Основные понятия о языках программирования

Языки программирования и их классификация

Физические принципы работы электронных устройств ЭВМ таковы, что компьютер может воспринимать команды, состоящие только из единиц и нулей, т. е. машинный код. На начальной стадии развития ЭВМ человеку было необходимо составлять программы на языке, понятном компьютеру, в машинных кодах. Каждая команда состояла из кода операций и адресов операндов, выраженных в виде различных сочетаний единиц и нулей.

Это привело к необходимости найти такое средство, которое позволит более просто наладить общение человека и компьютера. И такое средство было найдено: различные символические языки и соответствующие им трансляторы (системы программирования).

Язык программирования — это специальный язык, на котором пишут команды для управления компьютером. Языки программирования созданы для того, чтобы людям было проще читать и писать для компьютера, но они затем должны транслироваться (транслятором или интерпретатором) в машинный код, который только и может исполняться компьютером. Языки программирования можно разделить на языки высокого уровня и языки низкого уровня.

Язык низкого уровня — это язык программирования предназначенный для определенного типа компьютера и отражающий его внутренний машинный код; языки низкого уровня часто называют машинно-ориентированными языками. Их сложно конвертировать для использования на компьютерах с разными центральными процессорами, а также довольно сложно изучать, поскольку для этого требуется хорошо знать принципы внутренней работы компьютера. 3].

Язык высокого уровня — это язык программирования, предназначенный для удовлетворения требований программиста; он не зависит от внутренних машинных кодов компьютера любого типа. Языки высокого уровня используют для решения проблем и поэтому их часто называют проблемно-ориентированными языками. Каждая команда языка высокого уровня эквивалентна нескольким командам в машинных кодах, поэтому программы, написанные на языках высокого уровня, более компактны, чем аналогичные программы в машинных кодах. 4].

Процесс работы персонального компьютера заключается в выполнении инструкций, то есть набора определённых команд в определённом порядке. Машинный вид данных команд, который состоит из единиц и нулей, указывает, какое действие должен выполнять центральный процессор.

Чтоб задать компьютеру перечень действий, которые он может выполнить, необходимо задать последовательность из двоичного кода соответствующих команд. [5].

Программы, изображенные в машинных кодах, состоят из многих тысяч команд. Их написание — занятие утомительное и сложное. Программист должен помнить все комбинации единиц и нулей двоичного кода для каждой команды, а также и двоичные коды адресов данных, которые используются при её выполнении. Но проще написать программу на языке, более близком к человеческому естественному языку, а работу по переводу данной программы в машинный код поручить персональному компьютеру. Так произошли языки, предназначенные для написания программных продуктов. [1].

Язык программирования — это формальная знаковая система, которая предназначена для записи программ. Языком программирования определяется набор лексических, семантических и синтаксических правил, которые задают внешний вид программ и действия для выполнения исполнителем (компьютером) под ее управлением.

Все создатели языков по-своему толкуют понятие языка программирования. К наиболее популярным утверждениям, признаваемым большинством программистов, относятся такие:[6].

• — Функция: язык программирования предназначается для написания программ, которые применимы для передачи компьютеру определенных инструкций по выполнению некоторого вычислительного процесса.
• — Задача: языки программирования отличаются от естественных языков тем, что предназначены для передачи данных и команд от человека к компьютеру. Можно несколько обобщить определение «языков программирования» — способ передачи приказов, команд, четкого руководства к действию, тогда как человеческие языки предназначены только для обмена данными и информацией. 10]
• — Исполнение: языки программирования могут использовать конструкции для манипуляции и определения структурами данных и процессом вычислений.

Язык программирования чаще всего представляется в виде набора указаний, определяющих его семантику и синтаксис. Для многих языков программирования применяются международные стандарты. Для этого специальные организации проводят периодическое обновление спецификаций и определений соответствующего языка, продолжают модернизацию и разработку языков программирования. 11].

После создания первых программируемых вычислительных машин разработчики придумали более двух тысяч языков программирования и с каждым годом их число увеличивается. Некоторыми языками пользуются небольшое число разработчиков, другие становятся популярными для миллионов людей. Профессиональные программисты применяют в своей работе не менее десятка различных языков программирования.

Нет такого программиста, который не мечтал бы создать свой язык программирования: самый надежный и быстрый, самый простой и удобный. Именно поэтому за всю компьютерную историю человек придумал много самых разных языков. [13].

Но тщеславие программистов не является единственной причиной возникновения языков программирования.

В нынешнее время перед программистами ставится задача по созданию систем хранения и обработки информации, которые ещё 20 лет назад казались вовсе невозможными. Появляются технологии и устройства, требующие новых подходов к программированию, а развитие Интернета предоставляет все новые до конца не освоенные методы по созданию сетевых технологий. 12].

Всё это служит почвой для создания все новых языков программирования, которые отвечают всем современным задачам и используют новые принципы программирования, которые позволяют решать актуальные проблемы современности. 7].

Но не смотря на большое количество языков программирования, только некоторые из них получили признание программистов и известность. Для определения самых популярных языков программирования воспользуемся данными компании «TIOBE Software», которая известна своим регулярно рассчитываемым рейтингом языков программирования.

По информации от компании «TIOBE Software» самые популярные языки программирования на декабрь 2016 года представлены в табл. 1.

Таблица 1 — Рейтинг языков программирования.

Все эти языки очень разные, каждый имеет своё назначение, уникальную среду разработки, и свои семантику и синтаксис. [5].

Сравнительный анализ языков программирования по возможностям, по способам реализации или сложности освоения является задачей очень сложной. Оценить удобство семантических конструкций можно только на примерах и для всех языков программирования можно указать задачу, для которой ими пользоваться лучше, чем остальными. Подобные сравнения переходят иногда в настоящие «войну» между программистами. Каждая из сторон яростно защищает «свой» язык и не принимает доводы другой. [15].

Как уже было написано, программы для первых ПК складывались на машинном языке, которые очень далекий от понятий оперируемые человеком.

Первым шагом для создания языков, которые содержащих понятия, близкие человеку, стали языки, которые переводят символические обозначения в машинные коды (например, Ассемблер).

К языкам низкого уровня принадлежат языки ассемблера — это машинно-зависимые языки, которые описывают действия и команды в терминах и понятиях процессора. [14].

Для каждого типа процессоров существует свой определенный язык ассемблера, поэтому для портативности программ на ассемблере на другую платформу ее нужно полностью переписать.

Позже были созданы специальные программы для трансляции арифметических выражений (Автокод), и в 1958 году был запущен транслятор для Фортрана — первого языка высокого уровня.

Языки программирования высокого уровня являются приближенными к естественным понятиям. Они являются машинно-независимыми. С распространением и развитием персональных компьютеров наметился процесс: появление специальных и универсальных языков программирования. [13].

Рассмотрим понятия «процедурные и непроцедурные языки программирования». Программа, которая написана с помощью процедурного языка, описывается, используя такие понятия, как ветвление, следование, цикл. [9].

Программа, которая написана на непроцедурном языке, описывается, используя следующие понятия: ветвление, подстановка, рекурсия.

Также для удобства создания программных продуктов создаются специальные интегрированные среды программирования — это системы, которые объединяют транслятор, редактор текстов программ, отладчик (например, Turbo С).

Также получили распространение системы для визуального программирования — это средства, с помощью которых можно создавать программы путем визуального проектирования в графическом виде (например, Visual С, С++ Builder).