Алгоритмический язык - формальный язык, используемый для записи, реализации или изучения алгоритмов. Основные служебные слова алгоритмического языка

Fortran (Фортран). Это первый компилируемый язык, созданный в 50-е годы. В Фортране впервые был реализован ряд важнейших понятий программирования. Удобство создания программ было положено в основу возможностей языка. Фортран продолжает активно использоваться во многих организациях.

Cobol (Кобол). Это компилируемый язык для применения в экономической области и решения бизнес - задач, разработанный в начале 60-х годов. В Коболе были реализованы очень мощные средства работы с большими объемами данных, хранящимися на различных внешних носителях.

Algol (Алгол). Компилируемый язык, созданный в 1960г. В 1968г. была создана версия Алгол 68, по своим возможностям и сегодня опережающая многие языки программирования.

Pascal (Паскаль). Язык Паскаль, созданный в конце 70-х годов, во многом напоминает Алгол, но в нем ужесточен ряд требований к структуре программы и имеются возможности, позволяющие успешно применять его при создании крупных проектов. Дальнейшим развитием этого языка явилась более эффективная версия – Object Pascal, который лег в основу современного объектно-ориентированного языка программирования Delphi.

Basic (Бейсик). Этот язык по популярности занимает первое место в мире. Для этого языка имеются и компиляторы, и интерпретаторы. Он создавался в 60-х годах в качестве учебного языка и очень прост в изучении. Дальнейшим развитием этого языка явился язык объектно-ориентированного программирования (ООП) VISUAL BASIC FOR APPLICATION

С (Си). Данный язык был создан в лаборатории Bell (США). Он планировался для замены ассемблера, чтобы иметь возможность создавать столь же эффективные и компактные программы, и в то же время не зависеть от конкретного типа процессора. Язык Си во многом похож на Паскаль и имеет дополнительные средства для прямой работы с памятью (указатели). На этом языке в 70-е годы написано множество прикладных и системных программ и ряд известных операционных систем (Unix).

C++ (Си++). Этот язык, являющийся объектно-ориентированным, - расширение языка Си был разработан в 1980 г. В нем реализовано множество новых мощных возможностей, которые позволили резко повысить производительность труда программистов, однако создание сложных и надежных программ требует от разработчиков профессиональной подготовки высокого уровня.

Java (Ява). Этот язык был создан компанией Sun (США) в начале 90-х годов на основе Си++. Он призван упростить разработку приложений на основе Си++ путем исключения из него всех низкоуровневых возможностей. Главная особенность этого языка - компиляция не в машинный код, а в платформенно-независимый байт-код (каждая команда занимает один байт). Этот байт-код может выполняться с помощью интерпретатора - виртуальной Java-машины JVM (Java Virtual Machine), версии которой созданы сегодня для любых платформ. Особое внимание в развитии этого языка уделяется двум направлениям: поддержке всевозможных мобильных устройств и микрокомпьютеров, встраиваемых в бытовую технику; созданию платформенно - независимых программных модулей, способных работать на серверах в глобальных и локальных сетях с различными операционными системами.

C#. По технологическим показателям подобен языку Java и находится между компилируемыми и интерпретируемыми языками. Программа компилируется не в машинный язык, а в машинно-независимый код низкого уровня, байт-код. Далее байт-код выполняется виртуальной машиной.

Области применения современных ЭВМ настолько обширны и разнообразны, что существует большое число специализированных языков в различных областях науки и техники. Например, язык программирования баз данных SQL, язык разметки гипертекста HTML, язык программирования задач компьютерного инженерного анализа APDL системы ANSYS и другие.

Языки программирования баз данных

Эта группа языков отличается от алгоритмических языков, прежде всего решаемыми задачами. База данных - это файл (или группа файлов), представляющий собой упорядоченный набор записей, имеющих единообразную структуру и организованных по единому шаблону (как правило, в табличном виде). База данных может состоять из нескольких таблиц. Удобно хранить в базах данных различные сведения из справочников, картотек, журналов бухгалтерского учета и т. д. Для этого был создан структурированный язык запросов SQL (Structured Query Language). Он основан на мощной математической теории и позволяет выполнять эффективную обработку баз данных, манипулируя не отдельными записями, а группами записей.

Для управления большими базами данных и их эффективной обработки разработаны СУБД (Системы Управления Базами Данных). Практически в каждой СУБД помимо поддержки языка SQL имеется свой уникальный язык, ориентированный на особенности этой СУБД и не переносимый на другие системы. Сегодня в мире насчитывается пять ведущих производителей СУБД: Microsoft (SQL Server), IBM (DB2), Oracle, Software AG (Adabas), Informix и Sybase. Их продукты нацелены на поддержку одновременной работы тысяч пользователей в сети, а базы данных могут храниться в распределенном виде на нескольких серверах.

С появлением персональных компьютеров были созданы так называемые настольные СУБД. Родоначальником современных языков программирования баз данных для ПК принято считать СУБД dBase II, язык которой был интерпретируемым. Затем для него были созданы компиляторы, появились СУБД FoxPro и Clipper, поддерживающие диалекты этого языка. Сегодня похожие, но несовместимые версии языков семейства dBase реализованы в продуктах Visual FoxPro фирмы Microsoft и Visual dBase фирмы Inprise.

Языки программирования для Интернета

С активным развитием глобальной сети было создано немало популярных языков программирования, адаптированных специально для Интернета. Все они отличаются характерными особенностями: языки являются интерпретируемыми, интерпретаторы для них распространяются бесплатно, а сами программы - в исходных текстах. Такие языки называют скрипт-языками .

HTML. Общеизвестный язык для оформления документов. Он очень прост и содержит элементарные команды форматирования текста, добавления рисунков, задания шрифтов и цветов, организации ссылок и таблиц. Все Web-страницы написаны на языке HTML или используют его расширения.

Perl. Был разработан в 80-х годах Ларри Уоллом. По мощности Perl значительно превосходит языки типа Си. В него введено много часто используемых функций работы со строками, массивами, всевозможные средства преобразования данных, управления процессами, работы с системной информацией и др.

VRML. Был создан в1994 г. для организации виртуальных трехмерных интерфейсов в Интернете. Он позволяет описывать в текстовом виде различные трехмерные сцены, освещение и тени, текстуры (покрытия объектов), вращать в любых направлениях, масштабировать, регулировать освещенность и т. д.

Языки моделирования

При создании программ и формировании структур баз данных нередко применяются формальные способы их представления - формальные нотации, с помощью которых можно визуально представить таблицы баз данных, поля, объекты программы и взаимосвязи между ними в системе, имеющей специализированный редактор и генератор исходных текстов программ на основе созданной модели. Такие системы называются CASE-системами. В них активно применяются нотации IDEF, а в последнее время все большее распространение получает UML.

Языки визуального программирования интерфейса

Программирование вручную привычных пользователю окон, кнопок, меню, обработка событий мыши и клавиатуры, включение в программы изображений и звука требовало все больше и больше времени программиста. Выход из этой ситуации обозначился благодаря двум подходам.

Первый - стандартизация многих функций интерфейса, благодаря чему появилась возможность использовать библиотеки, имеющиеся, например, в Windows. В итоге при смене стиля графического интерфейса приложения смогли автоматически приспосабливаться к новой системе без какого-либо перепрограммирования.

Вторым революционным шагом явилось появление визуального программирования, возникшего в Visual Basic и нашедшего блестящее воплощение в Delphi и С++Builder фирмы Borland. Визуальное программирование позволило свести проектирование пользовательского интерфейса к простым и наглядным процедурам, которые дают возможность за минуты или часы сделать то, на что ранее уходили месяцы работы.

Из универсальных языков программирования сегодня наиболее популярны следующие: Бейсик (Basic), Паскаль (Pascal), Си++ (C++), Ява (Java), Дельфи (Delphi), С#. Для каждого из этих языков программирования сегодня имеется немало систем программирования, выпускаемых различными фирмами. Наиболее популярны следующие визуальные среды быстрого проектирования программ для Windows:

Basic: Microsoft Visual Basic;

Pascal: Borland Delphi;

C++: Borland C++Bulider;

Java: Symantec Cafe.

Для разработки серверных и распределенных приложений можно использовать систему программирования Microsoft Visual C++, продукты фирмы Borland, практически любые средства программирования на Java.

Основные этапы технологии программирования

Технологии программированиявключают следующие основные этапы: постановка задачи, разработка математической модели, разработка алгоритма, программирование, отладка программы, передача программы в эксплуатацию и научно-техническое сопровождение (НТС) программы, завершение жизненного цикла:

Постановка задачи

На этом этапе определяются основные цели и функции, выполнение которых должна обеспечивать программа, исходные данные, требования к исходным данным, выходные данные. Математическая постановка задачи сводится к точному описанию исходных данных, условий задачи и целей ее решения с использованием математических выражений в общем виде. При этом должен применяться системный подход , то есть предмет должен быть исследован всесторонне, учтены все внешние и внутренние связи и их влияние на конечные результаты. Задача представляется в виде «черного ящика», на вход которого поступают исходные данные, ограничения на входные параметры, требования к входным и выходным параметрам, а выходом является значения результирующих параметров.

Разработка математической модели

На данном этапе производится декомпозиция задачи, формализация, разработка математической модели, выбор метода решения. Под декомпозицией понимается разделение задачи на простые блоки, каждый из которых может разрабатываться самостоятельно и связан с другими частями программы только входными и выходными данными. Для деления задачи на блоки чаще всего используется функциональный подход. Например, в каждой вычислительной задаче можно выделить такие блоки, как ввод данных, вычислительный блок, блоки сохранения результатов вычислений на дисках, анализа результатов вычислений, графического представления результатов вычислений, печати результатов.

Разработка алгоритма программы

На этом этапе разрабатывается алгоритм решения задачи. Разработка алгоритма предполагает определение состава функциональных модулей и формирование общей схемы алгоритма, разработку алгоритмов функциональных модулей. В зависимости от сложности задачи алгоритм представляют вначале в общем виде (укрупненном). Затем каждый из блоков алгоритма разбивается на более мелкие задачи таким образом, чтобы на конечном этапе получить базовые схемы алгоритмов. Такой метод проектирования называется нисходящей разработкой алгоритма (проектирования).

Основные подходы к разработке алгоритмов и программ: структурное проектирование; информационное моделирование предметной области и связанных с ней приложений; объектно-ориентированное проектирование.

В основе структурного проектирования лежит последовательная декомпозиция, целенаправленное структурирование на отдельные составляющие. Типичными методами структурного проектирования являются: нисходящее проектирование, кодирование и тестирование программ; модульное программирование; структурное программирование.

Модульное программирование основано на понятии модуля. Модуль – логически взаимосвязанная совокупность функциональных элементов, оформленных в виде отдельных программных модулей, имеющих один вход и один выход. Структурное программирование основано на модульной структуре программного продукта и типовых управляющих структурах алгоритмов обработки данных различных программных модулей. Структурное программирование применяется в основном при программировании отдельных модулей и заключается в переводе алгоритма программы на алгоритмический язык с использованием определенных конструкций языка программирования.

Информационное моделирование предметной области и связанных с ней приложений предполагает определение состава и способа представления исходных данных и результатов вычислений.

Объектно-ориентированное проектирование основано на использовании при программировании объектов − функциональных программных модулей, которые на экране монитора представлены в виде элементов, например, кнопок, списков, переключателей и т. п., обладающих определенной совокупностью свойств, методов и событий.

Программирование

Программа – упорядоченная последовательность команд (предписаний) компьютера для решения задач. В общетеоретическом плане программирование – это теоретическая и практическая деятельность, связанная с созданием программы. В узком смысле под программированием понимается запись алгоритма с использованием команд и операторов одного из языков программирования – кодирование.

Отладка программы

Отладка программы заключается в проверке правильности функционирования алгоритма решения задачи с помощью контрольных примеров – тестов, результаты решения которых заранее известны; устранении обнаруженных синтаксических и логических ошибок.

Научно-техническое сопровождение

Научно-техническое сопровождение программы предусматривает контроль над работой программы и устранение ошибок, обнаруженных в процессе эксплуатации, доработку программы и ее совершенствование в соответствии с требованиями заказчика.

Свойства алгоритмов

Алгоритм - это точно определенная (однозначная) последователь­ность простых (элементарных) действий, обеспечивающих решение любой задачи из некоторого класса. Алгоритмам характерны следующие общие свойства:

1) дискретность - алгоритм можно разделить на отдельные шаги (дей­ствия), выполнение каждого из которых возможно только после заверше­ния всех операций на предыдущем шаге;

2) детерминированность - совокупность промежуточных величин на любом шаге однозначно определяется системой величин, имевшихся на предыдущем шаге;

3) элементарность шагов - закон получения последующей системы величин из предыдущей должен быть простым и локальным;

4) направленность - если способ получения последующих величин из каких-либо исходных не приводит к результату, то должно быть указано, что следует считать результатом алгоритма;

5) массовость - начальная система величин может выбираться из
некоторого множества (т.е. один алгоритм может применяться для
решения класса задач).

Формализация представления алгоритмов

Поскольку лю­бой алгоритм является набором входных, промежуточных и выходных данных, то для его описания и системы правил преобразования служит оп­ределенный язык. Естественные языки являются изменчивыми, неодно­значными и избыточными и не подходят для записи алгоритмов, требую­щих однозначной определенности. Наиболее простой путь устранения этих недостатков - построение искусственных языков со строгим синтаксисом и полной смысловой определенностью. Такие языки получили название формальных.

В любом языке можно выделить две составляющих - синтак­сис и семантику.

Синтаксис (грамматика языка) - совокупность правил, согласно кото­рым в данном языке строятся конструкции.

Семантика - смысловая сторона языка, соотносит единицы и конст­рукции языка с некоторым внешним миром, для описания которого язык используется.

Синтаксис формального языка задается некоторой системой правил, которая из небольшого набора исходных конструкций порождает все до­пустимые их комбинации, т.е. язык образуется как множество разрешен­ных правилами сочетаний исходных конструкций. Кроме того, синтаксис содержит формулировку условия, которое выполняется для законченных конструкций языка и не выполняется в противном случае. Наиболее на­глядным способом описания формального языка является синтаксическая диаграмма.

Синтаксическая диаграмма - схема (графическое представление) описания какого-либо нетерминального символа языка-объекта. Схема всегда имеет один вход и один выход, а её элементы соединяются между собой направленными линиями, указывающими порядок следования объ­ектов в определенном нетерминальном символе.

В представлении алгоритмов можно выделить две основные формы: символьную (словесную) и графическую.

Строчная фор­ма записи является основным способом представления алгоритмов последовательностью строк, каждая из кото­рых содержит описание одного или нескольких элементарных действий. Логика алгоритма (порядок действий) задается в явном виде путём указания метки последующей строки (в виде порядковых чисел или букв), или в не­явном - по умолчанию передается строке, следующей за выполненной. Данный способ позволяет записать алгоритмическую нотацию для любого исполнителя - как человека, так и технического устройства. Недостатком строчной формы является неудобство целостного восприятия его логиче­ской структуры.

Формами строчной записи алгоритмов являются:

1) пошагово-словесная форма - пронумерованная последовательность строк, содержащих описания конкретных действий на естественном языке;

2) формула - строчная запись действий, обеспечивающих обработку числовых, символьных или логических данных;

3) псевдокод - ориентированный на исполнителя «человек» частично формализованный язык, позволяющий записывать алгоритмы в форме, близкой к англоподобным языкам программирования;

4) язык программирования - искусственный формализованный язык, предназначенный для записи алгоритма для исполнителя «компьютер», метаязыком которого является естественный язык.

Графическая форма записи или блок-схема для представления отдель­ных блоков алгоритма использует набор геометрических фигур согласно требованиям ГОСТ 19.701–90 «Схемы алгоритмов, программ, данных и систем, условные обозначения и правила выполнения Единой системы программной документации». Достоинство данной формы записи заключается в на­глядности: блок-схема позволяет охватить весь алгоритм сразу, отследить различные варианты его исполнения, позволяет сделать записи, как на ес­тественном, так и на формальном языках.

Процедурное, объектно-ориентированное и логическое программирование

Поскольку ассемблер - машинно-зависимый язык, то записанная на нем программа может выполняться только на той технике (тем типом про­цессора), ассемблер которого был использован. Этот недостаток отсутст­вует у языков высокого уровня, которые ориентированы не на систему ко­манд той или иной машины, а на систему операторов, характерных для за­писи определенного класса алгоритмов (операторы присваивания, условные операторы, циклы, операторы ввода-вывода).

Таблица 1.3 Различия концепций программирования

Контрольные вопросы:

1. Что включает в себя базовое программное обеспечение?

2. Какие программные средства относятся к прикладному прог-

раммному обеспечению?

3. Назовите классификационные признаки операционных систем.

4. Назовите наиболее известные операционные системы, применяемые на персональных компьютерах.

5. Что такое файловая система, для чего она предназначена?

6. Что такое файл?

7. Что такое имя, расширение и спецификация файла? Приведите примеры записи спецификации файла.

8. Назовите наиболее распространенные расширения имен файлов. Что они означают?

9. Поясните, что такое маска. Приведите примеры использования масок.

10. Что такое атрибут файла, какие атрибуты имеет файл?

11. Что такое каталог? Какая информация в нем содержится?

12. Что такое спецификация файла? Приведите примеры.

2 ОСНОВНЫЕ ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Язык программирования – это искусственный язык. От естественного языка он отличается ограниченным числом слов, значения которых понятны транслятору и очень строгими правилами записи команд или оператора. Совокупность этих требований образует синтаксис языка . А смысл каждой команды и других конструкций языка- это его семантика . Нарушение формы записи программы приводит к выдаче транслятором сообщения о синтаксической ошибке , но правильно написанное, но не отвечающее алгоритму использование команд приводит к семантическим ошибкам .(к лог. ош) Процесс поиска ошибок в программе называется тестированием , а процесс устранения – отладкой .

транслятором .

Компилятор Интерприт . Сразу берут операторы с текста программы анализируют его структуру и затем сразу его выполняют. Только после успешного выполнения текущего оператора интерпретатор перейдёт к следующему. При этом если один и тот же оператор повторяется многократно, интерпретатор всякий раз анализирует его как в первый. С помощью интерпритатора можно в любой момент остановить работу программы, исследовать содержимое памяти, организовать диалог с пользователем, т е интерпритатор полезен как инструмент на изучение программирования. В реальных системах программирования совмещены технологии компиляции и интерпритации. Пр: в процессе отладка программы может выполняться по шагам.на получение не объектного кода для отладки.

Существует 3 этапа:

компиляция – создание объектного файла *.obj

Подключаем с помощью USES

Язык программирования ориентированный на конкретный тип процессора наз языком программирования низкого уровня, т е операторы языка ориентированы на конкретные команды процессора(Ассемблер- самый низкий уровень, он представляет каждую команду машинного кода с помощью условного обозначения- мнемоники) Однозначное преобразование одной машинной инструкции в одну команду ассемблера наз транслитирацией. Подобные языки применяют для написания системных приложений, драйверов и модулей стыковки с нестандартным оборудованием.

Языки программирования высокого уровня значительно ближе и понятнее человеку, чем компьютеру. Особенность архитектур не учитывается, => программы на этих языках можно перенести на другие платформы, где есть трансляторы.

Поколения :

I 50х 1ый язык ассемблера, сделанный по принципу 1строка 1 инструкция. (несимволический)

II к 50х Символический ассемблер, введено понятие переменной(она даёт относительный адрес), можно сказать первый полноценный язык программирования.

III 60е годы Пошли языки высокого уровня Fortran, Basic, Pascal и т.д. Резко повысилась производительность труда программиста.

VI нач. 70х Продолжается период языков предназначенных для реализации крупных проектов, для повышения скорости надёжности. -Проблемно ориентированные языки, языки ориентированные на большие специальные задачи (узкую специальную область). В них встраиваются мощные операторы, позволяющие одной строкой писать сложные функциональности (СУБД).

V с 90х годов визуальные языки – создавались как система автоматической разработки прикладных программ с помощью визуальных средств разработки. В идеале – визуальные средства, которыми могут пользоваться и непрограммисты. Два аспекта 1- использование визуальных компонентов, 2 – кодирование.

Система программирования :

Включает в себя все необходимое для создания и отладки программ

текстовый редактор

компилятор (перевод с высокого кода в машинный код) общее совместимое расширение *.obj

редактор связи – компоновщик (Link).

Исходный текст программы состоит из нескольких модулей, каждый из которых компилируется в отдельные файлы, эти объектные файлы объединяют в единое целое, кроме того добавляют машинные коды подпрограмм реализующие стандартные ф-ии, они содержатся в стандартных библиотеках, поставляемых вместе с компилятором, подпрограмма которая имеет эти коды (system.tpu – в Паскале). Линковщик (компоновщик) собирает программу воедино, включая все запрограммированные программы и стандартные подпрограммы, вычисляет реальные адреса.

Все объединения выполняют в требуемом формате (формат задается видом ОС) итогом является файл с расширением *.exe, идет размещение в реальной памяти ОЗУ, только тогда можно запустить исполняемый файл. Результат работы компоновщика – загрузочный модуль с расширением *.exe, *.com.

Наличие библиотек стандартных функций.

В системе программирование должно быть наличие отладчика – выполнение программы по шагам, наблюдая, как меняется значение переменной.

Уровни языков программирования:

Языки близки к нашему разговору, требуется состыковка с некоторым нестандартным оборудованием. Чтобы программа занимала мало памяти и время выполнения, была более быстродействующей- тогда обращаются к ассемблированию.

Фортран – сугубо инженерный язык. Проги оч компактны. Язык использ только профессионально

CABOL – бухгалтерский язык есть Англ. Рус. Версии

Algol (68)- был призван заменить фотран, но из-за сложности структуры распр не получил

Pascal – взял идеи Algol, ужесточились требования к структ прогр

С – изнач-но разраб-ся как массовый и планиров-ся для замены asm, имеет дополнит ср-ва

С++ - объектно-ориентиров-е расширение С

Java - создав-ся на основе С++. Попытались исключить из С++ низкоуровнев возм-ти. Особенность – компиляция не в машинный код, а в платформно независимый байт код.

Языки программирования для Internet – html, perl, vrml

Визуальные оболочки:

Basic – 1 место популярности в мире создавался для обучения.Microsoft Visual Basic

Pascal – Delphi – популярен для работы с БД Borland Delphi

Html, perl, php – для Интернета

C++ Borland C++ Builder

Java Symantec Cafe(сотовые телефоны, быт техника)

2.Трансляторы: назначение, классификация, примеры. Этапы прохождения программ на ЭВМ

Транслятор: компилятор и интерпретатор. Для получения работающей программы текст необходимо перевести в машинный код для этого обращаются к программе переводчику, к-ый наз транслятором .

Компилятор – получает объектный код. Это программы, к-ые обрабатывают весь программный текст, т е исходный код. Сначала он просматривает текст в поиске синтаксических ошибок, затем выполняется некоторый смысловой анализ после чего текст автоматически переводится или транслируется на машинный язык. Не редко при генерировании машинного кода выполняется оптимизация с помощью набора методов, позволяющих повысить быстродействие программы. В результате законченная программа, к-ая наз объектным кодом получается компактной и эффективной и может быть перенесена на другие компьютеры с процессором, поддерживающим соответствующий машинный код. Интерприт . Сразу берут операторы с текста программы, анализируют его структуру и затем сразу его выполняют. Только после успешного выполнения текущего оператора интерпретатор перейдёт к следующему. При этом если один и тот же оператор повторяется многократно, интерпретатор всякий раз анализирует его как в первый. С помощью интерпретатора можно в любой момент остановить работу программы, исследовать содержимое памяти, организовать диалог с пользователем, т е интерпретатор полезен как инструмент на изучение программирования. В реальных системах программирования совмещены технологии компиляции и интерпретации. Пр: в процессе отладка программы может выполняться по шагам. на получение не объектного кода для отладки.

Существует 3 этапа:

Исходный текст программы на яз паскаль должен быть сохранен в файле с расширением.pas. Этот файл подвергают обработке компилятором, и результатом является объектный код, автоматически сохраняемый в файле с расширением.tpu (turbo Pascal unit), программа обрабатывается компоновщиком – получается загрузочный модуль, автоматически сохраняемый в файле с расширением.exe. Далее программа идет на выполнение (в процессе могут быть подключены исходные данные), далее получаем результаты.

компиляция – создание объектного файла *.obj, *.tpu

компоновка – создает исполняемый файл *.ехе

выполнение- результат формируемые этапами

После компиляции в Delphi получаем расширение *.dcu – статическая библиотека

Подключаем с помощью USES

Объектно-ориентированное программирование

Объектно-ориентированное программирование - технология программирования, при которой программа рассматривается как набор дискретных объектов, содержащих, в свою очередь, наборы структур данных и процедур, взаимодействующих с другими объектами.

Паскаль, Visual Basic, Java

С точки зрения принципов программирования языки программирования можно разбить на 3 группы: процедурные, функциональные и логические

Основой всех языков программирования являются процедурные языки, поскольку в основе работы компьютера (центрального процессора) на самом низком уровне лежит возможность исполнять только примитивные команды, явно указывающие, что делать процессору. Языки других типов можно рассматривать как надстройки над процедурными языками программирования. В этих языках (функциональные и логические) заложены и реализованы определенные математические модели, позволяющие более эффективно программировать некоторые специфические типы задач. Но трансляторы (компиляторы), библиотеки и другие средства этих языков программирования все равно реализованы посредством процедурных языков программирования.

Процедурные языки программирования

Программа состоит из последовательности императивных команд (явно, задающих какие преобразования выполнять над данными). Данные хранятся в виде переменных.

Логические языки программирования

Языки программирования данного типа основываются на формальной логике и булевой алгебре. Программа не содержит в себе явных алгоритмов. Задаётся описание условий задачи и логических соотношений, по которым система программирования строит дерево вывода и находит решения задачи.

Функциональные языки программирования

Функциональное программирование основывается на использование списков и функций. Переменные могут отсутствовать вообще.

Примером процедурного языка является язык программирования Паскаль. Язык Пролог является логическим языком программирования, а язык Лисп есть функциональный язык программирования.

Программы на логических и функциональных языках программирования обладают относительно низким быстродействием из-за сложности реализации.

Языки низкого уровня(машинный код и Ассемблер) являются по принципам работы процедурными языками программирования. Но, это языки такого низкого уровня, что к ним даже не подходит термин “процедурные”. Скорее, лучше называть их императивными языками программирования.

Большинство современных процедурных языков программирования развивается в направлении объектно-ориентированного программирования.

Объектно-ориентированное программирование

Переменные и функции группируются в объекты и классы. Благодаря этому достигается более высокий уровень структуризации и абстракции программы. Одни объекты (классы) могут порождаться от других объектов (классов). В объектно-ориентированных языках имеют место такие понятия как наследование, полиморфизм и позднее связывание.

Особое место занимает язык программирования Java. Это обуславливается 2-мя его великолепными свойствами. Во-первых, реализация этого языка не привязана к конкретной архитектуре вычислительного устройства (компьютера, мобильного телефона и так далее) и конкретной операционной системе. Программа на языке Java транслируется в промежуточной код, который может быть выполнен на любом компьютере, на котором запущена виртуальная Java-машина. Чтобы перенести Java-программу на новый тип компьютера, не нужно переписывать транслятор для языка Java и другие средства разработки. Более того, не нужно иметь исходные тексты Java-программ и выполнять их перекомпиляцию. Достаточно переписать для новой архитектуры компьютера виртуальную Java-машину и запускать на ней Java-приложения в промежуточном коде, одним и тем же для любых архитектур компьютеров.

Во-вторых, на языке Java можно разрабатывать не только стандартные программы, но и особые виды приложений, так называемые апплеты и сервлеты, которые естественным образом встраиваются в Интернет-приложения (HTML-страницы и в Web-сервера). Это придает Java очень высокую степень автономности и делает его языком программирования будущего. Java является процедурным, объектно-ориентированным языком программирования.

Отдельно из процедурных языков программирования выделяются параллельные языки программирования. Эти языки предназначены для создания программ, которые могут более полно использовать потенциал многопроцессорных компьютеров. Программа на параллельном языке программирования описывает несколько процессов, которые независимо друг от друга выполняются каждый на своем процессоре и в нужный момент обмениваются данными. Примером низкоуровневого языка языка программирования для транспьютеров (особый вид параллельных компьютеров) является язык программирования Occam. Примером высокоуровневого языка программирования с поддержкой параллелизма является язык программирования Модула-2. По всей видимости, параллельные языки программирования уходят в прошлое и их функции по распараллеливанию программ реализуются либо на уровне процессоров (многоядерные процессоры), либо эти функции берут на себя операционные системы.

Скриптовые (тэговые)-декларативные языки программирования

В последнее время получили широкое распространение тэговые языки описания различных структур данных, преимущественно связанных с передачей информации через Интернет. Одним из таких языков является XML - тэговый язык описания древовидных структур с аттрибутами, используемый при построении различных типов документов. XML постепенно заменяет собой HTML, на его основе строятся файлы в формате MS Word и PDF-файлы. Для преобразования XML-файлов, например, для переформатирования его по новому шаблону, был разработан опять же тэговый язык XSLT. Структура XSL-файл (файл XSLT-преобразований) полностью соответствует спецификации XML. По своей сути, XSLT является языком функционального программирования.

В языке Паскаль, как и в большинстве языков программирования, предусмотрены средства, позволяющие оформлять вспомогательный алгоритм как подпрограмму. Это бывает необходимо тогда, когда какой-либо подалгоритм неоднократно повторяется в программе или имеется возможность использовать некоторые фрагменты уже разработанных ранее алгоритмов. Кроме того, подпрограммы применяются для разбиения крупных программ на отдельные смысловые части в соответствии с модульным принципом в программировании.

Для использования подалгоритма в качестве подпрограммы ему необходимо присвоить имя и описать алгоритм по правилам языка Паскаль. В дальнейшем, при необходимости вызвать его в программе, делают вызов подпрограммы упоминанием в нужном месте имени соответствующего подалгоритма со списком входных и выходных данных. Такое упоминание приводит к выполнению входящих в подпрограмму операторов, работающих с указанными данными. После выполнения подпрограммы работа продолжается с той команды, которая непосредственно следует за вызовом подпрограммы.

В языке Паскаль имеется два вида подпрограмм - процедуры и функции .

Процедуры и функции помещаются в раздел описаний программы. Для обмена информацией между процедурами и функциями и другими блоками программы существует механизм входных и выходных параметров . Входными параметрами называют величины, передающиеся из вызывающего блока в подпрограмму (исходные данные для подпрограммы), а выходными - передающиеся из подрограммы в вызывающий блок (результаты работы подпрограммы).

Одна и та же подпрограмма может вызываться неоднократно, выполняя одни и те же действия с разными наборами входных данных. Параметры, использующиеся при записи текста подпрограммы в разделе описаний, называют формальными , а те, что используются при ее вызове - фактическими .

Формат описания процедуры имеет вид:

Procedure имя процедуры (формальные параметры ); раздел описаний процедуры begin исполняемая часть процедуры end;

Формат описания функции:

Function имя функции (формальные параметры ):тип результата ; раздел описаний функции begin исполняемая часть функции end;

В функциях можно объявлять свои переменные, эти переменные называются локальными , то есть могут использоваться только в функции в которой объявлены.

При выходе из функции они уничтожаются.

Если же объявить переменную вне всяких функций (такие переменные называются глобальными ), то её можно использовать во всех функциях без объявления.

Структуры данных определяют классификацию данных и отношения между ними. Структуры могут быть простыми (элементарными) и сложными (составными). Различают следующие структуры: константу, переменную, массив, запись и таблицу. Константу и переменную можно считать элементарными данными, единичными, неделимыми элементами более сложных систем организации данных.

Константа - это число, текст или логическое значение, которые не изменяются в процессе реализации алгоритма, решения задачи на компьютере.

Переменная - это единица организации данных, которой в процессе обработки информации могут присваиваться различные значения. Переменная имеет имя - идентификатор и тип: числовой, символьный (литерный, строковый), логический. Переменные могут сопровождаться словами, указывающими на их тип.

Массив - это объединенное одним именем (идентификатором массива) множество однотипных элементов. К основным параметрам массивов относят его тип (числовой, символьный, логический),размерность (одномерный, двухмерный и т.д.)и размер (количество элементов массива в каждом измерении).

Рекурсия - это такая организация алгоритма, при которой процедура обращается к самой себе. Сама процедура называется рекурсивной.

Классификация и характеристика программного обеспечения

Работой компьютера управляет программа. Все программы компьютера, которые хранятся в его внешней памяти, образуют программное обеспечение (ПО).

Классификация языков программирования.

Существуют различные классификации языков программирования.

По наиболее распространенной классификации все языки программирования, в соответствии с тем, в каких терминах необходимо описать задачу, 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.

Машинно–ориентированные языки – это языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.).

К языкам программирования высокого уровня относят Фортран (переводчик формул – был разработан в середине 50–х годов программистами фирмы IBM и в основном используется для программ, выполняющих естественно – научные и математические расчеты), Алгол , Кобол (коммерческий язык – используется, в первую очередь, для программирования экономических задач), Паскаль , Бейсик (был разработан профессорами Дармутского колледжа Джоном Кемени и Томасом Курцом.), Си (Деннис Ритч – 1972 году), Пролог (в основе языка лежит аппарат математической логики) 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.

Программу, написанную на языке программирования высокого уровня, ЭВМ не понимает, поскольку ей доступен только машинный язык. Поэтому для перевода программы с языка программирования на язык машинных кодов используют специальные программы – трансляторы.

Существует три вида транслятора: интерпретаторы (это транслятор, который производит пооператорную обработку и выполнение исходного кода программы), компиляторы (преобразует всю программу в модуль на машинном языке, после чего программа записывается в память компьютера и лишь потом исполняется) иассемблеры (переводят программу, записанную на языке ассемблера, в программу на машинном языке).

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.

Языки программирования также можно классифицировать на процедурные и непроцедурные.

В процедурных языках программа явно описывает действия, которые необходимо выполнить, а результат задается только способом получения его при помощи некоторой процедуры, которая представляет собой определенную последовательность действий.

Среди процедурных языков выделяют в свою очередь структурные и операционные языки . В структурных языках одним оператором записываются целые алгоритмические структуры: ветвления, циклы и т.д. В операционных языках для этого используются несколько операций. Широко распространены следующие структурные языки: Паскаль, Си, Ада, ПЛ/1. Среди операционных известны Фортран, Бейсик, Фокал.

Непроцедурное (декларативное) программирование появилось в начале 70-х годов 20 века, 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 делятся на еще более простые задачи и т.д. Один из основных элементов функциональных языков – рекурсия. Оператора присваивания и циклов в классических функциональных языках нет.

В логических языках программа вообще не описывает действий. Она задает данные и соотношения между ними. После этого системе можно задавать вопросы. Машина перебирает известные и заданные в программе данные и находит ответ на вопрос. Порядок перебора не описывается в программе, а неявно задается самим языком. Классическим языком логического программирования считается Пролог. Программа на Прологе содержит, набор предикатов–утверждений, которые образуют проблемно–ориентированную базу данных и правила, имеющие вид условий.

Можно выделить еще один класс языков программирования – объектно–ориентированные языки высокого уровня. На таких языках не описывают подробной последовательности действий для решения задачи, хотя они содержат элементы процедурного программирования. Объектно–ориентированные языки, благодаря богатому пользовательскому интерфейсу, предлагают человеку решить задачу в удобной для него форме.

Первый объектно-ориентированный язык программирования Simula был создан в 1960-х годах Нигаардом и Далом.

Ява – язык для программирования Internet, позволяющий создавать безопасные, переносимые, надежные, объектно–ориентированные интерактивные программы. Язык Ява жестко связан с Internet, потому, что первой серьезной программой, написанной на этом языке, был браузер Всемирной паутины.

В последнее время, говоря о программировании в Internet, часто имеют в виду создание публикаций с использованием языка разметки гипертекстовых документов HTML . Применение специальных средств (HTML–редакторов) позволяет не только создавать отдельные динамически изменяющиеся интерактивные HTML–документы, используя при этом данные мультимедиа, но и редактировать целые сайты.

Информатика, кибернетика и программирование

Различают два уровня машинноориентированных языков: символического кодирования ассемблеры и макроязыки макроассемблеры. Это требование значительно уменьшается при использовании машиннонезависимых языков. Структура этих языков ближе к структуре естественных языков например к структуре английского языка чем к структуре машиноориентированных языков.

15 Классификация алгоритмических языков

В настоящее время создано несколько сот различных алгоритмических языков, которые обычно классифицируют по степени их зависимости от типа машин и типа решаемых задач.

По первому признаку они делятся на две большие группы: машиннозависимые и машиннонезависимые языки. Машиннозависимые языки классифицируют на машинные и машинноориентированные (автокоды). Различают два уровня машинноориентированных языков: символического кодирования (ассемблеры) и макроязыки (макроассемблеры).

В мнемокоде цифровой код операции заменен буквенным (мнемоническим), а цифровые адреса – буквенными именами.

В макроязыках, кроме кодов мнемоязыка, используются макрокоманды, которые не имеют в машинном языке непосредственных аналогов (они включают в себя несколько команд). Сокращая длину исходной программы, макроязыки позволяют несколько повысить производительность программистов.

Программист, работающий с машиннозависимыми языками, должен хорошо знать конструктивные особенности ЭВМ, для которой он составляет программу. Это требование значительно уменьшается при использовании машиннонезависимых языков.

Программы, записанные на машинонезависимых языках, почти не зависят от типа ЭВМ. Структура этих языков ближе к структуре естественных языков, например к структуре английского языка, чем к структуре машиноориентированных языков. Поэтому эти языки могут применять непрофессиональные программисты.

Машиннонезависимые языки в последние годы обычно разделяют на две группы. К первой, наиболее обширной группе, принадлежат процедурноориентированные языки. Ко второй, наименее разработанной группе, относятся проблемноориентированные языки.

Процедурноориентированные языки служат для описания готовых алгоритмов (процедур) решения задач. Их используют специалисты, хорошо знающие формулировки своих задач и методы их решения, но не владеющие тонкостями программирования.

Проблемноориентированные языки рассчитаны на пользователей, которые не знакомы с методами решения своих задач. В этом случае пользователь должен сформулировать задачу, задать исходные данные и указать требуемую форму выдачи результатов. На основании введенной информации программа-генератор должна создать рабочую программу решения задачи.

Каждая группа языков характеризуется некоторым уровнем. Считается, что уровень языка тем выше, чем более он абстрагирован от конкретного машинного языка. Иначе, говоря, язык принадлежит к более высокому уровню, если его операторы инициируют большее число машинных команд, чем операторы другого языка.