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 70‑е 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.