Введение

В современную эпоху компьютеризации и информатизации перед обществом встает задача реализации все более и более сложных алгоритмов обработки потоков данных в кратчайшие сроки . Реализацией этой задачи занимаются инженеры различных специальностей во всем мире. Для решения той или иной задачи в сфере информатики решаются следующие подзадачи:

· постановка задачи;

· сбор данных, необходимых для решения задачи;

· реализация алгоритма обработки данных;

· трансляция алгоритма в структуру, способную решить поставленный алгоритм - программу или пакет программ;

· тестирование и отладка программы или пакета программ;

· применение программы или пакета программ к поставленной задаче;

· анализ полученных результатов.

Для создания программы, способной решать поставленные задачи, используются различные языки программирования. На данный момент в мире существует большое количество языков программирования разных уровней, отличающихся друг от друга не только по синтаксису, но и по структуре работы с данными. В качестве объекта исследования для получения информации о возможностях функционально - ориентированных языков программирования высокого уровня будут рассматриваться два характерных представителя языков этого класса - Паскаль и Си. В сравнительном анализе этих двух языков необходимо будет определить характерные особенности в их структуре и выделить из них наиболее удобный в плане реализации поставленных задач.

Сравнительный анализ языков программирования высокого уровня Си и Паскаль

Язык высокого уровня - тип языка компьютерного программирования. Языки высокого уровня предназначены для выражения потребностей программиста, а не возможностей компьютера. Они используют абстрактные данные и контролируют структуры, символические обозначения и переменные. Существует много языков высокого уровня, в том числе Бейсик (BASIC), Кобол (COBOL), Паскаль (Pascal), Фортран (FORTRAN), Алгол (Algol) и Си (C). Чтобы можно было использовать программы, написанные на языках высокого уровня, их нужно перевести в машинные коды. Рассмотрим в противопоставлении языки высокого уровня Си и Паскаль.

Структура программы

Для определения множеств имен переменных используется понятие идентификатора . Идентификаторами в Паскале является произвольный набор символов. Требования к идентификаторам:

· идентификатор состоит из латинских букв и цифр (заглавные и строчные буквы не различаются);

· идентификатора должен начинаться обязательно с буквы ("а1", а не "1а");

· идентификатор может состоять из любого количества символов, но распознаются только первые 63;

· служебные слова запрещается использовать в качестве идентификаторов.

Программа составляется из операторов Паскаля, которые разделяются символом ";". Для выделения группы операторов используют операторные скобки: begin…..end. Несколько операторов, заключенных в операторные скобки, называют составным оператором. В тексте программы фигурными скобками выделяются комментарии, которые игнорируются при выполнении программы. В тексте лекций будем также использовать фигурные скобки для комментирования.

Структура программы на языке Турбо Паскаль:

· заголовок, название программы;

· подключение внешних модулей;

· описание констант;

· задание типов;

· раздел объявления переменных;

· описание функций;

· описание процедур;

· начало основной программы;

· тело основной программы;

· конец основной программы.

Переменные, объявленные внутри основного блока программы, помещаются в сегмент данных и инициализируются нулем компилятором; переменные, объявленные внутри подпрограмм, объявляются внутри сегмента стека и не инициализируются. Все тело программы представляет собой жесткую конструкцию, в которую нельзя вносить никаких изменений без потери работоспособности проекта.

Структура Си-программ . Идентификатором в языке Си называется последовательность цифр, букв и специальных символов. При этом первой стоит буква или специальный символ. Для получения идентификаторов можно использовать строчные или прописные буквы латинского алфавита. Специальным символом может служить символ подчеркивания «_».

Два идентификатора, для получения которых применяются совпадающие строчные и прописные буквы, считают различными. К примеру: abc, ABC, A328B, a328b. Компилятор допускает всякое количество символов в идентификаторе, но значим только первый 31 символ.

Идентификатор образуется на этапе объявления переменной, функции, структуры и т. п. После этого его можно применять в последующих операторах разрабатываемой программы. Важно отметить некоторые особенности при выборе идентификатора. Во-первых, идентификатор и ключевое слово не должны совпадать. Также не должно быть совпадения с зарезервированными словами и названиями функций библиотеки компилятора языка СИ.

Во-вторых, важно обратить особое внимание на применение символа подчеркивания «_» первым символом идентификатора, так как идентификаторы выстраиваются так, что, с одной стороны, могут совпадать с именами системных функций и «или» переменных, но при этом при применении таких идентификаторов программы могут стать непереносимыми, т. е. их нельзя применять на компьютерах других типов.

В-третьих, на идентификаторы, применяемые для определения внешних переменных, должны быть наложены ограничения, которые формируются используемым редактором связей. Кроме того, использование различных версий редактора связей или различных редакторов определяет различные требования на имена внешних переменных.

Ключевыми словами называются зарезервированные идентификаторы, наделенные определенным смыслом. Их можно применять только в соответствии со значением, известным компилятору языка СИ. Приведемсписокключевыхслов: auto double intstruct break else long switch register tupedef char extern return void case float unsigned default for signed union do if sizeof volatile continue enum short while. При этом в определенных версиях реализации языка СИ зарезервированными словами являются следующие: _asm, fortran, near, far, cdecl, huge, pascal, interrupt. Ключевые слова far, huge, near дают возможность определить размеры указателей на области памяти.

Ключевые слова _asm, cdecl, fortran, pascal используются для организации связи с функциями, которые написаны на других языках, а также для применения команд языка ассемблера непосредственно в теле будущей программы на языке СИ. Ключевые слова не могут применяться в качестве идентификаторов.

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

Концепция про­граммирования	Представление программ и данных	Исполнение программы	Связь частей программы между собой
Процедурное	Программа и дан­ные представляют собой не связан­ные друг с другом элементы	Последовательное выполнение операторов	Возможна толь­ко через совме­стно обрабаты­ваемые данные
Объектно-ориентированное	Данные и методы их обработки ин­капсулированы в рамках единого объекта	Последователь­ность событий и реакций объектов на эти события	Отдельные час­ти программы могут наследо­вать методы и элементы дан­ных друг у друга
Логическое	Данные и правила их обработки объ­единены в рамках единого логиче­ского и структур­ного образования	Преобразование логического обра­зования в соответ­ствии с логиче­скими правилами	Разбиение про­граммы на от­дельные незави­симые части за­труднительно

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).

Программное обеспечение
системное ПО	прикладное ПО
Операционные системы	Утилиты	Системы программирования	Общего назначения	Специализированные программы	Профессиональные программы
загружается в оперативную память и организует выполнение других программ, осуществляет взаимодействие пользователя с компьютером	системная программа – оптимизирует дисковую память, защищает от вирусов и т. д.	предназначены для создания новых программ	текстовые табличные, графические, музыкальные, управления БД	экспертные системы, гипертекстовые, мультимедийные	АИСУ – автоматизационная информационная система управления, САПР – система автоматизированного проектирования, Обучающие системы, Геоинформационные поисковые
Windows, UNIX, Linux, Колибри и т. д		BASIC, Pascal, Delphi,	блокнот, Word, Excel, Paint, Sound Forge, Access		«1С- предприятие», «Компас» - для черчения,

С появлением машин второго поколения возникла потребность создания языков, целиком ориентированных на особенности задач и не зависящих от конкретной машины. Символом второго поколения ЭВМ стали проблемно-ориентированные языки программирования. Их развитие все в большей степени определялось спецификой задач, а не особенностями машин. Эти языки назвали алгоритмическими языками . Одним из первых и наиболее удачных языков такого рода стал Фортран (For mulae Tran slation), разработанный фирмой IBM в 1954 г. Язык Фортран не только просуществовал до наших дней, но и достаточно распространен. Среди причин такого долголетия можно отметить простую структуру как самого Фортрана, так и предназначенных для него трансляторов. Фортран был заложен в основу диалогового языка Бейсик (B eginner"s A ll-purpose S ymbolic I nstruction C ode) - широко распространенного ныне в различных модификациях языка. Вскоре после создания Фортрана (1957 г.) появился язык Алгол (Algo rithmic L anguage), созданный на основе широкого международного сотрудничества. В 1960 г. было опубликовано официальное сообщение об алгоритмическом языке, названном Алгол-60. Алгол создавался после разработки и практического применения Фортрана, поэтому характеризуется как введением новых конструкций, так и обобщением понятий, имеющихся в Фортране. Несмотря на то, что и Фортран, и Алгол заслуживали название универсальных языков, ни один них, конечно, не позволял описать все без исключения возникающие задачи. Поэтому примерно в то же время появились алгоритмические языки с проблемной ориентацией (Кобол, Снобол и др.), отвечающие нуждам специфичных направлений науки и техники. Из языков для обработки символьной информации (преобразование формул, аналитическое решение уравнений, анализ и синтез текстов и т.д.) очень популярным является язык Лисп (Li st P rocessing), созданный в 1960 г. в Массачусетском технологическом институте. В этом языке вся находящаяся в обработке информация, в том числе и сама программа, организуется в так называемые списки - последовательности элементов. Третье поколение ЭВМ поставило на повестку дня выработку нового подхода к созданию действительно универсального языка. Одной из попыток такого рода являлось создание фирмой IBM алгоритмического языка PL/1 (P rogramming L anguage/1 - язык программирования один). Он основывался на языках Фортран и Кобол, ряд изобразительных средств и понятий был почерпнут из Алгола и других языков. В 1971 г. Никлаусом Виртом был предложен алгоритмический язык Паскаль (Pascal). Язык Паскаль является преемником Алгола-60, он имеет конструкции, аналогичные существующим в PL/1 и Алголе-68, однако Паскаль более лаконичен. Язык Паскаль способствовал внедрению современной технологии программирования, основанной на постепенном построении программы, состоящей из небольших четко определенных процедур, т. е. последовательно проводятся в жизнь идеи структурного программирования. Другой существенной особенностью Паскаля является концепция структуры данных как одного из фундаментальных понятий, лежащих, наряду с понятием алгоритма, в основе программирования. На основе языка Паскаль в конце 70-х годов был создан язык Ада, имеющий очень широкую сферу применения, хотя и созданный как официальный язык программирования американских военных. Язык назван так по имени первой женщины-программиста Ады Лавлейс. Это существенно структурированный язык, особенно он подходит для разработки систем реального времени. Однако язык Ада слишком громоздкий, многословный и не предоставляет программисту достаточной свободы. По синтаксической сложности он до сих пор не превзойден ни одним из языков. В отличие от перечисленных языков высокого уровня, предложенный Денисом Ритчи в начале 80-х годов язык программирования Си (название содержит одну латинскую букву С) задумывался языком сравнительно низкого уровня. Но это не значит, что этот язык недостаточно мощный. Алгоритмический язык C достаточно полно отражает возможности современных компьютеров, позволяя писать весьма эффективные программы, не прибегая к языкам ассемблера, главным образом за счет простых, последовательных конструкций потоков управления. Язык приобрел популярность благодаря остроумным решениям, сделавшим запись программы на C весьма компактной. Не накладывая на программиста особых ограничений, он дает возможность для разнообразных трюков, чем тоже многим импонирует. Язык Паскаль в оригинальной авторской версии не содержал средств раздельной компиляции - модулей, разнообразных числовых типов, строк переменной длины и многого из того, что добавлено в известные реализации. Вследствие этого Никлаус Вирт предложил язык Модула-2 , который должен был заменить Паскаль, устранив основное его ограничение - отсутствие модульности. Известно, что Модула-2 использовалась и используется в проектах, где важнейшую роль играет надежность. Средства межмодульного контроля Модулы-2 заметно совершеннее аналогичных возможностей Паскаля и C. Компилятор Турбо-Паскаль , разработанный Андерсом Хейльсбергом, был выпущен в продажу фирмой Borland в 1983 г. Эта версия уже содержала расширения языка, хотя и небольшие. В последующих выпусках расширений становилось все больше: встроенная графика, модули, средства объектно-ориентированного программирования (ООП) и т.д. Начиная с версии 7.0, язык стал называться Borland-Паскаль . В качестве мощной объектно-ориентированной версии Паскаля сейчас популярен Объектный Паскаль . Объектный Паскаль по сравнению со стандартным Паскалем содержит очень много синтаксических расширений. В результате из простого и изящного Паскаля получился язык, приближающийся по сложности к языку Ада. Объектно-ориентированный язык C++ предложил Бьярн Страуструп с первоначальным названием «Си с классами». Название отражает тот факт, что C++ является надмножеством языка C. Язык C++, по ряду оценок, сложнее C вдвое. В настоящее время это, без преувеличения, язык номер один в мире для профессиональных программистов, поскольку он перенял преимущества и популярность C и добавил мощные средства написания объектно-ориентированных программ. Его реализации поддерживаются на всех аппаратно-программных платформах, в отличие от Паскаля, который широко распространен лишь на платформе IBM PC. Язык Оберон был разработан Н. Виртом в 1987 г. Он представляет собой существенно упрощенный синтаксически вариант Модулы-2, в который добавлены расширяемые записи - основной механизм ООП. Язык необычайно прост, но при этом сохраняет универсальность и в функциональном отношении не уступает другим языкам. В 1992 г. Н. Виртом были приняты расширения Оберона, предложенные Ханспетером Мёссенбёком. В язык введены аналоги виртуальных методов в других языках. Новая версия получила название Оберон-2 . Удивительно, но Оберон-2 оказался проще Оберона, расширением которого является. Самый молодой и самый обсуждаемый ныне объектно-ориентированный язык Java (в английском произношении - Джава , русское еще не устоялось) предложен Джеймсом Гослингом (фирма Sun Microsystems). Основная особенность Java - межплат­форменная переносимость приложений, благодаря чему язык широко используется для написания приложений для Internet. Java - очень сложный синтаксически язык. Его официальное описание - 700-страничный документ - насыщен многословными и громоздкими определениями. Несмотря на эту сложность, в Java есть всего две существенные вещи, которых нет, например, в Обероне: встроенная многопоточность и обработка исключений. В целом, к настоящему моменту известно от 2-х до 3-х тысяч языков программирования, из них около 100 объектных и объектно-ориен­ти­ро­ван­ных. Критерии выбора языка программирования: Выбор языка должен производиться на основе требований к разрабатываемому продукту с учетом следующих факторов: мощность языка (возможности языка); переносимость языка; сложность языка; уровень существующей инструментальной поддержки языка. Сложность языка не всегда напрямую связана с его мощностью. Линия языков Вирта (Паскаль - Модула - Оберон) характеризуется снижением сложности при росте мощности. Ряд исследователей полагает, что существует пять основных разновидностей стилей программирования и, соответственно, языков программирования:

В настоящее время наиболее привлекательные для программистов языки базируются на так называемой объектной модели , которая имеет четыре главных элемента: абстрагирование; инкапсуляция; модульность; иерархия. Абстрагирование - выделения абстракций (abstraction), под которыми понимаются существенные характеристики объекта, которые отличают его от всех других объектов и четко определяют его концептуальные границы для наблюдателя. Инкапсуляция (encapsulation) - разделение элементов абстракции, которые образуют ее структуру и поведение. Модульность (modularity) - разделение системы на модули (module), под которыми понимаются единицы кода, служащие блоками физической структуры системы. Иерархия (hierarchy) - подчинение или упорядочение абстракций. Две типичных иерархии в сложной системе - иерархия наследования «общее/частное», присущая, обычно, типам (классам) и иерархия агрегирования «целое/часть», присущая, обычно, элементам (объектам). Иерархия присуща также модулям и другим частям системы. Наиболее явно эти черты присутствую в языках, реализующих концепции объектно-ориентированного программирования . Под последним понимается методология реализации, при которой программа организуется как совокупность сотрудничающих объектов, каждый из которых является экземпляром какого-либо класса, а классы образуют иерархию наследования. При этом классы обычно статичны, а объекты очень динамичны, что поощряется динамическим связыванием и полиморфизмом. Для ООП характерны понятия наследования и полиморфизма. Наследование (inheritance) - отношение между классами, при котором класс использует структуру или поведение другого (одиночное наследование) или других (множественное наследование). Наследование вводит иерархию «общее/частное». Полиморфизм (polymorphism) - положение теории типов, согласно которому имена (например, переменных) могут обозначать объекты разных (но имеющих общего родителя) классов. Следовательно, любой объект (метод), обозначаемым полиморфным именем, может по-своему реагировать на некий общий набор операций (аргументов).