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

Введение

В 50-е годы двадцатого века с появлением компьютеров на электронных лампах началось бурное развитие систем программирования. К сегодняшнему дню насчитывают несколько поколений систем программирования. Каждое из последующих поколений по своей функциональной мощности качественно отличается от предыдущего. С появлением персональных компьютеров системы стали составными частями интегрированных сред разработки. Появились системы, применяемые в различных офисных программах. В настоящее время системы программирования применяются в самых различных областях человеческой деятельности, таких как научные вычисления, системное программирование, обработка информации, искусственный интеллект, издательская деятельность, удаленная обработка информации, описание документов.

С течением времени одни системы развивались, приобретали новые черты и остались востребованы, другие утратили свою актуальность и сегодня представляют в лучшем случае чисто теоретический интерес.

Выбранная тема является актуальной, так как системы программирования - это универсальные средства работы с информацией. С их помощью можно решать вычислительные задачи, обрабатывать тексты, получать графические изображения, осуществлять хранение и поиск данных и т.д., в общем, делать все, что делают средства прикладного программного обеспечения - специализированные исполнители. Кроме того, сами эти средства (графические и текстовые редакторы, СУБД и др.) - это программы, написанные на языках программирования, созданные с помощью систем программирования.

Языки программирования претерпели большие изменения с тех пор, как в сороковых годах началось их использование. Они все еще продолжают изменяться и теперь даже быстрее, чем когда-либо ранее.

Даже при наличии десятков тысяч программ для IBM PC пользователям может потребоваться что-то такое, чего не делают (или делают, но не так) имеющиеся программы. В этих случаях следует использовать системы программирования, т.е. системы для разработки новых программ. Современные системы программирования для персональных компьютеров обычно предоставляют пользователю весьма мощные и удобные средства для разработки программ.

Если раньше языки программирования использовались лишь для создания программ для автоматизации вычислительных процессов, то на сегодняшний день они используются для решения более разнообразных задач.

Изучение истории языков программирования, их разнообразия и особенностей позволяет программисту сделать правильный выбор при выборе языка для решения определенной задачи.

Все многообразие языков программирования делят на различные классы в зависимости от решаемых ими задач. Было замечено, что в процессе развития языки программирования, входящие в один класс, сближаются между собой. Хотя само разнообразие классов увеличивается, т.к. увеличивается сфера задач, решаемых с помощью компьютерных технологий.

Цель работы: рассмотреть современные системы программирования.

Из поставленной нами цели вытекают следующие задачи:

1) определить термин «система программирования»;

2) выделить основные этапы развития языков программирования;

3) классифицировать системы программирования;

4) выделить основные компоненты систем программирования;

5) выделить требования к современным системам программирования;

6) выполнить обзор современных систем программирования.

При написании работы были проанализированы различные источники научно-технической литературы и статьи Интернет.

ГЛАВА 1. Основные понятия, эволюция, компоненты и классификация систем программирования

Определение термина «система программирования»

Неотъемлемая часть современных ЭВМ – системы программного обеспечения, являющиеся логическим продолжением логических средств ЭВМ, расширяющим возможности аппаратуры и сферу их использования. Система программного обеспечения, являясь посредником между человеком и техническими устройствами машины, автоматизирует выполнение тех или иных функций в зависимости от профиля специалистов и режимов их взаимодействия с ЭВМ. Основное назначение программного обеспечения – повышение эффективности труда пользователя, а также увеличение пропускной способности ЭВМ посредством сокращения времени и затрат на подготовку и выполнение программ. Программное обеспечение ЭВМ можно подразделить на общее и специальное программное обеспечение.

Общее программное обеспечение реализует функции, связанные с работой ЭВМ, и включает в себя системы программирования, операционные системы, комплекс программ технического обслуживания. Специальное программное обеспечение включает в себя пакеты прикладных программ, которые проблемно ориентированы на решение вполне определенного класса задач^[1].

Системой программирования называется комплекс программ, предназначенный для автоматизации программирования задач на ЭВМ. Система программирования освобождает проблемного пользователя или прикладного программиста от необходимости написания программ решения своих задач на неудобном для него языке машинных команд, и предоставляют им возможность использовать специальные языки более высокого уровня. Для каждого из таких языков, называемых входными или исходными, система программирования имеет программу, осуществляющую автоматический перевод (трансляцию) текстов программы с входного языка на язык машины. Обычно система программирования содержит описания применяемых языков программирования, программы-трансляторы с этих языков, а также развитую библиотеку стандартных подпрограмм. Важно различать язык программирования и реализацию языка.

Язык программирования – это набор правил, определяющих систему записей, составляющих программу, синтаксис и семантику используемых грамматических конструкций. Реализация языка – это системная программа, которая переводит (преобразует) записи на языке высокого уровня в последовательность машинных команд^[2].

• 1. Основные этапы развития языков программирования

Системы программирования различаются, прежде всего, тем, какой язык программирования они реализуют. В связи с этим мы сочли необходимым в первую очередь рассмотреть историю развития языков программирования (ЯП).

Под ЯП понимают правила представления данных и записи алгоритмов их обработки, которые автоматически выполняются ЭВМ. В более абстрактном виде ЯП. является средством создания программных моделей объектов и явлений внешнего мира.

Первые ЭВМ, созданные человеком, имели небольшой набор команд и встроенных типов данных, но позволяли выполнять программы на машинном языке. Машинный язык – единственный язык, понятный ЭВМ. Он реализуется аппаратно: каждую команду выполняет некоторое электронное устройство. Программа на машинном языке представляет собой последовательность команд и данных, заданных в цифровом виде^[3].

Этот этап в развитии языков программирования показал, что программирование является сложной проблемой, трудно поддающейся автоматизации, но именно программное обеспечение определяет в конечном счете эффективность применения ЭВМ. Поэтому на всех последующих этапах усилия направлялись на совершенствование интерфейса между программистом и ЭВМ – языка программирования.

Стремление программистов оперировать не цифрами, а символами, привело к созданию мнемонического языка программирования, который называют ассемблером. Этот язык имеет определенный синтаксис записи программ, в котором, в частности, цифровой код операции заменен мнемоническим кодом. Программа стала иметь более читаемую форму, но ее не понимала ЭВМ. Поэтому понадобилось создать специальную программу транслятор, который преобразует программу с языка ассемблера на машинном языке. Эта проблема потребовала, в свою очередь, глубоких научных исследований и разработки различных теорий, например, теорию формальных языков, которые легли в основу создания трансляторов. Практически любой класс ЭВМ имеет свой язык ассемблера. На сегодняшний день язык ассемблера используется для создания системных программ, использующих специфические аппаратные возможности данного класса ЭВМ.

Следующий этап характеризуется созданием языков высокого уровня (ЯВУ). Эти языки являются универсальными (на них можно создавать любые прикладные программы) и алгоритмически полными, имеют более широкий спектр типов данных и операций, поддерживают технологии программирования. На этих языках создается неисчислимое множество различных прикладных программ. Языки программирования высокого уровня делятся на несколько видов.

Среди принципиальных отличий ЯВУ от языков низкого уровня выделяют следующее:

• использование переменных;
• возможность записи сложных выражений;
• расширяемость типов данных за счет конструирования новых типов из базовых;
• расширяемость набора операций за счет подключения библиотек подпрограмм;
• слабая зависимость от типа ЭВМ^[4].

С усложнением ЯП усложняются и трансляторы для них. Теперь в набор инструментов программиста, кроме транслятора, входит текстовый редактор для ввода текста программ, отладчик для устранения ошибок, библиотекарь для создания библиотек программных модулей и множество других служебных программ. Все вместе это называется системой программирования. Наиболее яркими представителями ЯВУ являются FORTRAN, PL/1, Pascal, C, Basic, Ada.

Как можно заметить, было создано большое число языков одного класса. Каждый из разработчиков ЯВУ стремился создать самый лучший и самый универсальный язык, который позволял бы быстро получать самые эффективные, надежные и безошибочные программы. Однако в процессе этого поиска выяснилось, что дело не в самом языке, а в технологии его использования. Поэтому дальнейшее развитие языков стало определяться новыми технологиями программирования.

Одновременно с развитием универсальных ЯВУ стали развиваться проблемно-ориентированные языки программирования, которые решали экономические задачи (COBOL), задачи реального времени (Modula-2, Ada), символьной обработки (Snobol), моделирования (GPSS, Simula, SmallTalk), численно-аналитические задачи (Analitic) и другие. Эти специализированные языки позволяли более адекватно описывать объекты и явления реального мира, приближая язык программирования к языку специалиста в проблемной области^[5].

Другим направлением развития языков программирования является создание языков сверхвысокого уровня (ЯСВУ). С помощью языков программирования программист задает процедуру (алгоритм) получения результата по известным исходным данным, поэтому они называются процедурными языками программирования. На ЯСВУ программист задает отношения между объектами в программе, например, систему линейных уравнений, и определяет, что нужно найти, но не задает как получить результат. Такие языки еще называют непроцедурными, так как сама процедура поиска решения встроена в язык (в его интерпретатор). Такие языки используются, например, для решения задач искусственного интеллекта (Lisp, Prolog) и позволяют моделировать мыслительную деятельность человека в процессе поиска решений.

К непроцедурным языкам относят и языки запросов систем управления базами данных (QBE, SQL).

1.3 Основные компоненты системы программирования

Система программирования представляет собой совокупность реализации языка и окружающей её операционной среды – это базовые средства, доступные при работе на данном компьютере в данной системе.

Реализация же языка – это комплект программ, которым обеспечивается:

• поддержка операций с исходной программой: ввод, редактирование, сохранение текста; анализ синтаксических ошибок;
• подготовка синтаксически правильной программы к исполнению на конкретном вычислителе;
• поддержка на конкретном вычислителе всех возможных действий абстрактного вычислителя^[6].

Помимо этого, в реализацию языка могут входить другие программы, удовлетворяющие требования, логически связанные с вышеперечисленными.

Система программирования обязательно должна включать следующие компоненты:

1) Файловая система для хранения текста программ – как правило, это общая часть программного обеспечения для различных систем на данном компьютере.