Языки программирования

1.3. Автокоды

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.

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. Более полная информация об языке  Ассемблера см. ниже.

1.4. Макрос

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 макроопределяющий и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов-выдача выходного текста. Макрос одинаково может работать, как с программами, так и с данными.

2. Машинно-независимые языки

Машинно-независимые языки – 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 и ВС.

Подобные  языки получили название высокоуровневых  языков программирования. Программы, составляемые на таких языках, 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 машинный язык.

Т.о., 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.

2.1.  Проблемно – ориентированные  языки

С расширением  областей применения вычислительной техники  возникла необходимость формализовать  представление постановки и решение  новых классов задач. Необходимо было создать такие языки программирования, которые, используя в данной области  обозначения и терминологию, позволили  бы описывать требуемые алгоритмы  решения для поставленных задач, ими стали проблемно – ориентированные  языки. Эти языки, языки ориентированные  на решение определенных проблем, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и четко  формулировать задачу и получать результаты в требуемой форме.

Проблемных языков очень много, например:

1. Фортран, Алгол – языки, созданные для решения математических задач;
2. Simula, Слэнг - для моделирования;
3. Лисп, Снобол – для работы со списочными структурами.

2.2. Универсальные языки

Универсальные языки были созданы для широкого круга задач: коммерческих, научных, моделирования и т.д. Первый универсальный  язык был разработан фирмой IBM, ставший в последовательности языков PL/1. Второй по мощности универсальный язык называется Алгол-68. Он позволяет работать с символами, разрядами, числами с фиксированной и плавающей запятой. PL/1 имеет развитую систему операторов для управления форматами, для работы с полями переменной длины, с данными организованными в сложные структуры, и для эффективного использования каналов связи. Язык учитывает включенные во многие машины возможности прерывания и имеет соответствующие операторы. Предусмотрена возможность параллельного выполнение участков программ.

Программы в  PL/1 компилируются с помощью автоматических процедур. Язык использует многие свойства Фортрана, Алгола, Кобола. Однако он допускает не только динамическое, но и управляемое и статистическое распределения памяти.

2.3. Диалоговые языки

Появление новых  технических возможностей поставило  задачу перед системными программистами - создать программные средства, обеспечивающие оперативное взаимодействие человека с ЭВМ их назвали диалоговыми языками.

Эти работы велись в двух направлениях. Создавались  специальные управляющие языки  для обеспечения оперативного воздействия  на прохождение задач, которые составлялись на любых раннее неразработанных (не диалоговых) языках. Разрабатывались  также языки, которые кроме целей  управления обеспечивали бы описание алгоритмов решения задач.

Необходимость обеспечения оперативного взаимодействия с пользователем  потребовала сохранения в памяти ЭВМ копии исходной программы  даже после получения объектной  программы в машинных кодах. При  внесении изменений в программу  с использованием диалогового языка  система программирования с помощью  специальных таблиц устанавливает  взаимосвязь структур исходной и  объектной программ. Это позволяет  осуществить требуемые редакционные изменения в объектной программе. Одним из примеров диалоговых языков является Бэйсик.

Бэйсик использует обозначения подобные обычным математическим выражениям. Многие операторы являются упрощенными вариантами операторов языка Фортран. Поэтому этот язык позволяет решать достаточно широкий  круг задач.

2.4. Непроцедурные языки

Непроцедурные языки составляют группу языков, описывающих  организацию данных, обрабатываемых по фиксированным алгоритмам (табличные  языки и генераторы отчетов), и  языков связи с операционными  системами.

Позволяя  четко описывать как задачу, так  и необходимые для её решения  действия, таблицы решений дают возможность  в наглядной форме определить, какие условия должны быть выполнены  прежде чем переходить к какому-либо действию. Одна таблица решений, описывающая  некоторую ситуацию, содержит все  возможные блок-схемы реализаций алгоритмов решения.

Табличные методы легко осваиваются специалистами  любых профессий.

Программы, составленные на табличном языке, удобно описывают сложные ситуации, возникающие  при системном анализе.

Эволюция  языков программирования

В развитии инструментального программного обеспечения  рассматривают пять поколений языков программирования. Языки программирования как средство общения человека с ЭВМ от поколения к поколению улучшали свои характеристики, становясь все более доступными в освоении непрофессионалам.

Первые три  поколения языки программирования характеризовались более сложным на бором зарезервированных слов и синтаксисом.

Языки четвертого поколения все еще требуют соблюдения определенного синтаксиса при на писании программ, но он значительно легче для освоения.

Естественные  языки программирования, разрабатываемые в настоящее время, составят пятое поколение и позволят определять необходимые процедуры обработки информации, используя предложения языка, весьма близкого к естественному и не требующего соблюдения особого синтаксиса.

Поколения	Языки программирования	Характеристика
Первое	Машинные	Ориентированы на использование в  конкретной ЭВМ, сложны в освоении, требуют хорошего знания архитектуры  ЭВМ
Второе	Ассемблеры, Макроассемблеры	Более удобны для использования, но,   по-прежнему машинно-зависимы
Третье	Языки высокого уровня	Мобильные, человеко-ориентированные, проще в освоении
Четвертое	Непроцедурные, объектно-ориентированные, языки запросов, параллельные	Ориентированы на непрофессионального пользователя и на ЭВМ с параллельной архитектурой
Пятое	Языки искусственного интеллекта, экспертных систем и баз знаний, естественные языки	Ориентированы на повышение интеллектуального уровня ЭВМ и интерфейса с языками

Языки программирования первого поколения представляли собой набор машинных команд в двоичном (бинарном) или восьмеричном формате, который определялся архитектурой конкретной ЭВМ.

Каждый тип  ЭВМ имел свой языки программирования, программы на котором были пригодны только для данного типа ЭВМ. От программиста при этом требовалось хорошее знание не только машинного языка, но и архитектуры ЭВМ.

Второе поколение языков программирования характеризуется созданием языков ассемблерного типа (ассемблеров, макроассемблеров), позволяющих вместо двоичных и других форматов машинных команд использовать их мне монические символьные обозначения (имена). Являясь существенным шагом вперед, ассемблерные языки все еще оставались машинно-зависимыми, а программист все также должен был быть хорошо знаком с организацией и функционированием аппаратной среды конкретного типа ЭВМ.

При этом ассемблерные программы все так же затруднительны для чтения, трудоемки при отладке и требуют больших усилий для переноса на другие типы ЭВМ. Однако и сейчас ассемблерные языки используются при необходимости разработки высокоэффективного программного обеспечения (минимального по объему и с максимальной производительностью).

Третье поколение языков программирования начинается с появления в 1956 г. первого языка высокого уровня — Fortran, разработанного под руководством Дж. Бэкуса в фирме IBM. За короткое время Fortran становится основ ным ЯП при решении инженерно-технических и научных задач. Первоначально Fortran обладал весьма ограниченными средствами обеспечения работы с символьной информацией и с системой ввода-вывода. Однако постоянное развитие языка сделало его одним из самых распространенных ЯВУ на ЭВМ всех классов — от микро - до супер ЭВМ, а его версии используются и для вычислительных средств нетрадиционной параллельной архитектуры.

1. Ассемблер

Язык Ассемблера – это символическое представление машинного языка. Он облегчает процесс программирования по сравнению с программированием в машинных кодах.

Программисту  не обязательно употреблять настоящие  адреса ячеек памяти с размещенными в них данными, участвующими в  операции, и вычисляемые результаты, а также адреса тех команд, к  которым программа не обращается.

Некоторые задачи, например, обмен с нестандартными устройствами обработки данных сложных  структур невозможно решить с помощью  языков программирования высокого уровня. Это под силу ассемблеру.

В принципе, язык Ассемблер является машинным языком. И программист реализующий какую-либо задачу на языках высокого уровня, с помощью Ассемблера может определить осмыслено ли решение данной задачи, с точки зрения использования ЭВМ.

Умея разобраться  в распечатке языка ассемблера, дает возможность облегчить поиск  ошибок в программах, т.к. некоторые  языки являются компиляторами (см. п. 1.2.).

2. Лисп

Один из самых  старых языков программирования Фортран  был создан в 50-х гг. нашего века. Фортран и подобные ему языки программирования (Алгол, ПЛ/1) предназначались для решения вычислительных задач, возникающих в математике, физике, инженерных расчетах, экономике и т.п. Эти языки в основном работают с числами.

Второй старейший  язык программирования Лисп (List Information Symbol Processing), Дж. Маккарти в 1962 г. скорее для работы со строками символов, нежели для работы с числами. Это особое предназначение Лиспа открыло для программистов новую область деятельности, известную ныне, как «искусственный интеллект». В настоящее время Лисп успешно применяется в экспертных системах, системах аналитических вычислений и т.п.

Обширность  области возможных приложений Лиспа вызвала появление множества различных диалектов Лиспа. Это легко объяснимо: применение Лиспа для понимания естественного языка требует определенного набора базисных функций, отличных, например, от используемого в задачах медицинской диагностики.

Существование множества различных диалектов Лиспа привело к созданию в начале 80-х гг. Common LISP Комитета, который должен был выбрать наиболее подходящий диалект Лиспа и предложить его в качестве основного. Этот диалект, выбранный Комитетом в 1985г., получил название Common LISP . В дальнейшем он был принят в университетах США, а также многими разработчиками систем искусственного интеллекта, в качестве основного диалекта языка Лисп.

Язык программирования Лисп существенно отличается от других языков программирования, таких, как Паскаль, Си и т.п. Работа с символами и работа с числами как с основными элементами требует разных способов мышления.

Первоначально Лисп был задуман как теоретическое средство для рекурсивных построений, а сегодня он превратился в мощное средство, обеспечивающее программиста разнообразной поддержкой, позволяющей ему быстро строить прототипы весьма и весьма серьезных систем.

Профессор Массачусетского  технологического института Дж. Самман заметил, что математическая ясность  и предельная четкостьЛиспа –  это еще не все. Главное – Лисп позволяет сформулировать и запомнить «идиомы», столь характерные для проектов по искусственному интеллекту.

 

 

3. Фортран

Одним из первых и наиболее удачных компиляторов стал язык Фортран, разработанный фирмой IBM. Профессор Дж. Букс и группа американских специалистов в области программирования в 1954 году опубликовало первое сообщение о языке. Дословно, название языка FORmulae TRANslation – преобразование формул.