6. Языки программирования и их классификация.
Язык программирования — язык (знаковая система), предназначенный для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, определяющих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (обычно — ЭВМ) под её управлением. Язык программирования предназначен для написания компьютерных программ, которые представляют собой набор правил, позволяющих компьютеру выполнить тот или иной вычислительный процесс, организовать управление различными объектами, и т. п. Язык программирования отличается от естественных языков тем, что предназначен для взаимодействия человека с ЭВМ, в то время как естественные языки используются для общения людей между собой.
Существуют различные классификации языков программирования. 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.
К языкам программирования высокого уровня относят Фортран (переводчик формул), Алгол, Кобол (коммерческий язык – используется, в первую очередь, для программирования экономических задач), Паскаль, Бейсик, Си, Пролог 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.
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.
7. Прикладное программное обеспечение. Ппп ms Office.
Прикладное программное обеспечение – это комплекс программных средств и документации к ним, предназначенных для решения сравнительно узких классов задач в конкретных предметных областях, рассчитанных на определенного потребителя: научно-технических, экономических, инженерных, конструкторских и других специальных задач в различных сферах человеческой деятельности.
Таким образом, каждая прикладная программа (чаще всего именно такие программы называют приложениями) предназначена для решения конкретной задачи в определенной области применения (например: офисные программы, правовые системы, бухгалтерские программы, издательские системы и т.п.).
Пакет прикладных программ – это комплекс программ, предназначенный для решения задач определенного класса (функциональная подсистема, бизнес-приложение).
Различают следующие типы ППП:
· общего назначения (универсальные);
· организации (администрирования) вычислительного процесса
ППП общего назначения – универсальные программные продукты, предназначенные для автоматизации разработки и эксплуатации функциональных задач пользователя и информационных систем в целом.
Метод-ориентированные ППП отличаются тем, что в их алгоритмической основе реализован какой-либо экономико-математический метод решения задачи.
Проблемно-ориентированными ППП называются программные продукты, предназначенные для решения какой-либо задачи в конкретной функциональной области.
ППП отдельных предметных областей. Одним из основных направлений развития софтверной индустрии на протяжении нескольких лет является разработка ППП для различных предметных областей: бухгалтерского учета, финансового менеджмента, правовых систем и т.д.
ППП бухгалтерского учета (ППП БУ). Несмотря на то, что в мире существует более тысячи тиражируемых бухгалтерских пакетов различной мощности и стоимости, российские предприниматели предпочитают отечественные пакеты, более подходящие для условий переходной экономики и быстрой смены законодательных актов, регулирующих порядок бухгалтерского учета. В настоящее время появляется третье поколение российских автоматизированных бухгалтерских систем.
ППП финансового менеджмента (ППП ФМ) появились в связи с необходимостью финансового планирования и анализа деятельности фирм.
ППП правовых справочных систем представляют собой эффективный инструмент работы с огромным объемом законодательной информации, поступающей непрерывным потоком.
ППП глобальных сетей ЭВМ. Основным назначением глобальных вычислительных сетей является обеспечение удобного, надежного доступа пользователя к территориально распределенным общесетевым ресурсам, базам данных, передаче сообщений и т.д.
Для обеспечения организации администрирования вычислительного процесса в локальных и глобальных сетях ЭВМ в более чем 50% систем мира используется ППП фирмы Bay Networks (США), управляющий администрированием данных, коммутаторами, концентраторами, маршрутизаторами, трафиком сообщений.
Классификация языков программирования
Историю компьютерных наук в известной степени можно представить как историю языков программирования, начало развития которых приходится на XIX в., когда английский ученый Чарльз Бэббидж разработал механическую вычислительную машину. Программу для нее, как вам известно, написала леди Ада Лавлейс. Языки программирования в современном понимании фактически начали развиваться с появлением электронных вычислительных машин.
Язык программирования (англ. Programming language) — это искусственный язык, созданный для разработки программ, предназначенных для выполнения на компьютере.
Компьютерная программа (англ. Computer program) — это последовательность команд (инструкций), которые обеспечивает реализацию на компьютере конкретного алгоритма.
Команда (инструкция) — это указание, которое определяет, какое действие (операцию) следует выполнять.
Сегодня можно насчитать более 2 тыс. различных языков программирования и их модификаций, однако лишь отдельные получили широкое признание. Все языки программирования можно условно классифицировать по некоторым основным признакам. Ниже приведена краткая классификация языков программирования:
Рассмотрим подробно классификацию и составные части языков программирования.
По степени зависимости от аппаратных средств
Языки программирования низкого уровня (машинно-ориентированные) — языки, в которых команды и данные учитывают архитектуру компьютера. Такие языки ориентированы на конкретный тип компьютера и учитывают его аппаратные особенности.
Практически каждый тип компьютера имел собственный язык программирования низкого уровня. Одна и та же программа не могла выполняться на компьютере другого типа, что существенно ограничивало возможность обмена программами.
Программы для первых ЭВМ разрабатывали именно на «машинных» языках. Это был сложный процесс, поэтому вскоре появились языка символьного кодирования. Команды подавались уже не двоичным кодом, а символами. Преобразование символьного кода в машинные команды осуществляется автоматически.
Обычно команды современных языков программирования записывают английскими буквами с использованием символов, содержащихся на клавиатуре. Но в компьютере хранятся и выполняются команды, которые представлены физическими сигналами (например, двумя уровнями окончательной магнитной индукции, двумя значениями электрического напряжения, наличием и отсутствием светового луча и т.д.). Значение физических сигналов отождествляются с математическими значениями 0 и 1, то есть двоичными символами.
Программы, которые представлены совокупностью 0 и 1, называют машинными или машинным кодом. Он указывает, какую именно действие следует выполнить процессору.
Используются различные структуры команд. Чаще всего команды состоят из операционной и адресной частей. В операционной части отмечается, действие (операцию) следует выполнить, а в адресной — выполнить над какими именно данными.
Упрощенно команду двоичным или шестнадцатеричным кодом можно записать соответственно так:
В нашем случае код АЗ может быть операционной частью и означать, например, операцию Добавить, а В7 и С5 — адресной частью, которая определяет место хранения данных, над которыми следует выполнить операцию.
Уже на первых этапах развития вычислительной техники началась разработка языков, доступных для широкого круга пользователей и не связанных с конкретным компьютером. Первым языком высокого уровня, получившим признание программистов, был Fortran.
Процесс разработки программ несколько облегчился, когда к языкам символьного кодирования начали включать макрокоманды, реализуемые последовательностью из нескольких машинных команд. К разновидностям языков символьного кодирования принадлежат языки ассемблер и машинных кодов.
Языки программирования высокого уровня (машинно-независимые) — языки, на которых программы могут использоваться на компьютерах различных типов и которые более доступны человеку, чем языки низкого уровня.
Первым языком высокого уровня, который получил широкое признание среди программистов мира, был Fortran. Он был разработан корпорацией IBM (США) в 1954 году. Язык Фортран приближен к языку алгебры и ориентирован на решение вычислительных задач. В 1960 году группой ученых разных стран создан язык Algol-60, тоже ориентированный на решение вычислительных задач.
По принципам программирования
По принципам программирования различают процедурные, непроцедурные языки и языки объектно-ориентированного программирования.
Процедурные языки основаны на описании последовательной смены состояния компьютера, то есть значения ячеек памяти, состояния процессора и других устройств. Они манипулируют данными в пошаговом режиме, используя пошаговые инструкции. В процедурных языках выдерживают четкую структуризацию программ, поэтому их еще называют языками структурного программирования. К таким языкам относятся Fortran, Algol, Pascal, BASIC и др.
Процедурные языки полностью удовлетворяют потребности разработки небольших программ и программ средней сложности. Но в начале 80-х годов XX века объем и сложность программ достигли уровня, который требовал новых концептуальных подходов к программированию.
Непроцедурные языка эффективны для программирования поиска данных в больших объемах, а также для программирования задач, процесс решения которых невозможно описать точно (перевод, распознавание образов). В этих языках сама процедура поиска решения встроена в интерпретатор языка. К таким языкам относятся языки функционального и логического программирования.
В конце XX в. была презентована новая методика программирования, получила название объектно-ориентированного программирования (ООП). То есть начали развиваться языки, содержащие конструкции, позволяющие определять объекты, принадлежащие к классам и имеющие средства для работы с абстрактными типами данных. К таким языкам относятся C ++, Java, C #, Python и др. Сегодня языки ООП практически вытеснили с рынка профессионального программирования процедурные языки.
По ориентации на класс задач
Языки программирования делятся на универсальные и специализированные.
Универсальные языки предназначены для решения широкого класса задач. К таким языкам относятся PL/1, Algol, Pascal, С и др. Особым классом универсальных языков является визуальные среды программирования: VisualBasic, Delphi и др.
Специализированные языки учитывают специфику предметной области. В настоящее время существуют десятки специализированных языков программирования, например, языки веб-программирования, языки скриптов и др. Язык скриптов используется для создания небольших вспомогательных программ, например Javascript — для создания динамических объектов на веб-страницах. Языки разметки содержат шаблоны и средства описания содержания, структуры и формата электронных документов, например язык HTML обеспечивает разметку гипертекстового документа. Языка для работы с базами данных обеспечивают создание и сопровождение баз данных.
Отметим, что не все из перечисленных языков в классическом понимании являются языками программирования. Так, язык HTML является языком разметки гипертекста, но его также часто называют языком программирования.
День программиста отмечается в 256-й день года (в високосный год это 12 сентября, а в не-високосный — 13 сентября). Выбор объясняется тем, что это число символическое, оно тесно связано с компьютерами, но не ассоциируется с конкретными лицами или кодами специальностей. Число 256 соответствует количеству символов, которые можно представить с помощью одного байта.
Начиная с 60-х годов XX века развитие языков программирования происходит как путем специализации, так и путем универсализации.
Одним из первых специализированных языков был COBOL, разработанный в США в 1961 году и ориентированый на решение экономических задач. Впоследствии появились десятки различных специализированных языков, например, Simula — язык моделирования, LISP — язык для информационно-логических задач, RPG — речь для решения учебных задач и тому подобное.
Составляющие части языка программирования
Любой язык программирования высокого уровня, как и любой другой язык, имеет основные составляющие:
Алфавит
Набор символов, из которых образуются команды программы и другие конструкции языка.
Синтаксис
Совокупность правил записи команд и других конструкций языка.
Нарушение правил синтаксиса определяется автоматически, о чем программист получает сообщение.
Семантика
Совокупность правил толкования и выполнения конструкций языка программирования.
Например, два кода, приведенные далее, имеют одинаковую логику (выполняют одинаковые действия), результаты их выполнения тоже одинаковые. Но семантически коды разные: