление первого, высокоуровневого языка в 1942-1945 годах.

История появления языков программирования начинается с машинного кода, т.е. использовались числовые значения (0;1), позже, для облегчения работы программистов и для возможности выполнения новых целей, был разработан язык Ассемблер в 50-ых годах (использование аббревиатур и коротких команд). Машинный код и Ассемблер были схожи, и их относят к низкоуровневым языкам.

Программы, написанные на Ассемблере, не могли обрабатываться процессором самостоятельно, поэтому был создан Транслятор - это программа, которая преобразует текст, написанный на определенном языке программирования, в программу на машинном языке.

Это стало началом эволюционного развития языков высокого уровня, большая часть из них используется сейчас, не только для написания различных программ, Обработки списков, Хранения данных и Научных вычислений, но и для написания Искусственного Интеллекта.

1.1 Виды языков программирования

Язык программирования — это фиксированная система обозначений и правил, предназначенная для описания алгоритмов и структур данных.

Все языки программирования делятся на два основных вида — языки низкого и высокого уровня, но различают также следующие виды языков программирования:

Полнофункциональные языки

1. Объектно-ориентированнные (Парадигма программирования, в которой основными концепциями являются понятия объектов и классов. Вместо классов используются объекты-прототипы).
2. Структурные (Методология разработки программного обеспечения, в основе которой лежит представление программы в виде иерархической структуры блоков).
3. Процедурные (Программирование на императивном языке, при котором последовательно выполняемые операторы можно собрать в подпрограммы).
4. Логические (Логическое программирование основано на теории и аппарате математической логики с использованием математических принципов резолюций).
5. Аспектно - Ориентированные (Парадигма программирования, основанная на идее разделения функциональности для улучшения разбивки программы на модули).
6. Функциональные (Раздел дискретной математики и парадигма программирования, в которой процесс вычисления трактуется, как вычисление значений функций в математическом понимании).
7. Мультипарадигменные (Как правило, язык программирования, который был разработан специально, как инструмент мультипарадигмального программирования, то есть изобразительные возможности которого изначально предполагалось унаследовать от нескольких, чаще всего неродственных языков).

Неполнофункциональные

1. Эзотерические (Язык программирования, разработанный для исследования границ возможностей разработки языков программирования, для доказательства потенциально возможной реализации какой-либо идеи (так называемое «доказательство концепции», англ. proof of concept).
2. Графические (Язык, предназначенный для написания программ машинной графики и пользования ими).
3. Символический язык, язык символического кодирования (Язык программирования, ориентированный на конкретные ЭВМ и основанный на кодировании машинных операций при помощи определенного набора символов).
4. Гибридный (Язык программирования, использующий также средства другого языка).
5. Базовый язык (Машинный язык, общий для семейства ЭВМ язык программирования в СУБД с автономным языком).
6. Общий язык (Машинный язык, общий для группы ЭВМ и используемых ими внешних устройств).

1.2 Языки программирования – «Серебряный век» PLANKALKUL (Планкалкюль)

Планкалкюль (Plankalkül) - первый в мире язык программирования высокого уровня. Его разработал немецкий инженер Конрад Цузе между1942 и 1946 годами для своего компьютера «Z4». В 2000 году в Свободном университете Берлина (Freie Universität Berlin) был создан более упрощенный интерпретатор его диалекта, но это не принесло ему популярности среди инженеров-программистов.

Любопытной особенностью языка Plankalkül являлась двумерная запись программы, что роднит его с некоторыми современными так называемыми эзотерическими языками (BeFunge и пр.) ^[3]

FORTRAN (Фортран)

Считается, что первый высокоуровневый язык, который нашел применение и, все еще, используется сейчас - это Fortran (Фортран). Создан в период с 1954 по 1957 годы под руководством Джона Бэкуса в корпорации IBM. Название расшифровывается как FORmula TRANslator, что означает - переводчик формул.

Новшества Фортрана ориентированы на современную архитектуру и современные технологии программирования, что обеспечивает современный стиль программирования и позволяет создавать мобильные, надежные и хорошо структурированные программы, а потому наглядные и лаконичные.

Написанная на Фортране программа - это последовательность операторов языка программирования. Операторы разделяются на выполняемых операторов и операторов, которые не участвуют в вычислениях и называются невыполняемыми.

Выполняемый оператор описывает действия, которые должны быть произведены программой.

Невыполняемые операторы описывают элементы программы, например данные или программные компоненты.

Ниже перечислены некоторые сильные стороны современного Фортрана.

• • • 1. Векторные операции (операции над целыми массивами и секциями массивов на поэлементной основе).
      2. Структуры данных (производные типы).
      3. Средства параметризации типов данных.
      4. Управляющие структурные конструкции (if – end if, do – end do, select case – end select).
      5. Операции и присваивания, определяемые в программе^[4].

COBOL ( Кобол)

Cobol - один из старейших представителей языков программирования, появился в 1959 году, разработчик - Грейс Хоппер. Главной целью этого языка была разработка бизнес приложений. К 1997 году кодом на Коболе обрабатывалось около 90 % финансовых транзакций в мире и 75 % коммерческих транзакций.

1.3 Языки программирования - “Золотой век”

Конец 60-х – начало 70-х годов: программирование получает широкое признание и становится популярным видом деятельности. Люди начали понимать серьезные перспективы использования программирования, стало возможным написать программу, которая сможет послать исследовательский аппарат в космос или океан, появляется возможность моделировать и строить приборы и конструкции, управлять отдельными процессами и высокотехнологичными производственными комплексами.

Формируется несколько языков, которые положили начало важным направлениям в программировании:

1. Algol
2. C/С++
3. Pascal
4. Simula
5. SmallTalk
6. LISP
7. SML

AlGOL

Программный язык, первоначально разработанный в середине 1950-х годов Фридрихом Людвигом Бауэром.

Язык Algol был предназначен для написания алгоритмов, а не для вычислений. Благодаря Алголу появилось само понятие «структурного программирования». Был разработан, чтобы избежать некоторых проблем с работой с Fortran и, в конечном итоге, породил множество других языков программирования. Прежде всего, это хорошо продуманный символический язык программирования, достаточно близкий к математическому языку.^[5]

С/С++

Компилируемый*, статически типизированный* язык программирования общего назначения, разработанный в 1969—1973 годах. Разработчик - Деннис Ритчи.

К 1973 году язык Си стал достаточно силён, и большая часть ядра UNIX, первоначально написанная на Ассемблере, была переписана на Си. Это было одно из самых первых ядер операционных систем, написанное на языке, отличном от Ассемблера.

Язык Си очень быстро менялся, разработчики дополняли его новыми функциями и особенностями. К 1983 году в язык были добавлены новые возможности, такие как виртуальные функции, перегрузка функций и операторов, ссылки, константы, пользовательский контроль над управлением свободной памятью, улучшенная проверка типов и новый стиль
комментариев (//).

Язык Cи - это язык относительно "низкого уровня". В такой характеристике нет ничего уничижительного, это просто означает, что язык Cи имеет дело с объектами того же вида, что и большинство ЭВМ, а именно с символами, числами и адресами. Объекты могут объединяться и пересылаться посредством обычных арифметических и логических операций, осуществляемых реальными ЭВМ^[6].