Fortran (Фортран). Это первый компилируемый язык, созданный в 50-е годы. В Фортране впервые был реализован ряд важнейших понятий программирования. Удобство создания программ было положено в основу возможностей языка. Фортран продолжает активно использоваться во многих организациях.
Cobol (Кобол). Это компилируемый язык для применения в экономической области и решения бизнес - задач, разработанный в начале 60-х годов. В Коболе были реализованы очень мощные средства работы с большими объемами данных, хранящимися на различных внешних носителях.
Algol (Алгол). Компилируемый язык, созданный в 1960г. В 1968г. была создана версия Алгол 68, по своим возможностям и сегодня опережающая многие языки программирования.
Pascal (Паскаль). Язык Паскаль, созданный в конце 70-х годов, во многом напоминает Алгол, но в нем ужесточен ряд требований к структуре программы и имеются возможности, позволяющие успешно применять его при создании крупных проектов. Дальнейшим развитием этого языка явилась более эффективная версия – Object Pascal, который лег в основу современного объектно-ориентированного языка программирования Delphi.
Basic (Бейсик). Этот язык по популярности занимает первое место в мире. Для этого языка имеются и компиляторы, и интерпретаторы. Он создавался в 60-х годах в качестве учебного языка и очень прост в изучении. Дальнейшим развитием этого языка явился язык объектно-ориентированного программирования (ООП) VISUAL BASIC FOR APPLICATION
С (Си). Данный язык был создан в лаборатории Bell (США). Он планировался для замены ассемблера, чтобы иметь возможность создавать столь же эффективные и компактные программы, и в то же время не зависеть от конкретного типа процессора. Язык Си во многом похож на Паскаль и имеет дополнительные средства для прямой работы с памятью (указатели). На этом языке в 70-е годы написано множество прикладных и системных программ и ряд известных операционных систем (Unix).
C++ (Си++). Этот язык, являющийся объектно-ориентированным, - расширение языка Си был разработан в 1980 г. В нем реализовано множество новых мощных возможностей, которые позволили резко повысить производительность труда программистов, однако создание сложных и надежных программ требует от разработчиков профессиональной подготовки высокого уровня.
Java (Ява). Этот язык был создан компанией Sun (США) в начале 90-х годов на основе Си++. Он призван упростить разработку приложений на основе Си++ путем исключения из него всех низкоуровневых возможностей. Главная особенность этого языка - компиляция не в машинный код, а в платформенно-независимый байт-код (каждая команда занимает один байт). Этот байт-код может выполняться с помощью интерпретатора - виртуальной Java-машины JVM (Java Virtual Machine), версии которой созданы сегодня для любых платформ. Особое внимание в развитии этого языка уделяется двум направлениям: поддержке всевозможных мобильных устройств и микрокомпьютеров, встраиваемых в бытовую технику; созданию платформенно - независимых программных модулей, способных работать на серверах в глобальных и локальных сетях с различными операционными системами.
C#. По технологическим показателям подобен языку Java и находится между компилируемыми и интерпретируемыми языками. Программа компилируется не в машинный язык, а в машинно-независимый код низкого уровня, байт-код. Далее байт-код выполняется виртуальной машиной.
Области применения современных ЭВМ настолько обширны и разнообразны, что существует большое число специализированных языков в различных областях науки и техники. Например, язык программирования баз данных SQL, язык разметки гипертекста HTML, язык программирования задач компьютерного инженерного анализа APDL системы ANSYS и другие.
Языки программирования баз данных
Эта группа языков отличается от алгоритмических языков, прежде всего решаемыми задачами. База данных - это файл (или группа файлов), представляющий собой упорядоченный набор записей, имеющих единообразную структуру и организованных по единому шаблону (как правило, в табличном виде). База данных может состоять из нескольких таблиц. Удобно хранить в базах данных различные сведения из справочников, картотек, журналов бухгалтерского учета и т. д. Для этого был создан структурированный язык запросов SQL (Structured Query Language). Он основан на мощной математической теории и позволяет выполнять эффективную обработку баз данных, манипулируя не отдельными записями, а группами записей.
Для управления большими базами данных и их эффективной обработки разработаны СУБД (Системы Управления Базами Данных). Практически в каждой СУБД помимо поддержки языка SQL имеется свой уникальный язык, ориентированный на особенности этой СУБД и не переносимый на другие системы. Сегодня в мире насчитывается пять ведущих производителей СУБД: Microsoft (SQL Server), IBM (DB2), Oracle, Software AG (Adabas), Informix и Sybase. Их продукты нацелены на поддержку одновременной работы тысяч пользователей в сети, а базы данных могут храниться в распределенном виде на нескольких серверах.
С появлением персональных компьютеров были созданы так называемые настольные СУБД. Родоначальником современных языков программирования баз данных для ПК принято считать СУБД dBase II, язык которой был интерпретируемым. Затем для него были созданы компиляторы, появились СУБД FoxPro и Clipper, поддерживающие диалекты этого языка. Сегодня похожие, но несовместимые версии языков семейства dBase реализованы в продуктах Visual FoxPro фирмы Microsoft и Visual dBase фирмы Inprise.
Языки программирования для Интернета
С активным развитием глобальной сети было создано немало популярных языков программирования, адаптированных специально для Интернета. Все они отличаются характерными особенностями: языки являются интерпретируемыми, интерпретаторы для них распространяются бесплатно, а сами программы - в исходных текстах. Такие языки называют скрипт-языками .
HTML. Общеизвестный язык для оформления документов. Он очень прост и содержит элементарные команды форматирования текста, добавления рисунков, задания шрифтов и цветов, организации ссылок и таблиц. Все Web-страницы написаны на языке HTML или используют его расширения.
Perl. Был разработан в 80-х годах Ларри Уоллом. По мощности Perl значительно превосходит языки типа Си. В него введено много часто используемых функций работы со строками, массивами, всевозможные средства преобразования данных, управления процессами, работы с системной информацией и др.
VRML. Был создан в1994 г. для организации виртуальных трехмерных интерфейсов в Интернете. Он позволяет описывать в текстовом виде различные трехмерные сцены, освещение и тени, текстуры (покрытия объектов), вращать в любых направлениях, масштабировать, регулировать освещенность и т. д.
Языки моделирования
При создании программ и формировании структур баз данных нередко применяются формальные способы их представления - формальные нотации, с помощью которых можно визуально представить таблицы баз данных, поля, объекты программы и взаимосвязи между ними в системе, имеющей специализированный редактор и генератор исходных текстов программ на основе созданной модели. Такие системы называются CASE-системами. В них активно применяются нотации IDEF, а в последнее время все большее распространение получает UML.
Языки визуального программирования интерфейса
Программирование вручную привычных пользователю окон, кнопок, меню, обработка событий мыши и клавиатуры, включение в программы изображений и звука требовало все больше и больше времени программиста. Выход из этой ситуации обозначился благодаря двум подходам.
Первый - стандартизация многих функций интерфейса, благодаря чему появилась возможность использовать библиотеки, имеющиеся, например, в Windows. В итоге при смене стиля графического интерфейса приложения смогли автоматически приспосабливаться к новой системе без какого-либо перепрограммирования.
Вторым революционным шагом явилось появление визуального программирования, возникшего в Visual Basic и нашедшего блестящее воплощение в Delphi и С++Builder фирмы Borland. Визуальное программирование позволило свести проектирование пользовательского интерфейса к простым и наглядным процедурам, которые дают возможность за минуты или часы сделать то, на что ранее уходили месяцы работы.
Из универсальных языков программирования сегодня наиболее популярны следующие: Бейсик (Basic), Паскаль (Pascal), Си++ (C++), Ява (Java), Дельфи (Delphi), С#. Для каждого из этих языков программирования сегодня имеется немало систем программирования, выпускаемых различными фирмами. Наиболее популярны следующие визуальные среды быстрого проектирования программ для Windows:
Basic: Microsoft Visual Basic;
Pascal: Borland Delphi;
C++: Borland C++Bulider;
Java: Symantec Cafe.
Для разработки серверных и распределенных приложений можно использовать систему программирования Microsoft Visual C++, продукты фирмы Borland, практически любые средства программирования на Java.
Основные этапы технологии программирования
Технологии программированиявключают следующие основные этапы: постановка задачи, разработка математической модели, разработка алгоритма, программирование, отладка программы, передача программы в эксплуатацию и научно-техническое сопровождение (НТС) программы, завершение жизненного цикла:
Постановка задачи
На этом этапе определяются основные цели и функции, выполнение которых должна обеспечивать программа, исходные данные, требования к исходным данным, выходные данные. Математическая постановка задачи сводится к точному описанию исходных данных, условий задачи и целей ее решения с использованием математических выражений в общем виде. При этом должен применяться системный подход , то есть предмет должен быть исследован всесторонне, учтены все внешние и внутренние связи и их влияние на конечные результаты. Задача представляется в виде «черного ящика», на вход которого поступают исходные данные, ограничения на входные параметры, требования к входным и выходным параметрам, а выходом является значения результирующих параметров.
Разработка математической модели
На данном этапе производится декомпозиция задачи, формализация, разработка математической модели, выбор метода решения. Под декомпозицией понимается разделение задачи на простые блоки, каждый из которых может разрабатываться самостоятельно и связан с другими частями программы только входными и выходными данными. Для деления задачи на блоки чаще всего используется функциональный подход. Например, в каждой вычислительной задаче можно выделить такие блоки, как ввод данных, вычислительный блок, блоки сохранения результатов вычислений на дисках, анализа результатов вычислений, графического представления результатов вычислений, печати результатов.
Разработка алгоритма программы
На этом этапе разрабатывается алгоритм решения задачи. Разработка алгоритма предполагает определение состава функциональных модулей и формирование общей схемы алгоритма, разработку алгоритмов функциональных модулей. В зависимости от сложности задачи алгоритм представляют вначале в общем виде (укрупненном). Затем каждый из блоков алгоритма разбивается на более мелкие задачи таким образом, чтобы на конечном этапе получить базовые схемы алгоритмов. Такой метод проектирования называется нисходящей разработкой алгоритма (проектирования).
Основные подходы к разработке алгоритмов и программ: структурное проектирование; информационное моделирование предметной области и связанных с ней приложений; объектно-ориентированное проектирование.
В основе структурного проектирования лежит последовательная декомпозиция, целенаправленное структурирование на отдельные составляющие. Типичными методами структурного проектирования являются: нисходящее проектирование, кодирование и тестирование программ; модульное программирование; структурное программирование.
Модульное программирование основано на понятии модуля. Модуль – логически взаимосвязанная совокупность функциональных элементов, оформленных в виде отдельных программных модулей, имеющих один вход и один выход. Структурное программирование основано на модульной структуре программного продукта и типовых управляющих структурах алгоритмов обработки данных различных программных модулей. Структурное программирование применяется в основном при программировании отдельных модулей и заключается в переводе алгоритма программы на алгоритмический язык с использованием определенных конструкций языка программирования.
Информационное моделирование предметной области и связанных с ней приложений предполагает определение состава и способа представления исходных данных и результатов вычислений.
Объектно-ориентированное проектирование основано на использовании при программировании объектов − функциональных программных модулей, которые на экране монитора представлены в виде элементов, например, кнопок, списков, переключателей и т. п., обладающих определенной совокупностью свойств, методов и событий.
Программирование
Программа – упорядоченная последовательность команд (предписаний) компьютера для решения задач. В общетеоретическом плане программирование – это теоретическая и практическая деятельность, связанная с созданием программы. В узком смысле под программированием понимается запись алгоритма с использованием команд и операторов одного из языков программирования – кодирование.
Отладка программы
Отладка программы заключается в проверке правильности функционирования алгоритма решения задачи с помощью контрольных примеров – тестов, результаты решения которых заранее известны; устранении обнаруженных синтаксических и логических ошибок.
Научно-техническое сопровождение
Научно-техническое сопровождение программы предусматривает контроль над работой программы и устранение ошибок, обнаруженных в процессе эксплуатации, доработку программы и ее совершенствование в соответствии с требованиями заказчика.
Свойства алгоритмов
Алгоритм - это точно определенная (однозначная) последовательность простых (элементарных) действий, обеспечивающих решение любой задачи из некоторого класса. Алгоритмам характерны следующие общие свойства:
1) дискретность - алгоритм можно разделить на отдельные шаги (действия), выполнение каждого из которых возможно только после завершения всех операций на предыдущем шаге;
2) детерминированность - совокупность промежуточных величин на любом шаге однозначно определяется системой величин, имевшихся на предыдущем шаге;
3) элементарность шагов - закон получения последующей системы величин из предыдущей должен быть простым и локальным;
4) направленность - если способ получения последующих величин из каких-либо исходных не приводит к результату, то должно быть указано, что следует считать результатом алгоритма;
5) массовость
- начальная система величин может выбираться из
некоторого множества (т.е. один алгоритм может применяться для
решения класса задач).
Формализация представления алгоритмов
Поскольку любой алгоритм является набором входных, промежуточных и выходных данных, то для его описания и системы правил преобразования служит определенный язык. Естественные языки являются изменчивыми, неоднозначными и избыточными и не подходят для записи алгоритмов, требующих однозначной определенности. Наиболее простой путь устранения этих недостатков - построение искусственных языков со строгим синтаксисом и полной смысловой определенностью. Такие языки получили название формальных.
В любом языке можно выделить две составляющих - синтаксис и семантику.
Синтаксис (грамматика языка) - совокупность правил, согласно которым в данном языке строятся конструкции.
Семантика - смысловая сторона языка, соотносит единицы и конструкции языка с некоторым внешним миром, для описания которого язык используется.
Синтаксис формального языка задается некоторой системой правил, которая из небольшого набора исходных конструкций порождает все допустимые их комбинации, т.е. язык образуется как множество разрешенных правилами сочетаний исходных конструкций. Кроме того, синтаксис содержит формулировку условия, которое выполняется для законченных конструкций языка и не выполняется в противном случае. Наиболее наглядным способом описания формального языка является синтаксическая диаграмма.
Синтаксическая диаграмма - схема (графическое представление) описания какого-либо нетерминального символа языка-объекта. Схема всегда имеет один вход и один выход, а её элементы соединяются между собой направленными линиями, указывающими порядок следования объектов в определенном нетерминальном символе.
В представлении алгоритмов можно выделить две основные формы: символьную (словесную) и графическую.
Строчная форма записи является основным способом представления алгоритмов последовательностью строк, каждая из которых содержит описание одного или нескольких элементарных действий. Логика алгоритма (порядок действий) задается в явном виде путём указания метки последующей строки (в виде порядковых чисел или букв), или в неявном - по умолчанию передается строке, следующей за выполненной. Данный способ позволяет записать алгоритмическую нотацию для любого исполнителя - как человека, так и технического устройства. Недостатком строчной формы является неудобство целостного восприятия его логической структуры.
Формами строчной записи алгоритмов являются:
1) пошагово-словесная форма - пронумерованная последовательность строк, содержащих описания конкретных действий на естественном языке;
2) формула - строчная запись действий, обеспечивающих обработку числовых, символьных или логических данных;
3) псевдокод - ориентированный на исполнителя «человек» частично формализованный язык, позволяющий записывать алгоритмы в форме, близкой к англоподобным языкам программирования;
4) язык программирования - искусственный формализованный язык, предназначенный для записи алгоритма для исполнителя «компьютер», метаязыком которого является естественный язык.
Графическая форма записи или блок-схема для представления отдельных блоков алгоритма использует набор геометрических фигур согласно требованиям ГОСТ 19.701–90 «Схемы алгоритмов, программ, данных и систем, условные обозначения и правила выполнения Единой системы программной документации». Достоинство данной формы записи заключается в наглядности: блок-схема позволяет охватить весь алгоритм сразу, отследить различные варианты его исполнения, позволяет сделать записи, как на естественном, так и на формальном языках.
Процедурное, объектно-ориентированное и логическое программирование
Поскольку ассемблер - машинно-зависимый язык, то записанная на нем программа может выполняться только на той технике (тем типом процессора), ассемблер которого был использован. Этот недостаток отсутствует у языков высокого уровня, которые ориентированы не на систему команд той или иной машины, а на систему операторов, характерных для записи определенного класса алгоритмов (операторы присваивания, условные операторы, циклы, операторы ввода-вывода).
Таблица 1.3 Различия концепций программирования
| Концепция программирования | Представление программ и данных | Исполнение программы | Связь частей программы между собой |
| Процедурное | Программа и данные представляют собой не связанные друг с другом элементы | Последовательное выполнение операторов | Возможна только через совместно обрабатываемые данные |
| Объектно-ориентированное | Данные и методы их обработки инкапсулированы в рамках единого объекта | Последовательность событий и реакций объектов на эти события | Отдельные части программы могут наследовать методы и элементы данных друг у друга |
| Логическое | Данные и правила их обработки объединены в рамках единого логического и структурного образования | Преобразование логического образования в соответствии с логическими правилами | Разбиение программы на отдельные независимые части затруднительно |
Контрольные вопросы:
1. Что включает в себя базовое программное обеспечение?
2. Какие программные средства относятся к прикладному прог-
раммному обеспечению?
3. Назовите классификационные признаки операционных систем.
4. Назовите наиболее известные операционные системы, применяемые на персональных компьютерах.
5. Что такое файловая система, для чего она предназначена?
6. Что такое файл?
7. Что такое имя, расширение и спецификация файла? Приведите примеры записи спецификации файла.
8. Назовите наиболее распространенные расширения имен файлов. Что они означают?
9. Поясните, что такое маска. Приведите примеры использования масок.
10. Что такое атрибут файла, какие атрибуты имеет файл?
11. Что такое каталог? Какая информация в нем содержится?
12. Что такое спецификация файла? Приведите примеры.
2 ОСНОВНЫЕ ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
С появлением машин второго поколения возникла потребность создания языков, целиком ориентированных на особенности задач и не зависящих от конкретной машины. Символом второго поколения ЭВМ стали проблемно-ориентированные языки программирования. Их развитие все в большей степени определялось спецификой задач, а не особенностями машин. Эти языки назвали алгоритмическими языками . Одним из первых и наиболее удачных языков такого рода стал Фортран (For mulae Tran slation), разработанный фирмой IBM в 1954 г. Язык Фортран не только просуществовал до наших дней, но и достаточно распространен. Среди причин такого долголетия можно отметить простую структуру как самого Фортрана, так и предназначенных для него трансляторов. Фортран был заложен в основу диалогового языка Бейсик (B eginner"s A ll-purpose S ymbolic I nstruction C ode) - широко распространенного ныне в различных модификациях языка. Вскоре после создания Фортрана (1957 г.) появился язык Алгол (Algo rithmic L anguage), созданный на основе широкого международного сотрудничества. В 1960 г. было опубликовано официальное сообщение об алгоритмическом языке, названном Алгол-60. Алгол создавался после разработки и практического применения Фортрана, поэтому характеризуется как введением новых конструкций, так и обобщением понятий, имеющихся в Фортране. Несмотря на то, что и Фортран, и Алгол заслуживали название универсальных языков, ни один них, конечно, не позволял описать все без исключения возникающие задачи. Поэтому примерно в то же время появились алгоритмические языки с проблемной ориентацией (Кобол, Снобол и др.), отвечающие нуждам специфичных направлений науки и техники. Из языков для обработки символьной информации (преобразование формул, аналитическое решение уравнений, анализ и синтез текстов и т.д.) очень популярным является язык Лисп (Li st P rocessing), созданный в 1960 г. в Массачусетском технологическом институте. В этом языке вся находящаяся в обработке информация, в том числе и сама программа, организуется в так называемые списки - последовательности элементов. Третье поколение ЭВМ поставило на повестку дня выработку нового подхода к созданию действительно универсального языка. Одной из попыток такого рода являлось создание фирмой IBM алгоритмического языка PL/1 (P rogramming L anguage/1 - язык программирования один). Он основывался на языках Фортран и Кобол, ряд изобразительных средств и понятий был почерпнут из Алгола и других языков. В 1971 г. Никлаусом Виртом был предложен алгоритмический язык Паскаль (Pascal). Язык Паскаль является преемником Алгола-60, он имеет конструкции, аналогичные существующим в PL/1 и Алголе-68, однако Паскаль более лаконичен. Язык Паскаль способствовал внедрению современной технологии программирования, основанной на постепенном построении программы, состоящей из небольших четко определенных процедур, т. е. последовательно проводятся в жизнь идеи структурного программирования. Другой существенной особенностью Паскаля является концепция структуры данных как одного из фундаментальных понятий, лежащих, наряду с понятием алгоритма, в основе программирования. На основе языка Паскаль в конце 70-х годов был создан язык Ада, имеющий очень широкую сферу применения, хотя и созданный как официальный язык программирования американских военных. Язык назван так по имени первой женщины-программиста Ады Лавлейс. Это существенно структурированный язык, особенно он подходит для разработки систем реального времени. Однако язык Ада слишком громоздкий, многословный и не предоставляет программисту достаточной свободы. По синтаксической сложности он до сих пор не превзойден ни одним из языков. В отличие от перечисленных языков высокого уровня, предложенный Денисом Ритчи в начале 80-х годов язык программирования Си (название содержит одну латинскую букву С) задумывался языком сравнительно низкого уровня. Но это не значит, что этот язык недостаточно мощный. Алгоритмический язык C достаточно полно отражает возможности современных компьютеров, позволяя писать весьма эффективные программы, не прибегая к языкам ассемблера, главным образом за счет простых, последовательных конструкций потоков управления. Язык приобрел популярность благодаря остроумным решениям, сделавшим запись программы на C весьма компактной. Не накладывая на программиста особых ограничений, он дает возможность для разнообразных трюков, чем тоже многим импонирует. Язык Паскаль в оригинальной авторской версии не содержал средств раздельной компиляции - модулей, разнообразных числовых типов, строк переменной длины и многого из того, что добавлено в известные реализации. Вследствие этого Никлаус Вирт предложил язык Модула-2 , который должен был заменить Паскаль, устранив основное его ограничение - отсутствие модульности. Известно, что Модула-2 использовалась и используется в проектах, где важнейшую роль играет надежность. Средства межмодульного контроля Модулы-2 заметно совершеннее аналогичных возможностей Паскаля и C. Компилятор Турбо-Паскаль , разработанный Андерсом Хейльсбергом, был выпущен в продажу фирмой Borland в 1983 г. Эта версия уже содержала расширения языка, хотя и небольшие. В последующих выпусках расширений становилось все больше: встроенная графика, модули, средства объектно-ориентированного программирования (ООП) и т.д. Начиная с версии 7.0, язык стал называться Borland-Паскаль . В качестве мощной объектно-ориентированной версии Паскаля сейчас популярен Объектный Паскаль . Объектный Паскаль по сравнению со стандартным Паскалем содержит очень много синтаксических расширений. В результате из простого и изящного Паскаля получился язык, приближающийся по сложности к языку Ада. Объектно-ориентированный язык C++ предложил Бьярн Страуструп с первоначальным названием «Си с классами». Название отражает тот факт, что C++ является надмножеством языка C. Язык C++, по ряду оценок, сложнее C вдвое. В настоящее время это, без преувеличения, язык номер один в мире для профессиональных программистов, поскольку он перенял преимущества и популярность C и добавил мощные средства написания объектно-ориентированных программ. Его реализации поддерживаются на всех аппаратно-программных платформах, в отличие от Паскаля, который широко распространен лишь на платформе IBM PC. Язык Оберон был разработан Н. Виртом в 1987 г. Он представляет собой существенно упрощенный синтаксически вариант Модулы-2, в который добавлены расширяемые записи - основной механизм ООП. Язык необычайно прост, но при этом сохраняет универсальность и в функциональном отношении не уступает другим языкам. В 1992 г. Н. Виртом были приняты расширения Оберона, предложенные Ханспетером Мёссенбёком. В язык введены аналоги виртуальных методов в других языках. Новая версия получила название Оберон-2 . Удивительно, но Оберон-2 оказался проще Оберона, расширением которого является. Самый молодой и самый обсуждаемый ныне объектно-ориентированный язык Java (в английском произношении - Джава , русское еще не устоялось) предложен Джеймсом Гослингом (фирма Sun Microsystems). Основная особенность Java - межплатформенная переносимость приложений, благодаря чему язык широко используется для написания приложений для Internet. Java - очень сложный синтаксически язык. Его официальное описание - 700-страничный документ - насыщен многословными и громоздкими определениями. Несмотря на эту сложность, в Java есть всего две существенные вещи, которых нет, например, в Обероне: встроенная многопоточность и обработка исключений. В целом, к настоящему моменту известно от 2-х до 3-х тысяч языков программирования, из них около 100 объектных и объектно-ориентированных. Критерии выбора языка программирования: Выбор языка должен производиться на основе требований к разрабатываемому продукту с учетом следующих факторов: мощность языка (возможности языка); переносимость языка; сложность языка; уровень существующей инструментальной поддержки языка. Сложность языка не всегда напрямую связана с его мощностью. Линия языков Вирта (Паскаль - Модула - Оберон) характеризуется снижением сложности при росте мощности. Ряд исследователей полагает, что существует пять основных разновидностей стилей программирования и, соответственно, языков программирования:
В настоящее время наиболее привлекательные для программистов языки базируются на так называемой объектной модели , которая имеет четыре главных элемента: абстрагирование; инкапсуляция; модульность; иерархия. Абстрагирование - выделения абстракций (abstraction), под которыми понимаются существенные характеристики объекта, которые отличают его от всех других объектов и четко определяют его концептуальные границы для наблюдателя. Инкапсуляция (encapsulation) - разделение элементов абстракции, которые образуют ее структуру и поведение. Модульность (modularity) - разделение системы на модули (module), под которыми понимаются единицы кода, служащие блоками физической структуры системы. Иерархия (hierarchy) - подчинение или упорядочение абстракций. Две типичных иерархии в сложной системе - иерархия наследования «общее/частное», присущая, обычно, типам (классам) и иерархия агрегирования «целое/часть», присущая, обычно, элементам (объектам). Иерархия присуща также модулям и другим частям системы. Наиболее явно эти черты присутствую в языках, реализующих концепции объектно-ориентированного программирования . Под последним понимается методология реализации, при которой программа организуется как совокупность сотрудничающих объектов, каждый из которых является экземпляром какого-либо класса, а классы образуют иерархию наследования. При этом классы обычно статичны, а объекты очень динамичны, что поощряется динамическим связыванием и полиморфизмом. Для ООП характерны понятия наследования и полиморфизма. Наследование (inheritance) - отношение между классами, при котором класс использует структуру или поведение другого (одиночное наследование) или других (множественное наследование). Наследование вводит иерархию «общее/частное». Полиморфизм (polymorphism) - положение теории типов, согласно которому имена (например, переменных) могут обозначать объекты разных (но имеющих общего родителя) классов. Следовательно, любой объект (метод), обозначаемым полиморфным именем, может по-своему реагировать на некий общий набор операций (аргументов).
Классификация языков программирования.
Существуют различные классификации языков программирования.
По наиболее распространенной классификации все языки программирования, в соответствии с тем, в каких терминах необходимо описать задачу, делят на языки низкого и высокого уровня .
Если язык близок к естественному языку программирования, то он называется языком высокого уровня, если ближе к машинным командам, – языком низкого уровня.
В группу языков низкого уровня входят машинные языки и языки символического кодирования: Автокод, Ассемблер. Операторы этого языка – это те же машинные команды, но записанные мнемоническими кодами, а в качестве операндов используются не конкретные адреса, а символические имена. Все языки низкого уровня ориентированы на определенный тип компьютера, т. е. являются машинно–зависимыми.
Машинно–ориентированные языки – это языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.).
К языкам программирования высокого уровня относят Фортран (переводчик формул – был разработан в середине 50–х годов программистами фирмы IBM и в основном используется для программ, выполняющих естественно – научные и математические расчеты), Алгол , Кобол (коммерческий язык – используется, в первую очередь, для программирования экономических задач), Паскаль , Бейсик (был разработан профессорами Дармутского колледжа Джоном Кемени и Томасом Курцом.), Си (Деннис Ритч – 1972 году), Пролог (в основе языка лежит аппарат математической логики) и т.д.
Эти языки машинно–независимы , т.к. они ориентированы не на систему команд той или иной ЭВМ, а на систему операндов, характерных для записи определенного класса алгоритмов. Однако программы, написанные на языках высокого уровня, занимают больше памяти и медленнее выполняются, чем программы на машинных языках.
Программу, написанную на языке программирования высокого уровня, ЭВМ не понимает, поскольку ей доступен только машинный язык. Поэтому для перевода программы с языка программирования на язык машинных кодов используют специальные программы – трансляторы.
Существует три вида транслятора: интерпретаторы (это транслятор, который производит пооператорную обработку и выполнение исходного кода программы), компиляторы (преобразует всю программу в модуль на машинном языке, после чего программа записывается в память компьютера и лишь потом исполняется) иассемблеры (переводят программу, записанную на языке ассемблера, в программу на машинном языке).
Языки программирования также можно разделять на поколения:
– языки первого поколения : машинно–ориентированные с ручным управлением памяти на компьютерах первого поколения.
– языки второго поколения : с мнемоническим представлением команд, так называемые автокоды.
– языки третьего поколения : общего назначения, используемые для создания прикладных программ любого типа. Например, Бейсик, Кобол, Си и Паскаль.
– языки четвертого поколения : усовершенствованные, разработанные для создания специальных прикладных программ, для управления базами данных.
– языки программирования пятого поколения : языки декларативные, объектно–ориентированные и визуальные. Например, Пролог, ЛИСП (используется для построения программ с использованием методов искусственного интеллекта), Си++, Visual Basic, Delphi.
Языки программирования также можно классифицировать на процедурные и непроцедурные.
В процедурных языках программа явно описывает действия, которые необходимо выполнить, а результат задается только способом получения его при помощи некоторой процедуры, которая представляет собой определенную последовательность действий.
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.
Непроцедурное (декларативное) программирование появилось в начале 70-х годов 20 века, К непроцедурному программированию относятся функциональные и логические языки .
В функциональных языках программа описывает вычисление некоторой функции. Обычно эта функция задается как композиция других, более простых, те в свою очередь делятся на еще более простые задачи и т.д. Один из основных элементов функциональных языков – рекурсия. Оператора присваивания и циклов в классических функциональных языках нет.
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. Программа на Прологе содержит, набор предикатов–утверждений, которые образуют проблемно–ориентированную базу данных и правила, имеющие вид условий.
Можно выделить еще один класс языков программирования – объектно–ориентированные языки высокого уровня. На таких языках не описывают подробной последовательности действий для решения задачи, хотя они содержат элементы процедурного программирования. Объектно–ориентированные языки, благодаря богатому пользовательскому интерфейсу, предлагают человеку решить задачу в удобной для него форме.
Первый объектно-ориентированный язык программирования Simula был создан в 1960-х годах Нигаардом и Далом.
Ява – язык для программирования Internet, позволяющий создавать безопасные, переносимые, надежные, объектно–ориентированные интерактивные программы. Язык Ява жестко связан с Internet, потому, что первой серьезной программой, написанной на этом языке, был браузер Всемирной паутины.
В последнее время, говоря о программировании в Internet, часто имеют в виду создание публикаций с использованием языка разметки гипертекстовых документов HTML . Применение специальных средств (HTML–редакторов) позволяет не только создавать отдельные динамически изменяющиеся интерактивные HTML–документы, используя при этом данные мультимедиа, но и редактировать целые сайты.
Информатика, кибернетика и программирование
Различают два уровня машинноориентированных языков: символического кодирования ассемблеры и макроязыки макроассемблеры. Это требование значительно уменьшается при использовании машиннонезависимых языков. Структура этих языков ближе к структуре естественных языков например к структуре английского языка чем к структуре машиноориентированных языков.
15 Классификация алгоритмических языков
В настоящее время создано несколько сот различных алгоритмических языков, которые обычно классифицируют по степени их зависимости от типа машин и типа решаемых задач.
По первому признаку они делятся на две большие группы: машиннозависимые и машиннонезависимые языки. Машиннозависимые языки классифицируют на машинные и машинноориентированные (автокоды). Различают два уровня машинноориентированных языков: символического кодирования (ассемблеры) и макроязыки (макроассемблеры).
В мнемокоде цифровой код операции заменен буквенным (мнемоническим), а цифровые адреса буквенными именами.
В макроязыках, кроме кодов мнемоязыка, используются макрокоманды, которые не имеют в машинном языке непосредственных аналогов (они включают в себя несколько команд). Сокращая длину исходной программы, макроязыки позволяют несколько повысить производительность программистов.
Программист, работающий с машиннозависимыми языками, должен хорошо знать конструктивные особенности ЭВМ, для которой он составляет программу. Это требование значительно уменьшается при использовании машиннонезависимых языков.
Программы, записанные на машинонезависимых языках, почти не зависят от типа ЭВМ. Структура этих языков ближе к структуре естественных языков, например к структуре английского языка, чем к структуре машиноориентированных языков. Поэтому эти языки могут применять непрофессиональные программисты.
Машиннонезависимые языки в последние годы обычно разделяют на две группы. К первой, наиболее обширной группе, принадлежат процедурноориентированные языки. Ко второй, наименее разработанной группе, относятся проблемноориентированные языки.
Процедурноориентированные языки служат для описания готовых алгоритмов (процедур) решения задач. Их используют специалисты, хорошо знающие формулировки своих задач и методы их решения, но не владеющие тонкостями программирования.
Проблемноориентированные языки рассчитаны на пользователей, которые не знакомы с методами решения своих задач. В этом случае пользователь должен сформулировать задачу, задать исходные данные и указать требуемую форму выдачи результатов. На основании введенной информации программа-генератор должна создать рабочую программу решения задачи.
Каждая группа языков характеризуется некоторым уровнем. Считается, что уровень языка тем выше, чем более он абстрагирован от конкретного машинного языка. Иначе, говоря, язык принадлежит к более высокому уровню, если его операторы инициируют большее число машинных команд, чем операторы другого языка.
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать |
|||
| 39480. | Расчет годовой производственной программы ЭТС | 103.5 KB | |
| Парк электрооборудования постоянно увеличивается. Опыт электрификации сельского хозяйства показывает что без хорошей работы электротехнической эксплуатационной службы только увеличение числа электроустановок не дает ожидаемого роста эффективности производства и не позволяет полностью использовать потенциальные возможности электрооборудования. Эксплуатационная надежность электрооборудования пока еще не удовлетворяет в достаточной мере требованиям сельскохозяйственного производства. Улучшение эксплуатации... | |||
| 39481. | Безопасность жизнедеятельности. Характеристика условий труда программиста | 1.09 MB | |
| В связи с этим была создана и развивается наука о безопасности труда и жизнедеятельности человека. Охрана здоровья трудящихся обеспечение безопасности условий труда ликвидация профессиональных заболеваний и производственного травматизма составляет одну из главных забот человеческого общества. Обращается внимание на необходимость широкого применения прогрессивных форм научной организации труда сведения к минимуму ручного малоквалифицированного труда создания обстановки исключающей профессиональные заболевания и производственный... | |||
| 39483. | Использование наноматериалов в строительном материаловедении | 1.34 MB | |
| «Нано» (от греческого слова «nanos» – карлик) – это приставка, обозначающая одну миллиардную долю исходной единицы. Поскольку в СИ единицей длины является метр, то нанометр означает одну миллиардную долю метра или миллионную долю миллиметра | |||
| 39484. | Разработка информационной системы сопровождения кредитной истории клиентов | 3.89 MB | |
| Установление структуры и форм входных и выходных данных. Расчёт освещения Постоянное развитие и совершенствование вычислительной техники и программного обеспечения приводит к возникновению все новых технологий обработки данных. Поэтому эффективность системы обработки зависит от правильной организации входных и выходных потоков информации. Представить выходную информацию в необходимых для пользователя электронных форматах и виде печатных документов. | |||
| 39485. | Разработка автоматизированной системы мониторинга деятельности спортивной организации «Весна» | 1.61 MB | |
| Цель и главная задача дипломной работы заключается в разработке автоматизированной системы мониторинга деятельности спортивной организации «Весна», деятельность которой состоит правильному физическому развитию и оздоровлению для подростков. | |||
| 39487. | Разработка сайта МКДОУ № 17 | 3.14 MB | |
| Общие принципы создания webстраниц.Основные элементы webстраниц. Введение В вопросе разработки и создания Webстраниц в сети Интернет накоплен огромный багаж различных методов способов и технологий многие из которых к сожалению сейчас уже являются условно применимыми. Поэтому представляется актуальным и практически важным рассмотреть проблему проектирования Webсайта в современных условиях с использованием всего спектра достижений накопленных в данной области. | |||
| 39488. | Создание автоматизированной системы оптимизации затрат на доставку грузов на транспортном предприятии | 882.5 KB | |
| Логистическая организация товародвижения на практике реализуется как регулярный целенаправленный процесс воздействия на всех уровнях и на всех стадиях оборота товаров и услуг на факторы и условия обеспечивающие достижение и поддержание экономного и эффективного процесса физического продвижения товара на рынке. Организационные усилия направленные на повышение эффективности товародвижения могут быть сведены к двум аспектам: оперативному и стратегическому.3] Формирование оптимального режима товародвижения с последующей его корректировкой в... | |||
Язык программирования - это система обозначений, служащая для точного описания программ или алгоритмов для ЭВМ. Языки программирования являются искусственными языками. От естественных языков они отличаются ограниченным числом “слов” и очень строгими правилами записи команд (операторов). Поэтому при применении их по назначению они не допускают свободного толкования выражений, характерного для естественного языка.
Basic. Он был разработан в 1963 году профессорами Дартмутского колледжа Томасом Курцем и Джоном Кемени. Язык предназначался для обучения программированию и получил широкое распространение в виде различных диалектов, прежде всего как язык для домашних компьютеров. При проектировании языка использовались следующие восемь принципов: 1.Быть простым в использовании для начинающих 2.Быть языком программирования общего назначения 3.Предоставлять возможность расширения функциональности, доступную опытным программистам 4.Быть интерактивным 5.Предоставлять ясные сообщения об ошибках 6.Быстро работать на небольших программах 7.Не требовать понимания работы аппаратного обеспечения 8.Защищать пользователя от операционной системы. Язык был основан частично на Фортран II и частично на Алгол-60, с добавлениями, делающими его удобным для работы в режиме разделения времени и, позднее, обработки текста и матричной арифметики. Синтаксис языка напоминает Fortran, и многие элементы - явные заимствования из него. Язык задумывался для обучения, поэтому его конструкции максимально просты. Как и в других языках программирования, ключевые слова взяты из английского языка. Основных типов данных два: строки и числа. Объявление переменных не требует специальной секции (в отличие, например, от Паскаля). Объявление переменной - это первое её использование.
C Sharp - C# (произносится си шарп) - объектно-ориентированный язык программирования. Разработан в 1998-2001 годах группой инженеров под руководством Андерса Хейлсберга в компании Microsoft как язык разработки приложений для платформы Microsoft.NET Framework. C# относится к семье языков с C-подобным синтаксисом, из них его синтаксис наиболее близок к C++ и Java. Язык имеет статическую типизацию, поддерживает полиморфизм, перегрузку операторов (в том числе операторов явного и неявного приведения типа), делегаты, атрибуты, события, свойства, обобщённые типы и методы, итераторы, анонимные функции с поддержкой замыканий, LINQ, исключения, комментарии в формате XML. Переняв многое от своих предшественников - языков C++, Java, Delphi. С#, опираясь на практику их использования, исключает некоторые модели, зарекомендовавшие себя как проблематичные при разработке программных систем, например, C# не поддерживает множественное наследование классов (в отличие от C++).
Язык программирования C++ - компилируемый статически типизированный язык программирования общего назначения. Поддерживает разные парадигмы программирования, но, в сравнении с его предшественником - языком Си, - наибольшее внимание уделено поддержке объектно-ориентированного и обобщённого программирования. Название «Си++» происходит от Си, в котором унарный оператор ++ обозначает инкремент переменной.В 1990-х годах язык стал одним из наиболее широко применяемых языков программирования общего назначения. При создании Си++ стремились сохранить совместимость с языком Си. Большинство программ на Си будут исправно работать и с компилятором Си++. Си++ имеет синтаксис, основанный на синтаксисе Си.
Достоинства C++ - чрезвычайно мощный язык, содержащий средства создания эффективных программ практически любого назначения, от низкоуровневых утилит и драйверов до сложных программных комплексов самого различного назначения. В частности : Высокая совместимость с языком С, позволяющая использовать весь существующий С-код (код С может быть с минимальными переделками скомпилирован компилятором С++; библиотеки, написанные на С, обычно могут быть вызваны из С++ непосредственно без каких-либо дополнительных затрат, в том числе и на уровне функций обратного вызова, позволяя библиотекам, написанным на С, вызывать код, написанный на С++). Поддерживаются различные стили и технологии программирования, включая традиционное директивное программирование, ООП, обобщенное программирование, метапрограммирование (шаблоны, макросы). Имеется возможность работы на низком уровне с памятью, адресами, портами. Возможность создания обобщённых контейнеров и алгоритмов для разных типов данных, их специализация и вычисления на этапе компиляции, используя шаблоны. Кроссплатформенность. Доступны компиляторы для большого количества платформ, на языке C++ разрабатывают программы для самых различных платформ и систем. Эффективность. Язык спроектирован так, чтобы дать программисту максимальный контроль над всеми аспектами структуры и порядка исполнения программы. Недостатки Отчасти недостатки C++ унаследованы от языка-предка - Си, - и вызваны изначально заданным требованием возможно большей совместимости с Си. Это такие недостатки, как: Синтаксис, провоцирующий ошибки: Препроцессор, унаследованный от С, очень примитивен. Плохая поддержка модульности (по сути, в классическом Си модульность на уровне языка отсутствует, её обеспечение переложено на компоновщик). Подключение интерфейса внешнего модуля через препроцессорную вставку заголовочного файла (#include) серьёзно замедляет компиляцию при подключении большого количества модулей (потому что результирующий файл, который обрабатывается компилятором, оказывается очень велик).
Паскаль . Появившийся в 1972 году язык Паскаль был назван так в честь великого французского математика XVII века, изобретателя первой в мире арифметической машины Блеза Паскаля. Этот язык был создан швейцарским учёным, специалистом в области информатики Никлаусом Виртом как язык для обучения методам программирования. Паскаль – это язык программирования общего назначения. Особенностями языка являются строгая типизация и наличие средств структурного(процедурного) программирования. Паскаль был одним из первых таких языков. По мнению Н. Вирта, язык должен способствовать дисциплинированию программирования, поэтому, наряду со строгой типизацией, в Паскале сведены к минимуму возможные синтаксические неоднозначности, а сам синтаксис интуитивно понятен даже при первом знакомстве с языком. Язык Паскаль учит не только тому, как правильно написать программу, но и тому, как правильно разработать метод решения задачи, подобрать способы представления и организации данных, используемых в задаче. С 1983 года языкПаскаль введён в учебные курсы информатики средних школ США.
Язык программирования Delphi (Дельфи) - среда разработки, использует язык программирования Delphi (начиная с 7 версии язык в среде именуется Delphi, ранее - Object Pascal), разработанный фирмой Borland и изначально реализованный в её пакете Borland Delphi, от которого и получил в 2003 году своё нынешнее название. Object Pascal - по сути является наследником языка Pascal с объектно-ориентированными расширениями. Delphi обеспечивает визуальное проектирование пользовательского интерфейса, имеет развитый объектно-ориентированный язык Object Pascal (позже переименованный в Delphi) и уникальные по своей простоте и мощи средства доступа к базам данных. Язык Delphi по возможностям значительно превзошел язык Basic и даже в чем-то язык C++, но при этом он оказался весьма надежным и легким в изучении (особенно в сравнении с языком C++). В результате, среда Delphi позволила программистам легко создавать собственные компоненты и строить из них профессиональные программы.
Java - объектно-ориентированный язык программирования, разработанный компанией Sun Microsystems - 23 мая 1995 года. Программы на Java транслируются в байт-код, выполняемый виртуальной машиной Java (JVM) - программой, обрабатывающей байтовый код и передающей инструкции оборудованию как интерпретатор. Достоинство подобного способа выполнения программ - в полной независимости байт-кода от операционной системы и оборудования, что позволяет выполнять Java-приложения на любом устройстве, для которого существует соответствующая виртуальная машина. Другой важной особенностью технологии Java является гибкая система безопасности благодаря тому, что исполнение программы полностью контролируется виртуальной машиной. Любые операции, которые превышают установленные полномочия программы (например, попытка несанкционированного доступа к данным или соединения с другим компьютером) вызывают немедленное прерывание. Часто к недостаткам концепции виртуальной машины относят то, что исполнение байт-кода виртуальной машиной может снижать производительность программ и алгоритмов, реализованных на языке Java. В последнее время был внесен ряд усовершенствований, которые несколько увеличили скорость выполнения программ на Java: применение технологии трансляции байт-кода в машинный код непосредственно во время работы программы (JIT-технология) с возможностью сохранения версий класса в машинном коде, широкое использование платформенно-ориентированного кода (native-код) в стандартных библиотеках, аппаратные средства, обеспечивающие ускоренную обработку байт-кода (например, технология Jazelle, поддерживаемая некоторыми процессорами фирмы ARM).
Основные возможности: автоматическое управление памятью; расширенные возможности обработки исключительных ситуаций; богатый набор средств фильтрации ввода/вывода; набор стандартных коллекций, таких как массив, список, стек и т. п.; наличие простых средств создания сетевых приложений (в том числе с использованием протокола RMI); встроенные в язык средства создания многопоточных приложений; параллельное выполнение программ.
Таким образом, в наше время существует множество языков, и у каждого из них свои особенности.