Языки программирования
Эволюция языков программирования. Способы реализации языков. Направления развития языков программирования. Синтаксис, семантика, Тьюринг-полнота и парадигмы. Эзотерические, сверхвысокоуровневые, низкоуровневые и высокоуровневые языки программирования.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.01.2011 |
| Размер файла | 1,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Оглавление
Раздел 1. Язык программирования
Раздел 2. Способы реализации языков
Раздел 3. Эволюция языков программирования
Раздел 4. Направления развития языков программирования
Раздел 5. Классификация языков программирования
Раздел 6. Низкоуровневые языки программирования
Раздел 7. Высокоуровневые языки программирования
Раздел 8. Сверхвысокоуровневые языки программирования
Раздел 9. Синтаксис, семантика, Тьюринг-полнота и парадигмы
Раздел 10. Эзотерические языки программирования
Assembler
Fortran
Algol
Algol 68
Pascal
C (C#, C+)
Python
Java
Ruby
Раздел 1. Язык программирования
Язык программирования - 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 компьютер под ее управлением.
Со времени создания первых программируемых машин человечество придумало уже более восьми с половиной тысяч языков программирования. Каждый год их число пополняется новыми. 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 компьютеру, в то время, как естественные языки используются для общения людей между собой. В принципе, 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 манипулирования структурами данных и управления процессом вычислений.
Раздел 2. Способы реализации языков
Языки программирования могут быть реализованы как компилируемые и интерпретируемые.
Компилятор - программа, предназначенная для трансляции высокоуровневого языка в абсолютный код или, иногда, в язык ассемблера. Входной информацией для компилятора (исходный код) является описание алгоритма или программа на проблемно-ориентированном языке, а на выходе компилятора -- эквивалентное описание алгоритма на машинно-ориентированном языке.
Компиляция - трансляция программы на язык, близкий к машинному либо трансляция программы, составленной на исходном языке, в объектный модуль.
Интерпретатор - языковый процессор, который построчно анализирует исходную программу и одновременно выполняет предписанные действия, а не формирует на машинном языке скомпилированную программу, которая выполняется впоследствии.
Некоторые языки, например, Java и C#, находятся между компилируемыми и интерпретируемыми. А именно, программа компилируется не в машинный язык, а в машинно-независимый код низкого уровня, байт-код. Далее байт-код выполняется виртуальной машиной. Для выполнения байт-кода обычно используется интерпретация, хотя отдельные его части для ускорения работы программы могут быть транслированы в машинный код непосредственно во время выполнения программы по технологии компиляции «на лету» (Just-in-time compilation, JIT). Для Java байт-код исполняется виртуальной машиной Java (Java Virtual Machine, JVM), для C# -- Common Language Runtime.
Подобный подход в некотором смысле позволяет использовать плюсы как интерпретаторов, так и компиляторов. Следует упомянуть также язык Форт (Forth), имеющий и интерпретатор, и компилятор.
Раздел 3. Эволюция языков программирования
Языки программирования претерпели большие изменения с тех пор, как и 40-х годах XX века началось их использование. Первые языки программирования были очень примитивными и мало чем отличались от формализованных упорядочении двоичных чисел, понятных компьютеру. Их называют языками программирования низкого уровня. Использование таких языков было крайне неудобно с точки зрения программиста, так как он должен был знать числовые коды всех машинных команд и собственноручно распределять память под команды программы и данные.
Чтобы упростить общение человека с компьютером, были разработаны языки программирования типа Ассемблер, в которых переменные величины стали изображаться символическими именами, а числовые коды операций были заменены на словесные обозначения, которые легче запомнить. Язык программирования приблизился к человеческому языку, но удалился от языка машинных команд. Поэтому чтобы компьютер мог работать на языке Ассемблера, понадобился транслятор - программа, переводящая текст программы на Ассемблере в эквивалентные машинные команды. Языки типа Ассемблер являются машино-ориентированными, потому что они настроены на структуру машинных команд конкретного компьютера. Разные компьютеры с разными типами процессоров имеют разный Ассемблер.
В 50-х годах XX века в связи с широким применением компьютеров и различных областях науки и техники возникла серьезная проблема: простые пользователи не могли работать с компьютером из-за сложности языков программирования, а профессиональные программисты были не в состоянии обслужить огромное количество пользователей. Решением данной проблемы явилось создание языков программирования высокого уровня, форма записи программ на которых по сравнению с Ассемблером и машинными языками ближе к традиционной математической форме и разговорному языку. Важным преимуществом языков программирования высокого уровня является машинная независимость, поэтому одна и та же программа на таком языке может быть выполнена на компьютерах различных типов, оснащенных соответствующим транслятором.
В 1971 году профессор Н. Вирт из института информатики Швейцарской высшей политехнической школы в Цюрихе разработал новый язык, получивший название Pascal. Язык Pascal основан на Алголе и создавался как учебный язык, в нем строго соблюдена структурная линия программирования. В силу своих достоинств Pascal послужил источником для создания многих современных языков программирования, таких как Ada, С и Modula-2.
Язык С первоначально был разработан для компьютеров, использующих операционную систему UNIX. Он является относительно простым языком, в нем нет операций над символьными строками и списками, но, в отличие от Pascal, в нем заложены возможности непосредственного обращения к некоторым машинным командам, к определенным участкам памяти компьютера. Язык С широко используется как инструментальный язык для разработки операционных систем, трансляторов, баз данных, а также других системных и прикладных программ.
Раздел 4. Направления развития языков программирования
В развитии языков программирования выделяются два основных направления: процедурное и непроцедурное. В процедурных языках программа явно описывает действия, которые необходимо выполнить, а результат задается способом получения его при помощи некоторой процедуры - определенной последовательности действий. Основными средствами, применяемыми в этих языках, являются величины, присваивания, циклы, процедуры. При построении процедурной программы необходимо ясно представлять, какие действия и в какой последовательности будут производиться при ее выполнении. Среди процедурных языков можно, в свою очередь, выделить структурные и операционные языки. В структурных языках одним оператором записываются целые алгоритмические структуры: ветвления, циклы. В операционных языках для этого используется несколько операций. Широкое распространение получили структурные языки Pascal, С, Ada, PL/1 и операционные языки Fortran, Basic, Focal.
Непроцедурное программирование появилось в начале 70-х годов, но его развитие началось в 80-е годы в связи с проектом по созданию компьютеров пятого поколения, целью которого явилась подготовка почвы для создания интеллектуальных машин. 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 разбиваются на еще более простые, и т.д. Один из основных элементов в функциональных языках - рекурсия, т.е. вычисление значения функции через значение этой же функции от других элементов. Наиболее распространенными среди функциональных языков являются Lisp и Refal. Lisp, являющийся языком обработки списков, давно и активно применяется в системах искусственного интеллекта. Refal, построенный на алгоритмах Маркова, удобен для обработки текстов и является единственным из распространенных в мире языков программирования, разработанным в нашей стране.
Можно выделить еще один класс языков программирования - объектно-ориентированные языки сверхвысокого уровня. На таких языках не описывают подробной последовательности действий для решения задачи, хотя они содержат элементы процедурного программирования. Благодаря богатому пользовательскому интерфейсу, предлагают человеку решить задачу в удобной для него форме. Примером такого языка может служить язык программирования визуального общения SmallTalk. Трудно провести четкую границу между системами программирования сверхвысокого уровня и прикладным программным обеспечением. Как те, так и другие системы позволяют работать с ними неквалифицированному пользователю, не являющемуся программистом.
Раздел 5. Классификация языков программирования
1. Машинный язык - отдельный компьютер имеет свой определенный Машинный язык, ему предписывают выполнение указываемых операций над определяемыми ими операндами, поэтому Машинный язык является командным.
2. Языки символического кодирования - является командными. Однако коды операций и адреса в машинных командах, представляющие собой последовательность двоичных или восьмеричных цифр, заменены на символы, форма написания которых помогает программисту легче запоминать смысловое содержание операции.
3. 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 (более развитые назвали Ассемблерами).
4. Макрос - язык, являющийся средством для замены последовательности символов описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ на более сжатую форму. В основном, Макрос предназначен для того, чтобы сократить запись исходной программы.
5. Машино - 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.
6. Проблемно - ориентированные языки - ориентированные на решение определенных проблем, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и получать результаты в требуемой форме.
7. Универсальные языки - созданы для широкого круга задач: коммерческих, научных, моделирования и т.д.
8. Диалоговые языки - программные средства, обеспечивающие оперативное взаимодействие человека с ЭВМ.
9. Непроцедурные языки - составляют группу языков, описывающих организацию данных, обрабатываемых по фиксированным алгоритмам, и языков связи с операционными системами.
Раздел 6. Низкоуровневые языки программирования
Низкоуровневый язык программирования -- язык программирования, близкий к программированию непосредственно в машинных кодах используемого реального или виртуального процессора. Для обозначения машинных команд обычно применяется мнемоническое обозначение. Это позволяет запоминать команды не в виде последовательности двоичных нулей и единиц, а в виде осмысленных сокращений слов человеческого языка.
Иногда одно мнемоническое обозначение соответствует целой группе машинных команд, выполняющих одинаковое действие над разными ячейками памяти процессора. Кроме машинных команд языки программирования низкого уровня могут предоставлять дополнительные возможности, такие как макроопределения (макросы). При помощи директив есть возможность управлять процессом трансляции машинных кодов, предоставляя возможность заносить константы и литеральные строки, резервировать память под переменные и размещать исполняемый код по определенным адресам. Часто эти языки позволяют работать вместо конкретных ячеек памяти с переменными.
Как правило, использует особенности конкретного семейства процессоров. Общеизвестный пример низкоуровнего языка -- язык ассемблера, хотя правильнее говорить о группе языков ассемблера. Более того, для одного и того же процессора существует несколько видов языка ассемблера. Они совпадают в машинных командах, но различаются набором дополнительных функций (директив и макросов).
Также к языкам низкого уровня условно можно причислить MSIL, применяемый в платформе Microsoft .NET, Форт, Java байт-код.
Байт-код - машинно-независимый код низкого уровня, генерируемый транслятором и исполняемый интерпретатором. Большинство инструкций байт-кода эквивалентны одной или нескольким командам ассемблера. Трансляция в байт-код занимает промежуточное положение между компиляцией в машинный код и интерпретацией.
Байт-код называется так, потому что длина каждого кода операции -- один байт, но длина кода команды различна. Каждая инструкция представляет собой однобайтовый код операции от 0 до 255, за которым следуют такие параметры, как регистры или адреса памяти. Это в типичном случае, но спецификация байт-кода значительно различается в разных языках.
Программа на байт-коде обычно выполняется виртуальной машиной. Преимущество -- в портируемости, т. е. один и тот же байт-код может исполняться на разных платформах и архитектурах. То же самое преимущество дают интерпретируемые языки. Однако, поскольку байт-код обычно менее абстрактный, более компактный и более «компьютерный», чем исходный код, эффективность байт-кода обычно выше, чем чистая интерпретация исходного кода, предназначенного для правки человеком. По этой причине многие современные интерпретируемые языки на самом деле транслируют в байт-код и запускают интерпретатор байт-кода.
Раздел 7. Высокоуровневые языки программирования
Высокоуровневый язык программирования -- язык программирования, разработанный для быстроты и удобства использования программистом. Основная черта высокоуровневых языков -- это абстракция, то есть введение смысловых конструкций, кратко описывающих такие структуры данных и операции над ними, описания которых на низкоуровневых языках программирования очень длинны и сложны для понимания.
Так, высокоуровневые языки стремятся не только облегчить решение сложных программных задач, но и упростить портирование программного обеспечения. Использование разнообразных трансляторов и интерпретаторов обеспечивает связь программ, написанных при помощи языков высокого уровня, с различными операционными системами и оборудованием, в то время как их исходный код остаётся, в идеале, неизменным.
Такого рода оторванность высокоуровневых языков от аппаратной реализации компьютера помимо множества плюсов имеет и минусы. В частности, она не позволяет создавать простые и точные инструкции к используемому оборудованию. Программы, написанные на языках высокого уровня, проще для понимания программистом, но менее эффективны, чем их аналоги, создаваемые при помощи низкоуровневых языков. Одним из следствий этого стало добавление поддержки того или иного языка низкого уровня (язык ассемблера) в ряд современных профессиональных высокоуровневых языков программирования.
Примеры: C, C++, Visual Basic, Java, Python, PHP, Ruby, Perl, Паскаль, Delphi. Языкам высокого уровня свойственно умение работать с комплексными структурами данных. В большинстве из них интегрирована поддержка строковых типов, объектов, операций файлового ввода-вывода и т. п.
Первым языком программирования высокого уровня считается Plankalkul разработанный немецким инженером Конрадом Цузе ещё в период 1942 -- 1946 гг. Однако транслятора для него не существовало до 2000 г. Первым в мире транслятором языка высокого уровня является Программирующая Программа , он же ПП-1, успешно испытанный в 1954 г. Однако, широкое применение высокоуровневых языков началось с возникновением Фортрана и созданием компилятора для этого языка (1957).
Раздел 8. Сверхвысокоуровневые языки программирования
Сверхвысокоуровневый язык программирования (VHLL -- very high-level programming language) -- язык программирования с очень высоким уровнем абстракции. В отличие от языков программирования высокого уровня, где описывается принцип «как нужно сделать», в сверхвысокоуровневых языках программирования описывается лишь принцип «что нужно сделать». Термин впервые появился в середине 1990-х годов для идентификации группы языков, используемых для быстрого прототипирования, написания одноразовых скриптов и подобных задач.
Так разработчики Icon описывают его как VHLL. К языкам сверхвысокого уровня также часто относят такие современные скриптовые и декларативные языки как Python, Ruby и Haskell, а также Perl.
Раздел 9. Синтаксис, семантика, Тьюринг-полнота и парадигмы
Синтаксис -- сторона языка программирования, которая описывает структуру программ как наборов символов (обычно говорят -- безотносительно к содержанию). Синтаксису языка противопоставляется его семантика. Синтаксис языка описывает «чистый» язык, в то же время семантика приписывает значения (действия) различным синтаксическим конструкциям. Каждый язык программирования имеет синтаксическое описание.
Чаще всего синтаксис проверяется до компилирования, то есть компилятор не запускается, если в исходном коде программы были найдены ошибки. В интерпретируемых языках программирования проверка синтаксиса проводится перед каждым интерпретированием.
Семантика в программировании -- система правил определения поведения отдельных языковых конструкций.
В теории вычислимости исполнитель (множество вычисляющих элементов) называется тьюринг-полным, если на нём можно реализовать любую вычислимую функцию. Название пошло от Алана Тьюринга, который придумал абстрактный вычислитель -- машину Тьюринга и дал определение множества функций, вычислимых посредством машин Тьюринга.
Парадигма программирования -- это совокупность идей и понятий, определяющая стиль написания программ. Парадигма, в первую очередь, определяется базовой программной единицей и самим принципом достижения модульности программы. В качестве этой единицы выступают определение, действие, правило, диаграмма переходов и др. сущности. В современной индустрии программирования очень часто парадигма программирования определяется набором инструментов программиста, а именно, языком программирования и используемыми библиотеками.
Раздел 10. Эзотерические языки программирования
Эзотерические языки программирования -- вид языков программирования, не предназначенных для практического применения. Образец компьютерного юмора. Они придумываются для развлечения, часто они пародируют «настоящие» или являются абсурдным воплощением «серьёзных» концепций программирования. Некоторые эзотерические языки нарочно ограничены, другие -- универсальны и обладают тьюринговской полнотой. Общее свойство, присущее любому эзотерическому языку -- текст программы на нём понятен лишь «посвящённому», либо непонятен вообще, потому что для составления программы нужно написать программу на обычном языке. В то время, как разработчики «реальных» языков программирования стараются сделать синтаксис максимально понятным, а программирование -- удобным, создатели эзотерических языков обычно ставят перед собой иные задачи. В целом такие языки бесполезны, но программирование на некоторых из них является неплохой тренировкой.
Assembler
Язык ассемблера (также автокод) - язык программирования низкого уровня, мнемонические команды которого соответствуют инструкциям процессора вычислительной системы. Трансляция программы в исполняемый машинный код производится ассемблером (англ. assembler - сборщик) - программой-транслятором, которая и дала языку ассемблера его название.
Fortran
Фортран - первый язык программирования высокого уровня, имеющий транслятор. Название Fortran является аббревиатурой от FORmula TRANslator, то есть, переводчик формул. Фортран широко используется в первую очередь для научных и инженерных вычислений. Одно из преимуществ современного Фортрана -- большое количество написанных на нём программ и библиотек подпрограмм. Среди учёных, например, ходит такая присказка, что любая математическая задача уже имеет решение на Фортране, и, действительно, можно найти среди тысяч фортрановских пакетов и пакет для перемножения матриц, и пакет для решения сложных интегральных уравнений, и многие, многие другие. Ряд таких пакетов создавался на протяжении десятилетий и популярен по сей день.
язык синтаксис семантика программирование
Algol
Алгол (от algorithmic - алгоритмический и language - язык) - название ряда языков программирования, применяемых при составлении программ для решения научно-технических задач на ЭВМ. Разработан комитетом по языку высокого уровня IFIP в 1958--1960 гг. (Алгол-58, Алгол-60); усовершенствован в 1964--1968 гг. (Алгол 68). Алгол относится к языкам высокого уровня и позволяет легко переводить алгебраические формулы в программные команды. Алгол был популярен в Европе, в том числе в СССР, в то время как сравнимый с ним язык Фортран был распространён в США и Канаде.
Algol 68
Алгол 68 - процедурный императивный высокоуровневый язык программирования, потомок языка Алгол, существенно доработанный. Разрабатывался в период 1964-68 годов. Позиционировался как универсальный язык для описания произвольных алгоритмов обработки данных высокой сложности. Отличается большим объёмом, богатством возможностей и сложностью синтаксиса.
Pascal
Паскаль (Pascal) - высокоуровневый язык программирования общего назначения. Один из наиболее известных языков программирования, широко применяется в промышленном программировании, обучении программированию в высшей школе, является базой для большого числа других языков.
C (C#, C+)
Си (C) - стандартизированный процедурный язык программирования. Си был создан для использования в операционной системе UNIX. С тех пор он был портирован на многие другие операционные системы и стал одним из самых используемых языков программирования. Си ценят за его эффективность. Он является самым популярным языком для создания системного программного обеспечения. Его также часто используют для создания прикладных программ. Несмотря на то, что Си не разрабатывался для новичков, он активно используется для обучения программированию.
Python
Python - высокоуровневый язык программирования общего назначения с акцентом на производительность разработчика и читаемость кода. Синтаксис ядра Python минималистичен. В то же время стандартная библиотека включает большой объём полезных функций.
Java
Java - транслирует программу в байт-код, выполняемый виртуальной машиной Java, обрабатывающей байтовый код и передающей инструкции оборудованию как интерпретатор, но с тем отличием, что байтовый код, в отличие от текста, обрабатывается значительно быстрее. Приложения Java могут работать на любой виртуальной Java-машине независимо от компьютерной архитектуры.
Ruby
Ruby (Рубин) - интерпретируемый высокоуровневый язык программирования для быстрого и удобного объектно-ориентированного программирования. Язык обладает независимой от операционной системы реализацией многопоточности, строгой динамической типизацией, сборщиком мусора и многими другими возможностями. Ruby близок по особенностям синтаксиса к языку Perl. Также некоторые черты языка взяты из Python и Лисп.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Сущность и функции языков программирования, их эволюция и оценка популярности различных видов. Особенности компьютерных программ, разработанных на компилируемом, интерпретируемом или смешанном языке. Основные классы и иерархия языков программирования.
презентация [873,4 K], добавлен 23.01.2013Семантика языков программирования. Процедурные и объектно-ориентированные языки программирования. Стандартная библиотека шаблонов. Независимость байт-кода от операционной системы и оборудования и возможность выполнения Java-приложения на любом устройстве.
реферат [50,5 K], добавлен 24.11.2009Эволюция языков программирования от низкого уровня до современности. Языки программирования второго поколения - ассемблер. Императивные, функциональные, логические и объектно-ориентированные языки. Машинная независимость. Парадигмы программирования.
презентация [353,5 K], добавлен 14.10.2013История развития и классификация высокоуровневых языков логического программирования. Определение понятий графического интерфейса, сетевых протоколов и моделей баз данных. Современные системы программирования компании Borland/Inprise и фирмы Microsoft.
курсовая работа [72,3 K], добавлен 11.07.2011Оценка современного этапа развития компьютерных технологий. История развития, классификации, сведения и уровни языков программирования. Обзор современных языков программирования: Си, его разовидности, Паскаль, Фортран, Бейсик - тенденция их развития.
курсовая работа [46,5 K], добавлен 22.12.2010Рассмотрение общих сведений и уровней языков программирования. Ознакомление с историей развития, использования языков программирования. Обзор достоинств и недостатков таких языков как Ассемблер, Паскаль, Си, Си++, Фортран, Кобол, Бейсик, SQL, HTML, Java.
курсовая работа [759,5 K], добавлен 04.11.2014Языки программирования низкого и высокого уровней и среды реализации. Особенности процедурных, логических, объектно-ориентированных языков. Состав системы программирования: трансляторы, библиотеки и отладчик программ, компоновщик, средства редактирования.
презентация [11,9 K], добавлен 23.10.2013Описание современных языков программирования (Паскаль, Ассемблер, С++, Бейсик, Лого, Форт, Пролог, Рефал и Лекс). Понятие, назначение и составные элементы систем программирования (машинно-ориентированных и машинно-независимых систем программирования).
курсовая работа [96,3 K], добавлен 18.08.2010Машинные коды и ассемблер. Первые языки программирования высокого уровня. Язык программирования FORTRAN. Достоинства и недостатки ALGOL. Научные и бухгалтерские программы. Основные принципы, которые соблюдались при создании языка программирования Basic.
курсовая работа [407,4 K], добавлен 21.06.2014Основные сведения о языках программирования и их состав. Программа для компьютера. Использование компилятора и операторы. Языки программирования высокого уровня. Концепции объектно-ориентированного программирования. Языки искусственного интеллекта.
презентация [6,3 M], добавлен 14.08.2013
