Системы и языки программирования. Системное программирование, какой язык программирования выбрать

Введение ……………………………………………………………………....2

1 Язык и система программирования – понятие, сущность ……………….4

2 Классификация языков программирования……………………………….6

2.1 Машинно – ориентированные языки ………………………………....6

2.1.1 Машинные языки ………………………………………………...6

2.1.2 Языки символического кодирования …………………………...7

2.1.3 Автокоды …………………………………………………………8

2.1.4 Макрос …………………………………………………………….9

2.2 Машинно – независимые языки ………………………………………..9

2.2.1 Машинно – независимые языки …………………………………10

2.2.2 Универсальные языки ……………………………………………10

2.2.3 Диалоговые языки ………………………………………………...11

2.2.4 Непроцедурные языки ……………………………………………12

3 Современные языки и системы программирования ………………………13

3.1 Basic ………………………………………………………………………13

3.2 Pascal ……………………………………………………………………...14

3.3 Delphi ……………………………………………………………………..15

3.4 Fortran …………………………………………………………………….17

3.5 СиС++ …………………………………………………………………...18

3.6 Java………………………………………………………………………..20

Заключение ……………………………………………………………………..22

Список использованных источников...............................................................23

Введение

Прогресс компьютерных технологий определил процесс появления новых разнообразных знаковых систем для записи алгоритмов – языков программирования. Смысл появления такого языка – оснащенный набор вычислительных формул дополнительной информации, превращает данный набор в алгоритм. Язык программирования служит двум связанным между собой целям: он дает программисту аппарат для задания действий, которые должны быть выполнены, и формирует концепции, которыми пользуется программист, размышляя о том, что делать. Первой цели идеально отвечает язык, который настолько "близок к машине", что всеми основными машинными аспектами можно легко и просто оперировать достаточно очевидным для программиста образом. Второй цели идеально отвечает язык, который настолько "близок к решаемой задаче", чтобы концепции ее решения можно было выражать прямо и коротко. Связь между языком, на котором мы думаем/программируем, и задачами и решениями, которые мы можем представлять в своем воображении, очень близка. По этой причине ограничивать свойства языка только целями исключения ошибок программиста в лучшем случае опасно. Как и в случае с естественными языками, есть огромная польза быть, по крайней мере, двуязычным. Язык предоставляет программисту набор концептуальных инструментов, если они не отвечают задаче, то их просто игнорируют. Например, серьезные ограничения концепции указателя заставляют программиста применять вектора и целую арифметику, чтобы реализовать структуры, указатели и т.п. Хорошее проектирование и отсутствие ошибок не может гарантироваться чисто за счет языковых средств.Может показаться удивительным, но конкретный компьютер способен работать с программами, написанными на его родном машинном языке. Существует почти столько же разных машинных языков, сколько и компьютеров, но все они суть разновидности одной идей простые операции производятся со скоростью молнии на двоичных числах. Персональные компьютеры IBM используют машинный язык микропроцессоров семейства 8086, т.к. их аппаратная часть основывается именно на данных микропроцессорах. Можно писать программы непосредственно на машинном языке, хотя это и сложно. На заре компьютеризации(в начале 1950-х г.г.), машинный язык был единственным языком, большего человек к тому времени не придумал. Для спасения программистов от сурового машинного языка программирования, были созданы языки высокого уровня (т.е. немашинные языки), которые стали своеобразным связующим мостом между человеком и машинным языком компьютера. Языки высокого уровня работают через трансляционные программы, которые вводят "исходный код" (гибрид английских слов и математических выражений, который считывает машина), и в конечном итоге заставляет компьютер выполнять соответствующие команды, которые даются на машинном языке. Существует два основных вида трансляторов: интерпретаторы, которые сканируют и проверяют исходный код в один шаг, и компиляторы, которые сканируют исходный код для производства текста программы на машинном языке, которая затем выполняется отдельно.

1 Язык и система программирования – понятие, сущность

В настоящее время наблюдается стремительное развитие научной дисциплины, называемой программированием. При этом появляются не просто новые языки, появляются новые идеи, увеличивающие мощность и эффективность языков. Можно, не вдаваясь в подробности любого из существующих или только разрабатываемых языков, отметить следующую тенденцию: развитие языков идет в сторону повышения выразительности исходного текста программы. Это способствует сокращению размера программы и повышению ее надежности.

Для повышения выразительности языка необходимо, чтобы язык содержал средства для выражения абстрактных понятий. Это помогает сделать большие программы более простыми для понимания. Поэтому поддержка абстракций является обязательным условием для любого современного языка программирования. При этом базис языка (множество предоставляемых языком возможностей, смысловых конструкций) должен иметь минимальную мощность.

К наиболее общим понятиям, которыми оперирует программист при использовании конкретного языка программирования, относятся понятия программы и виртуальной машины. Программа должна удовлетворять требованиям (спецификациям) конкретного языка программирования и служит контейнером для хранения последовательности действий и множества данных. Виртуальная машина выступает в роли интерпретатора основных понятий, используемых в языке программирования и является средой существования программы. Все остальные абстракции, рассматриваемые в статье, группируются вокруг этих базовых абстракций.

В ряде случаев можно рассматривать процесс программирования как процесс моделирования. При этом создается программа-модель, способная реализовывать поведение оригинала, описываемого в постановке задачи. Поэтому в дальнейшем заменителем для понятия программа будет выступать понятие модель, а для понятия виртуальная машина - понятие моделирующая среда.

2 Классификация языков программирования

2.1 Машинно – ориентированные языки

Машинно – ориентированные языки – это языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Машинно –ориентированные языки позволяют использовать все возможности и особенности Машинно – зависимых языков:

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

Низкая скорость программирования;

Невозможность непосредственного использования программ,

составленных на этих языках, на ЭВМ других типов.

Машинно-ориентированные языки по степени автоматического программирования подразделяются на классы.

2.1.1 Машинный язык

Как я уже упоминал, в введении, 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 (например, ЕС ЭВМ, IBM/370/ и др.) имеют единый МЯ для ЭВМ разной мощности. В команде любого из них сообщается информация о местонахождении операндов и типе выполняемой операции.

В новых моднлях ЭВМ намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно – аппаратным путем реализовывать более сложные команды, приближающиеся по своим функциональным действиям к операторам алгоритмических языков программирования.

2.1.2 Языки Символического Кодирования

Продолжим рассказ о командных языках, Языки Символического Кодирования (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.

Использование символических адресов – первый шаг к созданию ЯСК. Команды ЭВМ вместо истинных (физических) адресов содержат символические адреса. По результатам составленной программы определяется требуемое количество ячеек для хранения исходных промежуточных и результирующих значений. Назначение адресов, выполняемое отдельно от составления программы в символических адресах, может проводиться менее квалифицированным программистом или специальной программой, что в значительной степени облегчает труд программиста.

2.1.3Автокоды

Есть также языки, включающие в себя все возможности ЯСК, посредством расширенного введения макрокоманд - они называются Автокоды.

В различных программах встречаются некоторые достаточно часто использующиеся командные последовательности, которые соответствуют определенным процедурам преобразования информации. Эффективная реализация таких процедур обеспечивается оформлением их в виде специальных макрокоманд и включением последних в язык программирования, доступный программисту. Макрокоманды переводятся в машинные команды двумя путями –расстановкой и генерированием. В постановочной системе содержатся «остовы» - серии команд, реализующих требуемую функцию, обозначенную макрокомандой. Макрокоманды обеспечивают передачу фактических параметров, которые в процессе трансляции вставляются в «остов» программы, превращая её в реальную машинную программу.

Язы́к программи́рования - 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 исполнитель (компьютер) под её управлением.

Со времени создания первых программируемых машин человечество придумало более двух с половиной тысяч языков программирования. Каждый год их число 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.

Создатели языков по-разному толкуют понятие язык программирования. К наиболее распространённым утверждениям, признаваемым большинством разработчиков, относятся следующие:

· Функция: язык программирования предназначен для написания компьютерных программ, которые применяются для передачи компьютеру инструкций по выполнению того или иного вычислительного процесса и организации управления отдельными устройствами.

· Задача: язык программирования отличается от естественных языков тем, что предназначен для передачи команд и данных от человека к компьютеру, в то время как естественные языки используются для общения людей между собой. Можно обобщить определение «языков программирования» - это способ передачи команд, приказов, чёткого руководства к действию; тогда как человеческие языки служат также для обмена информацией.

· Исполнение: язык программирования может использовать специальные конструкции для определения и манипулированияструктурами данных и управления процессом вычислений.

· 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 – 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.

Имеется два основных вида средств реализации языка: компиляторы и интерпретаторы.

Компилятор транслирует весь текст программы, написанной на языке высокого уровня, в ходе непрерывного процесса. При этом создается полная программа в машинных кодах, которую затем ЭВМ выполняет без участия компилятора.

Интерпретатор последовательно анализирует по одному оператору программы, превращая при этом каждую синтаксическую конструкцию, записанную на языке высокого уровня, в машинные коды и выполняя их одна за другой. Интерпретатор должен постоянно присутствовать в зоне основной памяти вместе с интерпретируемой программой, что требует значительных объемов памяти.

Следует заметить, что любой язык программирования может быть как интерпретируемым, так и компилируемым, но в большинстве случаев у каждого языка есть свой предпочтительный способ реализации. Языки Фортран, Паскаль в основном компилируют; язык Ассемблер почти всегда интерпретирует; языки Бейсик и Лисп широко используют оба способа.

Основным преимуществом компиляции является скорость выполнения готовой программы. Интерпретируемая программа неизбежно выполняется медленнее, чем компилируемая, поскольку интерпретатор должен строить соответствующую последовательность команд в момент, когда инструкция предписывает выполнение.

В то же время интерпретируемый язык часто более удобен для программиста, особенно начинающего. Он позволяет проконтролировать результат каждой операции. Особенно хорошо такой язык подходит для диалогового стиля разработки программ, когда отдельные части программы можно написать, проверить и выполнить в ходе создания программы, не отключая интерпретатора.

По набору входных языков различают системы программирования одно- и многоязыковые. Отличительная черта многоязыковых систем состоит в том, что отдельные части программы можно составлять на разных языках и помощью специальных обрабатывающих программ объединять их в готовую для исполнения на ЭВМ программу.

Для построения языков программирования используется совокупность общепринятых символов и правил, позволяющих описывать алгоритмы решаемых задач и однозначно истолковывать смысл созданного написания. Основной тенденцией в развитии языков программирования является повышение их семантического уровня с целью облегчения процесса разработки программ и увеличения производительности труда их составителей.

По структуре, уровню формализации входного языка и целевому назначению различают системы программирования машинно-ориентированные и машинно-независимые.

Машинно-ориентированные системы программирования имеют входной язык, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Машинно-ориентированные системы позволяют использовать все возможности и особенности машинно-зависимых языков:

высокое качество создаваемых программ;
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.

Машинно-ориентированные системы по степени автоматического программирования подразделяются на классы:

1.Машинный язык. В таких системах программирования 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 (например, ЕС ЭВМ, IBM/370/ и др.) имеют единый МЯ для ЭВМ разной мощности. В команде любого из них сообщается информация о местонахождении операндов и типе выполняемой операции. В новых моделях ЭВМ намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно-аппаратным путем реализовывать более сложные команды, приближающиеся по своим функциональным действиям к операторам алгоритмических языков программирования.

2.Система Символического Кодирования. В данных системах используются Языки Символического Кодирования (далее ЯСК), которые 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 символами (идентификаторами), форма написания которых помогает программисту легче запоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ. Использование символических адресов – первый шаг к созданию ЯСК. Команды ЭВМ вместо истинных (физических) адресов содержат символические адреса. По результатам составленной программы определяется требуемое количество ячеек для хранения исходных промежуточных и результирующих значений. Назначение адресов, выполняемое отдельно от составления программы в символических адресах, может проводиться менее квалифицированным программистом или специальной программой, что в значительной степени облегчает труд программиста.

3.Автокоды. Существуют системы программирования, использующие языки, которые включают в себя все возможности ЯСК, посредством расширенного введения макрокоманд – они называются Автокоды. В различных программах встречаются некоторые достаточно часто использующиеся командные последовательности, которые соответствуют определенным процедурам преобразования информации. Эффективная реализация таких процедур обеспечивается оформлением их в виде специальных макрокоманд и включением последних в язык программирования, доступный программисту. Макрокоманды переводятся в машинные команды двумя путями – расстановкой и генерированием. В постановочной системе содержатся «остовы» – серии команд, реализующие требуемую функцию, обозначенную макрокомандой. Макрокоманды обеспечивают передачу фактических параметров, которые в процессе трансляции вставляются в «остов» программы, превращая её в реальную машинную программу. В системе с генерацией имеются специальные программы, анализирующие макрокоманду, которые определяют, какую функцию необходимо выполнить и формируют необходимую последовательность команд, реализующих данную функцию. Обе указанных системы используют трансляторы с ЯСК и набор макрокоманд, которые также являются операторами автокода. Развитые автокоды получили название Ассемблеры. Сервисные программы и пр., как правило, составлены на языках типа Ассемблер.

4.Макрос. В таких системах язык, являющийся средством для замены последовательности символов описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ на более сжатую форму – называется Макрос (средство замены). В основном, Макрос предназначен для того, чтобы сократить запись исходной программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающий функционирование макросов, называется макропроцессором. На макропроцессор поступает макросопределяющий и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов – выдача выходного текста. Макрос одинаково может работать, как с программами, так и с данными.

Машинно-независимые системы программирования – это средство описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Они удобны в использовании для широкого круга пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ. В таких системах программы, составляемые языках, имеющих название высокоуровневых языков программирования, 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), часто используемые 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.

В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования нужно иметь следующие компоненты.

1.Текстовый редактор. Специализированные текстовые редакторы, ориентированные на конкретный язык программирования, необходимы для получения файла с исходным текстом программы, который содержит набор стандартных символов для записи алгоритма.

2.Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в машинный код. Исходный текст программы состоит, как правило, из нескольких модулей (файлов с исходными текстами). Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом, которые затем требуется объединить в одно целое. Кроме того, системы программирования, как правило, включают в себя библиотеки стандартных подпрограмм. Стандартные подпрограммы имеют единую форму обращения, что создает возможности автоматического включения таких подпрограмм в вызывающую программу и настройки их параметров.

3.Объектный код модулей и подключенные к нему стандартные функции обрабатывает специальная программа – редактор связей. Данная программа объединяет объектные коды с учетом требований операционной системы и формирует на выходе работоспособное приложение – исполнимый код для конкретной платформы. Исполнимый код это законченная программа, которую можно запустить на любом компьютер, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась.

4. В современных системах программирования имеется еще один компонент – отладчик, который позволяет анализировать работу программы во время ее исполнения. С его помощью можно последовательно выполнять отдельные операторы исходного текста последовательно, наблюдая при этом, как меняются значения различных переменных.

5. В последние несколько лет в программировании (особенно для операционной среды Windows) наметился так называемый визуальный подход. Этот процесс автоматизирован в средах быстрого проектирования. При этом используются готовые визуальные компоненты, свойства и поведение которых настраиваются с помощью специальных редакторов. Таким образом, происходит переход от языков программирования системного уровня к языкам сценариев.

Эти языки создавались для различных целей, что обусловило ряд фундаментальных различий между ним. Системные разрабатывались для построения структур данных и алгоритмов “с нуля”, начиная от таких примитивных элементов, как слово памяти компьютера. В отличие от этого, языки описания сценариев создавались для связывания готовых программ. Их применение подразумевает наличие достаточного ассортимента мощных компонентов, которые требуется только объединить друг с другом. Языки системного уровня используют строгий контроль типов данных, что помогает разработчикам приложении справляться со сложными задачами. Языки описания сценариев не используют понятие типа, что упрощает установление связей между компонентами, а также ускоряет разработку прикладных систем.

Языки описания сценариев основаны на несколько другом наборе компромиссов, чем языки системного уровня. В них скорость исполнения и строгость контроля типов ставятся в шкале приоритетов на более низкое место, но зато выше цениться производительность труда программиста и повторное использование. Это соотношение ценностей оказывается все более обоснованным по мере того, как компьютеры становятся быстродействующими и менее дорогими, чего нельзя сказать о программистах. Языки системного программирования хорошо подходят для создания компонентов, где основная сложность заключена в реализации алгоритмов и структур данных, тогда как языки описания сценариев лучше приспособлены для построения приложении из готовых компонентов, где сложность состоит в налаживании межкомпонентных связей. Задачи последнего рода получают все большее распространение, так что роль языков описания сценариев будет возрастать.

Наименование параметра	Значение
Тема статьи:	Языки и системы программирования
Рубрика (тематическая категория)	Информатика

Программа - ϶ᴛᴏ логически упорядоченная последовательность команд, необходимых для управления компьютером (выполнения им конкретных операций), в связи с этим программирование сводится к созданию последовательности команд, крайне важно й для решения определенной задачи.

Процессор компьютера - ϶ᴛᴏ большая интегральная микросхема. Все команды и данные он получает в виде электрических сигналов, которые можно представить как совокупность нулей и единиц. По этой причине реально программа, с которой работает процессор, представляет собой последовательность двоичных чисел, называемую машинным кодом . Самому написать программу в машинном коде весьма сложно, причем эта сложность резко возрастает с увеличением размера программы и трудоемкости решения нужной задачи. По этой причине сегодня практически все программы создаются с помощью языков программирования .

При этом с помощью языка программирования создается не готовая программа, а только ее текст (исходный код ), описывающий ранее разработанный алгоритм. Чтобы получить работающую программу, нужно данный текст с помощью специальных служебных приложений, называемых трансляторами , либо перевести в машинный код, либо исполнить.

Существуют трансляторы трех видов: компиляторы, интерпретаторы и ассемблеры.

Компиляторы полностью обрабатывают весь исходный код: просматривают его в поисках синтаксических ошибок (иногда несколько раз), выполняют определенный смысловой анализ и затем автоматически переводят (транслируют) на машинный язык – генерируют машинный код.

Интерпретатор берет очередной оператор языка исходного кода программы, анализирует его структуру и затем сразу исполняет оттранслированную команду. Только после того как текущий оператор успешно выполнен, интерпретатор перейдет к следующему причем, в случае если один и тот же оператор должен выполняться в программе многократно, интерпретатор всякий раз будет выполнять его так, как будто встретил впервые. При этом исполняемый файл не создается. Разрабатывать интерпретаторы проще, чем компиляторы, но работает интерпретируемая программа, как правило, медленнее скомпилированной.

Ассемблеры предназначены для перевода программы, написанной на языке ассемблера, в машинный код.

Языки программирования – искусственные языки. От естественных они отличаются ограниченным числом ʼʼсловʼʼ и очень строгими правилами записи команд (операторов). Совокупность подобных требований образует синтаксис языка программирования, а смысл каждой команды и других конструкций языка – его семантику. Нарушение формы записи программы приводит к тому, что транслятор не может понять назначение оператора и выдает сообщение о синтаксической ошибке . Правильно написанное, но не отвечающее алгоритму использование команд языка, приводит к семантическим ошибкам , называемым еще логическими ошибками или ошибками времени выполнения.

Процесс поиска ошибок в программе принято называть тестированием, процесс устранения ошибок – отладкой.

Лекция 11. Языки программирования. Системы программирования. Среды визуального проектирования

Обзор языков программирования

Управляющие команды и данные, поступающие в процессор по его шинам, представляются в виде машинного кода.

Машинный код - это двоичный код, т. е. совокупность нулей и единиц в виде электрических сигналов.

Управление компьютером производится по определенному алгоритму.

Алгоритм - это точно определенное описание способа решения задачи в виде конечной по времени последовательности действий (элементарных операций или операторов). Такое описание называется формальным.

Для представления алгоритма в виде, понятном PC , служат языки программирования. Сначала всегда разрабатывается алгоритм действий, который записывается на одном из таких языков.

Полученное с помощью языка программирования описание алгоритма переводится специальными служебными программами - трансляторами - в машинный код для исполнения.

Языки программирования используют для записи каждой команды (оператора) в программе свой синтаксис (совокупность требований к записи операторов) и семантику (отражение смысла команды). Нарушение формы записи команды в программе приводит к непониманию ее транслятором или к синтаксической ошибке.

Правильно записанная, но не отвечающая алгоритму программы команда, приводит к семантической (или логической) ошибке.

Процесс поиска ошибок в программе - это тестирование программы , а процесс их устранения - отладка программы.

Различают два вида программ-трансляторов:

интерпретатор, который одновременно и транслирует и выполняет заданную команду, делая это покомандно или пооператорно;
компилятор, который преобразует программу, составленную на языке высокого уровня, в программу на машинном языке или на языке, близком к машинному, не участвуя в её выполнении.

Для непосредственного выполнения процессором команд, записанных в языке программирования, используется программа-интерпретатор. Ее можно представить в виде виртуальной вычислительной машины, для которой базовыми инструкциями служат не элементарные команды процессора (т. е. команды в машинном коде), а операторы языка программирования. Каждый оператор программы-интерпретатора последовательно анализирует так, как если бы встретил его впервые, что сильно замедляет работу PC при выполнении большого объема повторяющихся команд.

Программа-компилятор полностью обрабатывает весь текст программы высокого уровня. При этом выполняется оптимизация, позволяющая повысить быстродействие программы. В результате программа получается компактной, эффективной и работает в сотни раз быстрее программы выполняемой с помощью интерпретатора.

Недостаток компиляторов трудность трансляции языков, ориентированных на обработку данных сложной структуры , т. е. программы, часто заранее неизвестной или динамически меняющейся во время работы.

На практике применяется как тот, так и другой вид программ-трансляторов, т. е. и программы-интерпретаторы, и программы-компиляторы.

Уровни языков программирования

Язык программирования, ориентированный на определенный тип процессора - это язык низкого уровня. Это не значит - "плохой", а только то, что язык конкретен и близок к машинному языку PC (например, язык "Ассемблер").

С помощью языков низкого уровня создаются очень эффективные и компактные программы, т. к. разработчик получает доступ ко всем возможностям PC . Но они специализированы и не могут быть перенесены на PC с другим типом процессора.

Языки программирования высокого уровня понятней человеку, чем PC, они легко переносимы на другие платформы, для которых создан транслятор этого языка. В них легче избежать ошибок программирования.

Рождение языков высокого уровня 5-го поколения произошло в середине 90-х годов.

Fortran - первый компилируемый язык, созданный в 50-е годы, но модификации 2000 года (HPF High Perfomance Fortran ) используются и сейчас в статистических комплексах и даже в системах управления спутниками.

Cobol это компилируемый язык для применения в экономике и решения бизнес-задач, разработанный в начале 60-х годов. Имеет много приложений, используется и сейчас (в США наибольшую зарплату получают программисты, работающие на Cobol ).

Algol - компилируемый язык, созданный в 1960 году. Предполагалось, что он заменит Fortran , но из-за более сложной структуры не получил широкого распространения.

Pascal - создан в конце 70-х годов, во многом напоминает Algol , но в нем ужесточен ряд требований к структуре программ, что позволяет успешно применять его при создании крупных проектов.

Basic - язык, имеющий и компиляторы, и интерпретаторы, по популярности он занимает первое место в мире. Он был создан в 60-х годах в качестве учебного языка и очень прост в изучении.

С (Си) - планировался для замены ассемблера, чтобы иметь возможность создавать эффективные и компактные программы, и в то же время не зависеть от конкретного типа процессора. На этом языке написано в 70е годы множество системных и прикладных программ и ряд операционных систем (в частности, ОС Unix ).

C++ (Си++) - это объектно-ориентированное расширение языка Си, разработанное в 1980 году. Обеспечивает высокую производительность, но требует от разработчиков высокого уровня профессионализма.

Java - этот язык создан в начале 90-х годов на основе Си++. Он призван упростить разработку приложений на основе Си++ путем исключения из него низкоуровневых возможностей. Обеспечивает компиляцию не в машинный код, а в платформенно-независимый объектный код, который может выполняться с помощью интерпретатора - виртуальной Java-машины (Virtual Machine ), версии которой созданы сегодня для любых платформ.

Этот язык занимает по популярности второе место после Basic . Основной его недостаток - невысокое быстродействие, т. к. он интерпретируемый .

Языки программирования баз данных (БД)

БД - это файл или группа файлов, представляющий собой упорядоченный набор записей, имеющих единообразную структуру и организованных по единому шаблону (как правило, в табличном виде). БД может состоять из одной таблицы или ряда взаимосвязанных таблиц.

Для управления большими БД и эффективной обработки данных разработаны системы управления базами данных (СУБД). Для обработки данных в базах данных был создан структурированный язык запросов SQL (Structured Query Language ).

Практически в каждой СУБД помимо поддержки языка SQL имеется также свой уникальный язык, ориентированный на особенности только этой СУБД.

В настоящее время насчитывается несколько ведущих производителей СУБД. Среди них такие, как:

Microsoft Access ;

Oracle ;

Informix и т. п.

СУБД этих фирм ориентированы на работу одновременной работы в сети тысяч пользователей, а БД могут храниться в распределённом виде на нескольких серверах.

Языки программирования для Internet

Все эти языки интерпретируемые, интерпретаторы для них распространяются бесплатно, а сами программы - в исходных текстах (скриптах). Такие языки называют скрипт-языками.

Наиболее известные из скрипт-языков:
HTML , XML - общеизвестные языки разметки гипертекста, предназначенные для описания структуры и содержания WEB -документов;
JavaScript язык программирования сценариев или скриптов (планов работы программ по взаимодействию с пользователем), встроенных в тело WEB -страницы;
Perl язык программирования, используемый для создания сценариев и динамически генерируемых Web-страниц, превосходящий по мощности языки типа Си.

Системы программирования

Для создания программы на выбранном языке нужно иметь компоненты:

Текстовый редактор (лучше использовать специализированный, ориентированный на конкретный язык программирования и позволяют выделять ключевые слова и идентификаторы разными цветами и шрифтами);

программу-компилятор, с помощью которой текст может быть переведен непосредственно в машинный код, но так как в программе часто не хватает некоторых компонентов, компилятор может выдавать промежуточный объектный код с расширением. obj ;
библиотеки функций. Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом, но, кроме того, к ним может быть добавлен машинный код подпрограмм, реализующих стандартные математические функции (например, sin , In ), которые поставляются с компилятором. Эти подпрограммы находятся в библиотеках функций (файлах с расширением. lib );
редактор связей. Объектный код модуля обрабатывается специальной программой-редактором связей или сборщиком (компоновщиком), который связывает объектный код и машинный код стандартных функций и формирует на выходе работоспособное приложение, т. е. исполнимый код для конкретной системной платформы;
исполнимый код - это законченная программа, которую можно запустить на любом PC с той ОС, для которой эта программа создавалась. Она имеет расширения: .ехе или. com .

Современные системы программирования имеют ещё один компонент отладчик, - который позволяет анализировать выполнение программы в целом и по шагам, т. е. отслеживать работу каждого оператора.

Среды визуального проектирования

В настоящее время в программировании совершенствуется визуальный подход. Раньше серьезным препятствием для разработки графических приложений была сложность создания различных визуальных элементов приложения и их контроль. Например, для программы сложения 2-х чисел требуется всего один оператор или одна строка исходного текста, а для создания кнопки и двух полей ввода чисел (подготовки к работе в - Windows ) сотни строк кода.

Процесс графического программирования был автоматизирован в средах быстрого проектирования RAD (Rapid Application Development ). Все необходимые элементы оформления и управления (компоненты) создаются с помощью готовых визуальных компонентов, которые с помощью мыши вводятся в проектируемое окно, при этом вспомогательный исходный текст для этих объектов генерируется средой автоматически, что позволяет сосредоточиться на логике решаемой задачи. В результате программирование заменяется на проектирование или называется визуальным проектированием.

Компоненты для известных RAD-сред (кнопки, переключатели, списки, флажки и т. д.) объединяются в библиотеки - объектные репозитории. Такой компонентный подход к созданию программ очень перспективен.

В настоящее время наиболее популярны следующие среды визуального программирования для языков:

Basic: Microsoft Visual Basic;

Pascal: Borland Delphi;

C++: Borland C++ Builder;

Java: Symantec Cafe.

Microsoft Visual Basic

Язык BASIC (Beginner " s All Purpose Symbolic Instruction Code ) был модифицирован в GWBASIC (Graphics Workshop ), который был доступен для первых PC .

В конце 80-х годов разработан QuickBasic , который в 1992 году заменил Visual Basic for Windows .

В середине 1998 года разработана шестая, наиболее зрелая версия Microsoft Visual Basic (MS VB 6), которая долгое время была основной учебной версией.

Данная версия являлась основной средой разработки приложений под Windows от Microsoft, до появления принципиально новой платформы. NET Framework .

После этого фирма Microsoft резко изменила политику в отношении языков семейства Basic. Вместо развития Visual Basic, был создан абсолютно новый язык Visual Basic.NET , первая версия которого появилась в 2001 г. Это принципиально новый язык, имеющий, помимо синтаксиса , очень мало схожего с VB 6.0, и достаточно сильно отличающийся от него.

VB.NET сразу же занял прочное место VB в языковом комплексе Visual Studio, и на этом развитие классического языка Visual Basic остановилось.

В 2005 году вышла новая версия Visual Basic 2005, в комплекте Visual Studio . Она имела новый интерфейс и большие возможности. Язык был основан на Visual Basic.NET.

В конце 2007 фирма Microsoft выпустила новую версию Visual Basic Visual Basic 2008, которая также была основана на Visual Basic.NET.

В 2010 году в составе Visual Studio 2010 была выпущена версия Visual Basic 2010 и её несколько упрощённый вариант Visual Basic 2010 Express , который ориентирован на широкое использование и предлагается бесплатно.

Вычислительной средой для визуального языка программирования Visual Basic 2010 является платформа Microsoft .NET Framework 4.0 (Microsoft dot NET Framework 4.0), являющаяся неотъемлемым компонентом Windows.

В настоящее время версия Visual Basic 2010 является основной, от поддержки и сопровождения всех предыдущих разработок Visual Basic фирма Microsoft отказалась.

Чтобы избежать изучения нового языка для каждого из продуктов Microsoft начала включать элементы BASIC в макроязыки продуктов.

В результате была создана версия языка Visual Basic , названная Visual Basic for Applications (VBA ), которая реализуется во всех приложениях MSO 2003 и M SO 2007 (Word , Excel , PowerPoint и др.), в частности, для создания макросов.

Тема 8. Языки программирования высокого уровня

Семестр

Программа – это логически упорядоченная последовательность команд, необходимых для управления компьютером (выполнения им конкретных операций), поэтому программирование сводится к созданию последовательности команд, необходимой для решения определенной задачи.

Процессор компьютера – это большая интегральная микросхема. Все команды и данные он получает в виде электрических сигналов, которые можно представить как совокупность нулей и единиц. Поэтому реально программа, с которой работает процессор, представляет собой последовательность двоичных чисел, называемую машинным кодом . Самому написать программу в машинном коде весьма сложно, причем эта сложность резко возрастает с увеличением размера программы и трудоемкости решения нужной задачи. Поэтому сегодня практически все программы создаются с помощью языков программирования .

Однако с помощью языка программирования создается не готовая программа, а только ее текст (исходный код ), описывающий ранее разработанный алгоритм. Чтобы получить работающую программу, надо этот текст с помощью специальных служебных приложений, называемых трансляторами , либо перевести в машинный код, либо исполнить.

Существуют трансляторы трех видов: компиляторы, интерпретаторы и ассемблеры.

Интерпретатор берет очередной оператор языка исходного кода программы, анализирует его структуру и затем сразу исполняет оттранслированную команду. Только после того как текущий оператор успешно выполнен, интерпретатор перейдет к следующему причем, если один и тот же оператор должен выполняться в программе многократно, интерпретатор всякий раз будет выполнять его так, как будто встретил впервые. При этом исполняемый файл не создается. Разрабатывать интерпретаторы проще, чем компиляторы, но работает интерпретируемая программа, как правило, медленнее скомпилированной.

Ассемблеры предназначены для перевода программы, написанной на языке ассемблера, в машинный код.

Языки программирования – искусственные языки. От естественных они отличаются ограниченным числом «слов» и очень строгими правилами записи команд (операторов). Совокупность подобных требований образует синтаксис языка программирования, а смысл каждой команды и других конструкций языка – его семантику. Нарушение формы записи программы приводит к тому, что транслятор не может понять назначение оператора и выдает сообщение о синтаксической ошибке . Правильно написанное, но не отвечающее алгоритму использование команд языка, приводит к семантическим ошибкам , называемым еще логическими ошибками или ошибками времени выполнения.

Процесс поиска ошибок в программе называется тестированием, процесс устранения ошибок – отладкой.

Классификация языков программирования, их эволюция

Разные типы процессоров имеют разные наборы команд. Если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности, т.е. является машинно-зависимым, он называется языком программирования низкого уровня. В данном случае «низкий уровень» не значит «плохой». Имеется в виду, что операторы языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора.

Языками низкого уровня являются все языки ассемблеров, которые представляет каждую команду машинного кода, не в виде чисел, а с помощью условных символьных обозначений, называемых мнемониками. Однозначное преобразование одной машинной инструкции в одну команду ассемблера называется транслитерацией. Так как наборы инструкций для каждой модели процессора отличаются, конкретной компьютерной архитектуре соответствует свой язык ассемблера, и написанная на нем программа может быть использована только в этой среде.

С помощью языков низкого уровня создаются очень эффективные и компактные программы, так как разработчик получает доступ ко всем возможностям процессора, но при этом:

Требуется очень хорошо понимать устройство компьютера,

Затрудняется отладка больших приложений,

Результирующая программа не может быть перенесена на компьютер с другим типом процессора.

Подобные языки обычно применяют для написания небольших системных приложений, драйверов устройств, модулей стыковки с нестандартным оборудованием, когда важнейшими требованиями становятся компактность, быстродействие и возможность прямого доступа к аппаратным ресурсам.

Языки программирования высокого уровня значительно ближе и понятнее человеку, нежели компьютеру. Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому создаваемые программы на уровне исходных текстов легко переносимы на другие платформы, для которых создан транслятор этого языка. Разрабатывать программы на языках высокого уровня с помощью понятных и мощных команд значительно проще, а ошибок при создании программ допускается гораздо меньше.