История языков программирования. - раздел Информатика, Информатика Языки Программирования Разработаны Так, Чтобы Они Позволяли Записать Алгоритм...
Языки программирования разработаны так, чтобы они позволяли записать алгоритм в форме, понятной человеку и легко преобразуемой в команды машинного языка. Языки программирования позволяют избежать лабиринта регистров, адресов памяти и машинных циклов в процессе разработки программы сосредоточиться на решаемой задаче.
В основе ранних ПК лежал принцип хранимой программы, и в процессе программирования программист записывал все алгоритмы на машинном языке (языки программирования первого поколения). При программировании на машинном языке все элементы, входящие в команду, записываются в виде двоичных кодов. Так записываются и выполняемые операции, и адреса ячеек, в которых содержатся команды, и исходные данные, и результаты.
Первым шагом в устранении этих сложностей был отказ от использования чисел для представления кода операций и операнда, используемых в машинном языке. С этой целью кодам операций стали назначать мнемонические имена. Например, вместо кода загрузки программист мог написать LD (от LOAD). Для операндов были созданы правила, по которым можно были присваивать описательные имена (идентификаторы) ячейкам памяти и использовать их вместо адресов ячеек памяти в командах. Но затем программу все равно переводили на машинный язык вручную.
Потом были созданы программы, транслирующие программу, записанную в мнемонической форме, в машинный код. Такие программы называются ассемблерами (язык программирования второго поколения). Название ассемблер (сборщик) происходит от основной функции этих программ – собирать машинные команды, переводя мнемонические имена операций и идентификаторы операндов в коды команд и коды операндов. Мнемонические системы для представления программ были признаны языками программирования и названы языками ассемблера. Когда появились первые языки ассемблера, они казались гигантским шагом по направлению к более совершенным методам программирования.
Хотя языки второго поколения и имели большое преимущество перед машинными языками, им все же не удалось стать окончательной средой программирования. Примитивы, которые использовались в языках ассемблера, в сущности, ничем не отличались от примитивов, применяемых в соответствующих машинных языках. Различие заключалось только в синтаксических структурах, использовавшихся для их представления. Поэтому программа, написанная на языке ассемблера, является машинно-зависимой, то есть команды программы выполняются в соответствии с характеристиками отдельной машины. Программу, написания на языке ассемблера, нельзя перенести на машину с другой архитектурой. Для этого ее нужно переписать, чтобы она соответствовала конфигурации регистров и набору команд новой машины.
Другой недостаток языков ассемблера заключается в том, что хотя программисту и не приходится записывать команды в виде последовательности битов, он все-таки вынужден мыслить в небольших шагах машинного языка. Данная ситуация аналогична использованию при проектировании дома таких понятий, как доска, гвоздь, кирпич и т. д., вместо понятий комната, окно и т.п.
Говоря проще, элементарные примитивы, из которых, в конце концов, строится продукт, не обязательно должны использоваться при разработке этого продукта. В процессе проектирования лучше применять примитивы более высокого уровня, каждый из которых представляет собой понятие, связанное с одной из главных характеристик продукта. По окончании проектирования эти примитивы можно перевести в понятия более низкого уровня, имеющие отношение к деталям выполнения.
Следуя этим принципам, специалисты в области вычислительной техники начали разрабатывать языки программирования, более подходящие для создания программного обеспечения, чем языки ассемблера. В результате возникли языки программирования высокого уровня, которые отличались от своих предшественников тем, что в них использовались машинно-независимые примитивы высокого уровня. Известным примерами таких языков являются FORTRAN, разработанный для создания научных и инженерных прикладных программ, и COBOL, созданный военно-морским ведомством США для прикладных программ в бизнесе. Главным при разработке языков третьего поколения было создание набора примитивов высокого уровня, с помощью которых можно создавать программное обеспечение. Каждый из примитивов был построен так, что его можно выполнить как последовательность примитивов низкого уровня, входящих в машинный язык.
После определения (разработки) набора примитивов была написана программа, преобразующая программу, записанную с помощью этих примитивов, в программу на машинном языке. Такая программа называется транслятором. Трансляторы были очень похожи на ассемблеры второго поколения, только им приходилось объединять несколько машинных команд в короткие последовательности, чтобы имитировать действия, выраженные одним примитивом высокого уровня. Такие транслирующие программы часто называют компиляторами.
Интерпретатор, в отличие от компилятора, выполняет программу по мере ее ввода и не записывает транслируемую программу для последующего выполнения. То есть интерпретатор выполняет команды, как только они получены, а не создает копию программы, записанную на машинном языке, чтобы выполнить ее позже.
Современные трансляторы способны работать в режиме и интерпретатора, и компилятора. При разработке и отладке программы транслятор работает обычно в режиме интерпретатора, а при получения готовой исполняемой программы - в режиме компилятора.
Процесс преобразования программы с языка высокого уровня в машинные команды называется трансляцией. Программа в первоначальной форме называется исходной программой, преобразованная программа называется объектной. Процесс трансляции включает в себя три стадии: лексический анализ (лексический анализатор), синтаксический анализ (синтаксический анализатор) и генерацию объектного кода (генератор объектного кода). В процессе лексического анализа распознаются цепочки символов, которые представляют собой отдельные элементы, и классифицируются согласно тому, являются ли они числовыми значениями, арифметическими операторами, словами и т.д. (например, число 347, слово for). По мере классификации элементов лексический анализатор порождает цепочки битов – лексемы, и передает их синтаксическому анализатору. Синтаксический анализатор рассматривает программу как совокупность лексем и его задача состоит в том, чтобы сгруппировать эти элементы в отдельные высказывания. В большинстве языков программирования для обозначения конца высказывания используются знаки пунктуации, а для обозначения отдельных конструкций – ключевые (зарезервированные) слова. Последняя стадия трансляции программы – это генерация кода, т.е. создание команд машинного языка, выполняющих выражения, распознанные синтаксическим анализатором. Процессы лексического и синтаксического анализа и генерации кода в ЭВМ протекают одновременно.
Объектная программа, полученная после трансляции исходной программы, часто является только кусочком целой программы. Соединение объектных программ выполняется компоновщиком. Компоновщик связывает объектные программы, полученные в результате трансляции, процедуры операционной системы и другое обслуживающее программное обеспечение и создает исполняемую программу (загрузочный модуль, обычно с расширением .exe), которая сохраняется на запоминающем устройстве ЭВМ. Для выполнения оттранслированной программы загрузочный модуль помещается в память программой, которая называется загрузчиком и часто является частью планировщика операционной системы.
Таким образом, подготовка программы на языке высокого уровня к выполнению состоит из трех этапов: трансляции, компоновки и загрузки. После завершения трансляции и компоновки программу можно загрузить и выполнять, не возвращаясь к ее исходной версии. Если программу необходимо изменить, то все изменения производятся в исходной программе, которая затем снова транслируется и создается новый загрузочный модуль, содержащий внесенные изменения.
Существует тенденция группировать транслятор и другие программы, использующиеся в процессе разработки программного обеспечения, в пакеты, которые функционируют как одна система. Такую систему можно отнести к прикладному программному обеспечению. Используя такую систему, программист получает доступ к редактору для написания программ, транслятору для перевода программы на машинный язык и большому количеству инструментов отладки. Редактор обычно структурирует текст программы согласно правилам используемого языка, иногда распознает и дописывает зарезервированные слова. [1, 8]
Все темы данного раздела:
Информационная система.
Система – множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность (единство). Системный подход
История развития вычислительных машин.
Развитие вычислительных машин можно разделить на следующие этапы:
1) механический – абак, счеты, логарифмическая линейка, арифмометры, механические вычислительные машины;
2) элект
Механический этап.
Абак – доска, посыпанная тонким слоем песка, не ней можно писать буквы и цифры. Впоследствии на доске появились углубления, по которым перемещали кости и камешки.
Одним из первых вычислите
Электромеханический этап
Исследователем, использовавшим идею Жаккарда (ткацкий станок), был Герман Холлерит (1860-1929), который применил способ кодирования информации в виде отверстий на бумажных картах для ускорения проц
Электронный этап
По-видимому, первой электронной машиной была машина Атанасова-Берри, построенная в период с 1937 по 1941 год в колледже штата Айова Джоном Атанасовым и его ассистентом Клиффордом Бери. Скоро послед
Микроэлектронный этап
Первый шаг к уменьшению размеров ЭВМ стал возможен с изобретением в 1948 году транзисторов. До появления интегральных схем транзисторы изготовлялись по отдельности и в процессе сборки схем соединял
Представление информации в виде двоичного кода в памяти ЭВМ.
В современной компьютерной науке информация представляется как последовательность битов. Бит – двоичный разряд – является одним из двух чисел – 0 или 1, которые рассматриваются просто как символы,
Представление изображений.
В современных компьютерных системах хранится не только текстовая и числовая информация, но и графическая, звуковая и видеоинформация. По сравнению с методами хранения символов и чисел способы предс
Аппаратное обеспечение ЭВМ.
Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую аппаратный состав ПК, так и программно–математическое обеспечение. Основы учения об архитектуре вычислительных машин и принципы логического
Хранение данных в памяти ЭВМ.
Различают устройства хранения информации, реализованные в виде электронных схем, и накопители информации, при помощи которых данные записываются на какой-либо носитель, например магнитный или оптич
Память.
Виды памяти показаны на рис. 1.2. Внутренняя памятьсостоит из оперативного и постоянного запоминающего устройства.
ПЗУ и внешняя память.
Из-за зависимости от питания (обнуляется при отключении питания) и ограниченного размера оперативной памяти большинство машин снабжены устройствами хранения данных (mass storage sistem), которые вк
Процессор.
Кроме способности хранить данные, компьютер должен обладать способностью обрабатывать их так, как это предписано алгоритмом. Это значит, что машина должна иметь средства выполнения операций над дан
Шины и контроллеры.
Для передачи двоичного кода центральный процессор и оперативная память компьютера соединены набором проводников, который называется шиной. С помощью этой шины процессор может извле
Конструктивное исполнение.
Состав ПК принято называть конфигурацией. Поскольку современные компьютеры имеют блочно-модульную конструкцию, то необходимую аппаратную конфигурацию, можно реализовать из готовых
Периферийные устройства.
Периферийные устройства — это устройства, с помощью которых информация или вводится в компьютер, или выводится из него. Они также называют внешними или устройствами ввода-вывода да
Устройства ввода информации.
Клавиатура- основное устройство ввода информации. Расположение латинских букв на ней соответствует расположению клавиш на латинской печатной машинке (т.н. клавиатура QWERTY- по пер
Устройства вывода информации.
Дисплей (монитор) - основное устройство вывода информации. Дисплеи бывают основанными на электронно-лучевой трубке (обычном кинескопе), жидких кристаллах (lcd, англ. Liquid crystal
Устройства связи.
Модем (модулятор-демодулятор) – устройство, преобразующее информацию к виду, в котором ее можно передавать по линиям связи, в частности - по телефонным линиям. Модемы бывают внутре
Операционная система.
Операционная система – программа, которая управляет общими действиями машины (ЭВМ) или группы машин, объединенных в сеть. Операционная система обеспечивает связь пользователей с ПК
Компоненты операционной системы.
Часть операционной системы, которая определяет интерфейс между операционной системой и пользователем, называется оболочкой. Задача оболочки состоит в том, чтобы взаимодейств
Алгоритм — это упорядоченный набор однозначных выполнимых шагов.
Обратите внимание на то, что это определение утверждает, что набор шагов должен быть упорядочен. Это означает, что шаги в алгоритме должны быть структурированы, то есть должны выпо
Представление алгоритма.
Для представления алгоритма используется язык представления: естественный, картинок, блок-схем и т.д. При естественном представлении алгоритм можно понять неправильно, потому что и
Типовые структуры алгоритмов.
Различают три типовые структуры алгоритмов: линейную; разветвленную; циклическую. Чаще всего алгоритмы решаемых задач состоят из отдельных частей, которые, в свою очередь, относятся к одной или дру
Алгоритмы сортировки.
Для решения многих задач необходимо упорядочить исходные данные по определенному признаку. Алгоритмы сортировки отличаются друг от друга степенью эффективности, под которой понимается количество ср
Алгоритмы поиска.
Алгоритм последовательного поиска последовательно рассматривает элементы списка в том порядке, в котором они расположены в списке. Стоит задача найти
Эффективность и правильность алгоритмов.
Хотя современные машины способны выполнять миллионы команд в секунду, эффективность остается главной проблемой при построении алгоритмов. Один из разделов вычислительной техники называется анализ а
Парадигмы программирования.
В основе разделения языков программирования на поколения лежит линейная шкала. Позиция языка на этой шкале определяется тем, насколько пользователь свободен от ненужной информации и в какой степени
Структура программы на Паскале.
Программа на языке Паскаль состоит из строк, максимальная длина которой может быть равна 127 символам. Строка может начинаться с любой колонки. Количество операторов в строке произвольно.
Тело функции
END;
3. раздел операторов, т.е. сама программа. Операторы выполняются в том порядке, в котором они записаны в соответствии с синтаксисом и правилами пунктуации языка Паскаль. Слова BEGIN и
Правила пунктуации.
1) точка с запятой не ставиться после зарезервированных слов unit, label, uses, type, const, var и ставиться после завершения каждого описания;
2) точка с запятой не ставиться после begin
Алфавит и словарь языка.
Символы языка – элементарные знаки, используемые для составления текстов. Они составляют алфавит языка. Программа на Паскале формируется с помощью конечного набора знаков, образующих алфавит языка,
Константы и переменные, типы данных.
Как и другие языки программирования, Паскаль интерпретирует данные как константы и переменные. Они определяются идентификаторами (именами), по которым к ним можно обращаться в программе.
Процедуры ввода-вывода.
Для выполнения операций ввода-вывода служат четыре процедуры: READ, READLN, WRITE, WRITELN. Примеры использования этих процедур приведены в этой главе и в ранее рассмотренных примерах 6, 7, 9,11.
Работа с файлами.
Как уже говорилось выше в пособии рассматривается работа только с текстовыми файлами. Для организации текстового файла прежде всего необходимо в разделе описаний объявить соответствующую файловую п
Процедуры и функции.
Подпрограммой называется именованная логически законченная группа операторов языка программирования, которую можно вызвать по имени для выполнения любое количество раз из различных
Типы текстовых редакторов.
Большинство документов, предназначенных для печати на бумаге, а также многие электронные документы являются текстовыми, то есть представляют собой блоки текста, состоящие из обычных слов, набранных
Текстовый процессор Word.
Типы шрифтов. Существуют два типа шрифтов: растровые (Туре 1) и векторные (ТrueТуре). Растровые шрифты имеют фиксированный размер и предназначены в первую очередь для вывода на экр
Табличный процессор Excel.
Интерфейс Excel (рис. 3.7) состоит из шести областей:
- окно рабочей книги (рабочий лист);
- строка меню;
- панелей инструментов (например, панель формат
Копирование и перемещение данных.
Выделение ячеек производится с целью обозначения диапазона или ячейки, к которым должна относиться следующая команда или функция. Наименьшая структурная единица выделенного диапазо
Управление данными. Сортировка и фильтрация.
В Ехсеl можно сортировать ячейки по возрастанию и убыванию. Для сортировки сначала выберите диапазон ячеек, данные в которых надо отсортировать, а затем нажмите на одну из кнопок с
Использование расширенного фильтра.
Над диапазоном, который будет использоваться, как диапазон условий должно быть не менее трех пустых строк. Диапазон условий должен включать заголовки столбцов (которые можно скопировать из основной
Построение диаграмм и графиков.
Графики и диаграммы – наиболее эффективный способ представления данных. Они облегчают восприятие и анализ предлагаемых материалов, выявляют соотношение значений данных и динамику изменения ряда дан
Печать документов.
Экранное представление электронной таблицы обычно значительно отличается от того, которое получилось бы при выводе данных на печать. Это связано с тем, что единый рабочий лист приходится разбивать
Разработка программного обеспечения.
Исследования в области программного обеспечения в настоящее время развиваются в двух плоскостях: некоторые исследователи, которых называют практиками, разрабатывают методы создания приложений, а др
Структуры данных.
Оперативная память ПК организована в виде отдельных ячеек с последовательными адресами. Однако часто бывает удобно представлять эти ячейки в виде других структур данных. Например, записи о продажах
Файловые структуры.
Хранение файла на запоминающем устройстве предписывает, что файл должен быть разделен на блоки, являющиеся физическими записями, совместимыми с используемым устройством хранения. Например, файлы, з
Структуры баз данных.
Современные информационные системы, основанные на концепции интеграции данных, характеризуются огромными объёмами хранимых данных, сложной организацией, необходимостью удовлетворять различные требо
Модели баз данных.
Абстрактное представление базы данных называется моделью базы данных. Модель базы данных определяет структуру данных и операции их обработки. Поиски наилучшей модели базы данных все еще ведутся. Це
Реляционная модель.
В этой модели концептуальное представление базы – набор таблиц, состоящих из строк и столбцов. СУБД в таком случае будет включать процедуры, которые позволят приложению выбирать определенные элемен
Иерархическая модель.
Модель позволяет строить базы данных с древовидной структурой, где каждый узел содержит свой тип данных (рис. 3.18).
Для представления такой модели используется ориентированный граф. Граф
Сетевая модель.
В сетевой структуре при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом (рис. 3.19).
Системы управления базами данных (СУБД).
Как упомянуто выше, СУБД называют программную систему, предназначенную для создания на компьютерах общей БД, используемой для решения множества задач. Подобные системы служат для поддержания базы д
Microsoft Access - СУБД реляционного типа.
СУБД Access хранит все данные в одном файле, хотя и распределяет их по разным таблицам. Базой данных Access является файл, который имеет расширение mdb. Этот файл может содержать не только таблицы,
Тип данных.
После ввода имени поля необходимо задать тип данных, которые будут находиться в этом поле. Наиболее удобным способом является выбор типа из списка, но можно ввести наименование типа и вручную. Как
Ввод и проверка данных.
Данные можно вводить непосредственно в таблицу (выбрав Таблица - Открыть) или с помощью созданной формы.
При работе в режиме таблицы существуют три операц
Сортировка и фильтрация данных.
Операция сортировки данных используется для удобства нахождения нужной информации. Когда на экране (или на бумаге) отображается таблица, гораздо легче найти нужную строку, если эти
Создание форм.
Форма представляет собой некий электронный бланк, в котором имеются поля для ввода данных. Оператор при работе с базой данных вводит данные в эти поля, и данные автоматически заносятся в таблицы ба
Создание запросов.
Большинство СУБД разрешают использовать запросы следующих типов:
- запрос-выборка, предназначенный для отбора данных, хранящихся в таблицах, и не изменяющий эти данные;
- запрос-и
Автоматизация расчетов с помощью запросов.
Access позволяет автоматизировать различного рода вычисления. Например, процесс пересчета цены товара в рублях на денежные эквиваленты в иностранных валютах. Такие расчеты бывают необходимыми в тор
Понятие макрокоманды и макроса.
Макросом называют набор из одной или более команд, выполняющих определенные, часто используемые операции, например, открытие форм или печать отчетов. Макросы могут быть полезны для
Компьютерные сети.
Создание компьютерных сетей было вызвано потребностью совместного использования информации у людей, работающих на удаленных друг от друга компьютерах.
Компьютерная сеть (а
Интернет.
Интернет - глобальная компьютерная сеть. Интернет был создан довольно давно (в 50гг. 20 века) и развивался как ведомственная сеть, принадлежащая министерству обороны США. В 1983г.
Система адресов Интернета.
Каждому компьютеру в Интернете присваивается уникальный адрес, который называется IP-адресом (Internet Protocol адрес) и используется для идентификации машины в сети. Система IP-ад
Электронная почта.
Для передачи сообщений от одного пользователя к другому (такая система называется электронной почтой — e-mail) каждое локальное руководство назначает машину, которая выполняет все действия по обраб
Гипертекстовые документы.
Кроме того, что Интернет предоставляет возможность коммуникации с помощью электронной почты, он также является средством распространения мультимедийных документов, которые называются гиперт
Защита информации.
В вычислительной технике понятие безопасности является весьма широким. Оно подразумевает и надежность работы компьютера, и сохранность ценных данных, и защиту информации от внесения в нее изменений
Новости и инфо для студентов