Машинный код процессора. Понятие программы. Уровни языков программирования.
Машинный код – последовательность чисел, в которых закодирована программа для исполнения процессором.
Машинный код (платформенно-ориентированный код), машинный язык — система команд (набор кодов операций) конкретной вычислительной машины, которая интерпретируется непосредственно процессором или микропрограммами этой вычислительной машины.
Машинный код можно рассматривать как примитивный язык программирования или как самый низкий уровень представления скомпилированных или ассемблированных компьютерных программ. Большинство программ пишется на языках более высокого уровня и транслируется в машинный код компиляторами. Машинный код иногда называют нативным кодом (также собственным или родным кодом — от англ. native code), когда говорят о платформенно-зависимых частях языка или библиотек.
Программа – это последовательность инструкций (команд), описывающая алгоритм решения с помощью компьютера соответствующей задачи, для реализации которой эта программа была разработана.
Программа - это логически упорядоченная последовательность команд, необходимых для управления компьютером (выполнения им конкретных операций), поэтому программирование сводится к созданию последовательности команд, необходимой для решения определенной задачи.
Для разработки программ используются специальные языки.
Язык программирования – это формальная знаковая система, которая предназначена для написания программ, понятных для исполнителя (в нашем рассмотрении – это компьютер).
Уровни языков программирования: Если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности, то он называется языком программирования низкого уровня (операторы языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора (язык ассемблера)). Языки программирования высокого уровня значительно ближе и понятнее человеку, нежели компьютеру.
Поколение языков программирования. Обзор языков программирования высокого уровня.
Иногда различают пять поколений языков программирования, правда данное разделение является спорным:
I поколение: Начало 1950-х годов - язык первых компьютеров. Первый язык ассемблера, созданный по принципу «одна инструкция - одна строка». Основная отличительная особенность: ориентирование на конкретный компьютер.
II поколение: Конец 1950-х - начало 1960-х гг. В язык Assembler введено понятие переменной, то есть стало возможным создание программ без принадлежности к отдельным адресам памяти.
III поколение: 1960-е гг. - Языки программирования высокого уровня. Их характеристики: относительная простота; независимость от конкретного компьютера; возможность использования мощных синтаксических конструкций. Простота языка позволяет писать небольшие программы и людям, которые не являются профессиональными программистами. Основная отличительная особенность языка третьего поколения: ориентирование на алгоритм (алгоритмические языки). Примеры: Си, Паскаль, Джава, Бейсик, и многие другие. Всего в мире существует около 200 популярных языков программирования третьего уровня.
IV поколение: Начало 1970-х гг. до сегодняшнего времени. Непроцедурные, объектно-ориентированные, языки запросов, параллельные. Часто относят: SQL, SGML (HTML, XML), Prolog, и многие другие узкоспециализированных декларативных языков. Основная отличительная особенность языка четвертого поколения: приближение к человеческой речи (декларативные языки). Некоторые языки имеют черты одновременно и третьего и четвертого поколений.
V поколение: Языки искусственного интеллекта, экспертных систем и баз знаний, естественные языки. Ориентированы на повышение интеллектуального уровня ЭВМ и интерфейса с языками.
Fortran (Фортран). Это первый компилируемый язык, созданный Джимом Бэкусом в 50-е годы. Основным критерием при разработке компиляторов Фортрана являлась эффективность исполняемого кода. Хотя в Фортране впервые был реализован ряд важнейших понятий программирования, удобство создания программ было принесено в жертву возможности получения эффективного машинного кода. Однако для этого языка было создано огромное количество библиотек, начиная от статистических комплексов и кончая пакетами управления спутниками, поэтому Фортран продолжает активно использоваться во многих организациях, а сейчас ведутся работы над очередным стандартом Фортрана F2k, который появился в 2000 году. Имеется стандартная версия Фортрана HPF (High Performance Fortran) для параллельных суперкомпьютеров с множеством процессоров.
Cobol (Кобол). Это компилируемый язык для применения в экономической области и решения бизнес задач, разработанный в начале 60-х годов. Он отличается большой «многословностью» - его операторы иногда выглядят как обычные английские фразы. В Коболе были реализованы очень мощные средства работы с большими объемами данных, хранящимися на различных внешних носителях. На этом языке создано очень много приложений, которые активно эксплуатируются и сегодня. Достаточно сказать, что наибольшую зарплату в СИГА получают программисты на Коболе.
Algol (Алгол). Компилируемый язык, созданный в 1960 году. Он был призван заменить Фортран, но из-за более сложной структуры не получил широкого распространения. В 1968 году была создана версия Алгол 68, по своим возможностям и сегодня опережающая многие языки программирования, однако из-за отсутствия достаточно эффективных компьютеров для нее не удалось своевременно создать хорошие компиляторы.
Pascal (Паскаль). Язык Паскаль, созданный в конце 70-х годов основоположником множества идей современного программирования Никлаусом Виртом, во многом напоминает Алгол, но в нем ужесточен ряд требований к структуре программы и имеются возможности, позволяющие успешно применять его при создании крупных проектов.
Basic (Бейсик). Для этого языка имеются и компиляторы, и интерпретаторы, а по популярности он занимает первое место в мире. Он создавался в 60-х годах в качестве учебного языка и очень прост в изучении.
С (Си). Данный язык был создан в лаборатории Bell и первоначально не рассматривался как массовый. 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.
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++). Си++ - это объектно-ориентированное расширение языка Си, созданное Бьярном Страуструпом в 1980 году. Множество новых мощных возможностей, позволивших резко повысить производительность программистов, наложилось на унаследованную от языка Си определенную низкоуровневость, в результате чего создание сложных и надежных программ потребовало от разработчиков высокого уровня профессиональной подготовки.
Java (Джава, Ява). Этот язык был создан компанией Sun в начале 90-х годов на основе Си++. Он призван упростить разработку приложений на основе Си++ путем исключения из него всех низкоуровневых возможностей. Но главная особенность этого языка - компиляция не в машинный код, а в платформно - независимый байт-код (каждая команда занимает один байт). Этот байт-код может выполняться с помощью интерпретатора - виртуальной Java-машины/УМ (Java Virtual Machine), версии которой созданы сегодня для любых платформ. Благодаря наличию множества Java-машин программы на Java можно переносить не только на уровне исходных текстов, но и на уровне двоичного байт-кода, поэтому по популярности язык Ява сегодня занимает второе место в мире после Бейсика.
Особое внимание в развитии этого языка уделяется двум направлениям: поддержке всевозможных мобильных устройств и микрокомпьютеров, встраиваемых в бытовую технику (технология Jini) и созданию платформно - независимых программных модулей, способных работать на серверах в глобальных и локальных сетях с различными операционными системами (технология Java Beans). Пока основной недостаток этого языка - невысокое быстродействие, так как язык Ява интерпретируемый.
3. Понятия: алгоритм, семантика, синтаксис, отладка и тестирование программы.
Алгоритм – это точное предписание, которое создает процесс, который начинается с некоторых исходных данных и направлен на получение результата, полностью определенного этими исходными данными.
Синтаксис – совокупность правил и требований записи команд (операторов).
Семантика – смысл каждой команды и других конструкций языка.
Отладка – процесс устранения ошибок.
Тестирование – процесс поиска ошибок в программе.
