Языки программирования

Первые языки программирования возникли относительно недавно. Различные исследователи указывают в качестве времени их создания 20-е, 30-е и даже 40-е годы XX столетия.

Как и следовало ожидать, первые языки программирования, как и первые ЭВМ, были довольно примитивны и ориентированы на численные расчеты. Это были и чисто теоретические научные расчеты (прежде всего, математические и физические), и прикладные задачи, в частности, в области военного дела.

Программы, написанные на ранних языках программирования, представляли собой линейные последовательности элементарных операций с регистрами, в которых хранились данные.

Нужно отметить, что ранние языки программирования были оптимизированы под аппаратную архитектуру конкретного компьютера, для которого предназначались, и хотя они обеспечивали высокую эффективность вычислений, до стандартизации было еще далеко. Программа, которая была вполне работоспособной на одной вычислительной машине, зачастую не могла выполняться на другой.

Таким образом, ранние языки программирования существенно зависели от того, что принято называть средой вычислений и приблизительно соответствовали современным машинным кодам или языкам ассемблера.

Следующее десятилетие ознаменовалось появлением языков программирования так называемого "высокого уровня", по сравнению с ранее рассмотренными предшественниками, соответственно именуемыми низкоуровневыми языками.

При этом различие состоит в повышении эффективности труда разработчиков за счет абстрагирования от конкретных деталей аппаратного обеспечения. Одна инструкция (оператор) языка высокого уровня соответствовала последовательности из нескольких низкоуровневых инструкций, или команд. Исходя из того, что программа, по сути, представляла собой набор директив, обращенных к компьютеру, такой подход к программированию получил название императивного.

Физические принципы работы электронных устройств ЭВМ таковы, что компьютер может воспринимать команды, состоящие только из единиц и нулей, т. е. машинный код. На начальной стадии развития ЭВМ человеку было необходимо составлять программы на языке, понятном компьютеру, в машинных кодах. Каждая команда состояла из кода операций и адресов операндов, выраженных в виде различных сочетаний единиц и нулей.

Как показала в дальнейшем практика общения с компьютером, такой язык громоздок и неудобен. При пользовании им легко допустить ошибку, записав не в той последовательности 1 или 0. Программу очень трудно контролировать. Кроме того, при программировании в машинных кодах надо хорошо знать внутреннюю структуру ЭВМ, принцип работы каждого блока. И самое плохое в таком языке, что программирование в машинных кодах требует от программиста много времени, труда, повышенного внимания.

Это привело к необходимости найти такое средство, которое позволит более просто наладить общение человека и компьютера. И такое средство было найдено: различные символические языки и соответствующие им трансляторы (системы программирования).

Т ранслятор представляет собой программу, на основе которой машина преобразует вводимые в нее программы на машинный язык, поскольку вычислительная машина может выполнять программы, записанные только на языке машины, и алгоритмы, заданные на другом языке, должны быть перед их выполнением переведены на машинный язык.
Также система программирования может включать в себя:

• библиотеки стандартных подпрограмм,
• отладчик
• компоновщик
• и другие сервисные средства.

Алфавит и синтаксис языков программирования определяется исходя из стремления приблизить их к языку человека, но вместе с тем обеспечить возможность перевода записи алгоритма с языка программирования на машинный язык. В отличие от языка человека языкам программирования свойственна строгость синтаксических и семантических правил.

В мире насчитывается несколько сотен символических языков программирования различных структур и возможностей, которые могут быть классифицированы по различным признакам.

Главным квалификационным признаком языков и, следовательно, систем программирования является принадлежность к одному из оформившихся к настоящему времени стилей программирования, каждому из которых соответствует своя собственная модель вычислений.

Языки программирования
Процедурные	Функциональные	Логические	Объектно-ориентированные

Ведущими разработчиками систем программирования в настоящее время являются фирмы Microsoft и Borland International.

Процедурное (императивное) программирование является отражением архитектуры традиционных ЭВМ, которая была предложена Д. фон Нейманом в 40–х г.г.

Языком программирования называют систему обозначений, служащую в целях точного описания алгоритмов для ЭВМ или, по крайней мере, достаточную для автоматического нахождения такого алгоритма.

Программа на процедурном языке программирования состоит из последовательности операторов (инструкций), задающих те или иные действия. Одним из важнейших квалификационных признаков процедурных языков является их уровень, характеризующий степень близости языка программирования и машинного языка. За начало отсчета уровней принимается машинный язык, уровень которого равен нулю. Язык человека рассматривается как язык наивысшего уровня.

Среди процедурных языков выделяют в свою очередь структурные и операционные языки. В структурных языках одним оператором записываются целые алгоритмические структуры: ветвления, циклы и т.д. В операционных языках для этого используются несколько операций. Широко распространены следующие структурные языки: Паскаль, Си, Ада, ПЛ/1. Среди операционных известны Фортран, Бейсик, Фокал.

Языки общения с компьютером:

Низкого уровня:

· машинный: двоичный язык,

· шестнадцатеричный язык;

· язык детализированных схем программ;

· символический язык: язык Ассемблера, язык Макроассемблера.

Высокого уровня:

· универсальные: Фортран, Basic, Алгол, Кобол, ПЛ\1, Паскаль, Ада;

· специализированные.

Уровень языка программирования определяется смысловой емкостью его конструкций и его ориентацией на программиста – человека.

Двоичный язык - в настоящее время программистами не применяется
Шестнадцатеричный язык -упрощение за счет представления четырех двоичных цифр одной шестнадцатеричной. Используется в качестве дополнения к языкам высокого уровня для программирования критичных к времени выполнения фрагментов алгоритмов.
Язык детализированных схем программ – это не язык программирования, а язык представления алгоритмов при разработке программ, некогда широко используемый. В связи с низким уровнем этот язык в настоящее время на практике не применяется.

Язык Ассемблера - предназначен для представления в удобочитаемой символической форме программ, написанных на машинном языке.
Язык Макроассемблера - расширение языка Ассемблера. Позволяет определять и использовать новые, более мощные команды.
Фортран – первый и распространенный язык, был разработан в 1956 г. сотрудником формы IBM Дж. Бекусом (математик). Язык за несколько лет совершенствуется и в 1966 г. – Фортран – 66 – стандартизирован Американским национальным институтом стандартов (ANSI). Всем хорош Фортран, но все – таки сложен для многих пользователей, которым желательно прежде всего простота. И такой язык был изобретен на базе Фортрана – это Бейсик.

Язык Basic (Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code-многоцелевой язык символических инструкций для начинающих). Разработан в 1964 г. для использования новичками. Первоначально работа велась только в режиме интерактивной (диалоговой) интерпретации. В смысле строгости и стройности является антиподом языка Pascal. Несмотря на это, Basic очень популярен, в особенности на ПК. Существует множество его диалектов, несовместимых между собой. Современные диалекты Basic’а весьма развиты и мало чем напоминают своего предка.

Алгол – создан в 1960 г. (поэтому его иногда называют Алгол – 60). Развитием языка Алгол – 60 является Алгол – 68, созданный в Западной Европе Международной Федерацией. Версия Алгол – 68 обладала богатым набором средств, высокой строгостью и стройностью, но и большой сложностью. Ее реализация затянулась на долгие годы, в результате чего время было упущено и данный язык в некотором смысле, пережил самого себя – устарел, практически прекратив свое существование.

Кобол – общий язык, ориентированный на экономические применения, на обработку коммерческой информации, разработан в 1960 г. для применения в экономике и за период своего существования, как и многие языки, претерпевший ряд изменений. В настоящее время используются стандарты COBOL – 74, 85.

ПЛ\1 (PL/1) – этот язык является попыткой совместить все лучшее, что есть в Алголе и Коболе. Был создан на фирме IBM в 1966 – 67 г.г. в настоящее время практически не используется.

ПАСКАЛЬ (PASCAL) – этот язык является прямым развитием направления Алгола, он стал одним из наиболее популярных процедурных языков программирования среди прикладных программистов. Он разработан в 1970 г. швейцарским специалистом в области вычислительной техники профессором Н. Виртом, назван в честь французского математика Блеза Паскаля и, по замыслу автора, предназначался для обучения программированию. В настоящее время существует 3 PASCAL – стандарта:

британский стандарт BS6192: 1982 г.,
международный стандарт ISO 7185:1983г., идентичный предыдущему;
ANSI – стандарт

Язык Ada разработан в 1979 г. по заказу Министерства обороны США для использования во встроенных системах с управляющими ЭВМ, что требует режима поддержки режима реального времени. Назван в честь Августы Ады Лавлейс (дочери Байрона), которая была ассистентом Чарльза Бэббиджа и по праву считается первым в мире программистом. Рассматривается как универсальный язык программирования. Данный язык вводит строгую дисциплину программирования, что препятствует написанию “плохих программ”. Несмотря на достоинства, программистов отталкивает его громоздкость
Язык Logo разработан с целью обучения детей и используется в настоящее время. Отличается простотой, но весьма богатыми возможностями, среди которых процедуры, графические средства и т. д.;

Существующие универсальные языки моделирования GPSS, Симула, Симскрипт и другие, в сочетании с универсальными языками программирования, позволяют создавать специализированные пакеты моделирующих программ.

Язык С – первоначально разработан в начале 70–х гг. для реализации разработки систем, трансляторов, баз данных и других системных и прикладных программ, т.е. создавался не как учебный, а как инструментальный язык.

Modula – 2 – 1979 г. – создан Н. Виртом, но подобно С, в нем присутствуют низкоуровневые средства.

APL – был создан Иверсоном в 1969 г. и сразу получил широкое распространение. Основное его назначение – обработка массивов.

LOGO (ЛОГО) – с целью обучения детей в 1960 г. разработан и используется в настоящее время. Он отличается простотой, но весьма богатыми возможностями, среди которых процедуры, графическое средство и др. Создали С. Пейпер с коллегами из Массачусетского технологического института (США) – управление “черепахой” – программной моделью малого робота.

GPSS – общецелевая система моделирования

Непроцедрное программирование появилось в начале 70-х годов 20 века, но стремительное его развитие началось в 80-е годы, когда был разработан японский проект создания ЭВМ пятого поколения, целью которого явилась подготовка почвы для создания интеллектуальных машин. К непроцедурному программированию относятся Функциональные и Логические языки.

А.П. Ершов: “ Функциональное (аппликативное) программирование – это способ составления программ, в которых единственным действием является вызов функции…”

Функциональные языки программирования. Программа на таком языке представляет собой совокупность описаний функций и выражения, которые необходимо вычислить. Оно вычисляется посредством редукции (т. е. серии упрощений). Функциональное программирование не использует концепцию памяти как хранилища значений переменных. Операторы присваивания отсутствуют, вследствие чего переменные обозначают не области памяти, а объекта программы, что полностью соответствует понятию переменной в математике. Наличие стройной математической основы обеспечивает возможность использования алгебраических методов создания структуры, преобразования и исследования программ. Это в какой-то мере приближает их к описанию структуры мышления человека. (В функциональных языках программа описывает вычисление некоторой функции. Обычно эта функция задается как композиция других, более простых, те в свою очередь разлагаются на еще более простые и т.д. Один из основных элементов в функциональных языках - рекурсия, то есть вычисление значения функции через значение этой же функции от других элементов. Присваивания и циклов в классических функциональных языках нет.)

Примером функционального языка является язык LISP (List Processing-обработка списков) Разработан и реализован в Массачусетском технологическом институте в 1959 г. Рассматривается специалистами как основной язык программирования систем искусственного интеллекта.

Логическое программирование Логика и программирование долгое время были непересекающимися областями исследований. Только в 1973 впервые было опубликовано описание языка PROLOG (PROgramming in LOGic- программирование в терминах логики) Центральным понятием в логическом программировании является отношение. Программа представляет собой совокупность определений отношений между объектами и цели. В логическом программировании нужно только специфицировать факты, на которых алгоритм основывается, а не определять последовательность шагов, которые требуется выполнить. Логические программы отличаются принципиально низким быстродействием. Так как вычисления осуществляются методом проб и ошибок (посредством поиска с возвратами). В настоящее время для ПК существует около двух десятков реализации PROLOG’а, некоторые из которых оформлены в виде интегрированных сред.(В логических языках программа вообще не описывает действий. Она задает данные и соотношения между ними. После этого системе можно задавать вопросы. Машина перебирает известные и заданные в программе данные и находит ответ на вопрос. Порядок перебора не описывается в программе, а неявно задается самим языком. Классическим языком логического программирования считается Пролог. Построение логической программы вообще не требует алгоритмического мышления, программа описывает статические отношения объектов, а динамика находится в механизме перебора и скрыта от программиста.)

Объектно-ориентированное программирование. Корни объектно - ориентирования уходят в одну из ветвей логики, в которой первичной является не отношение, а объект. Прототипом объектно-ориентированного программирования явился язык SIMULA-67. Но оформилось оно в самостоятельный стиль программ ирония с появлением языка (SMALLTALK-1972 г.), первоначально предназначенного для реализаций функций машинной графики. Этот стиль программирования характеризуется богатыми графическими возможностями и средой программирования, развитой модульной структурой программ. Именно модульность упрощает разработку сложных программных продуктов. Как пример объектно-ориентированного языка можно назвать Visual Basic и Delfi.

Сейчас уже невозможно представить себе жизнь в мире ПК без Интернета. Язык гипертекстовой разметки- HTML (Hyper Text Markur Language) позволяет создавать программы, с помощью которых можно блуждать по Сети.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Изобретение языка программирования высшего уровня позволило нам общаться с машиной, понимать её (если конечно Вам знаком используемый язык), как понимает американец немного знакомый с русским языком древнюю азбуку Кириллицы. Проще говоря, мы в нашем развитии науки программирования пока что с ЭВМ на ВЫ. Поверьте мне это не сарказм вы только посмотрите как развилась наука программирования с того времени, как появились языки программирования, а ведь язык программирования высшего уровня, судя по всему ещё младенец. Но если мы обратим внимание на темпы роста и развития новейших технологий в области программирования, то можно предположить, что в ближайшем будущем, человеческие познания в этой сфере, помогут произвести на свет языки, умеющие принимать, обрабатывать и передавать информации в виде мысли, слова, звука или жеста. Так и хочется назвать это детище компьютеризированного будущего: “языки программирования "высочайшего" уровня”. Возможно, концепция решения этого вопроса проста, а ближайшее будущее этого проекта уже не за горами, и в этот момент, где нибудь в Запорожье, Амстердаме, Токио или Иерусалиме, перед стареньким 133MHz горбится молодой, никем не признанный специалист и разрабатывает новейшую систему искусственного интеллекта, которая наконец-то позволит человеку, с помощью своих машинных языков, вести диалог с машиной на ТЫ.

Размышляя над этим, хочется верить в прогресс науки и техники, в высоко - компьютеризированное будущее человечества, как единственного существа на планете, пусть и не использующего один, определенный разговорный язык, но способного так быстро прогрессировать и развивать свой интеллект, что и перехода от многоязыковой системы к всеобщему пониманию долго ждать не придется.

Завершить свой труд хорошо бы на такой оптимистичной ноте, но нет, напоследок хочется процитировать человека, фрагменты работы которого, в виде информации о языке Си, вам уже попадались на страницах этого текста:

Единственный способ изучать новый язык программирования – писать на нём программы.

Брайэн Керниган

Дата добавления: 2014-01-06