Классы языков программирования: Уровни языков программирования: классификация и особенности

Классификация языков программирования

Историю компьютерных наук в известной степени можно представить как историю языков программирования, начало развития которых приходится на XIX в., когда английский ученый Чарльз Бэббидж разработал механическую вычислительную машину. Программу для нее, как вам известно, написала леди Ада Лавлейс. Языки программирования в современном понимании фактически начали развиваться с появлением электронных вычислительных машин.

Язык программирования (англ. Programming language) — это искусственный язык, созданный для разработки программ, предназначенных для выполнения на компьютере.

Компьютерная программа (англ. Computer program) — это последовательность команд (инструкций), которые обеспечивает реализацию на компьютере конкретного алгоритма.

Команда (инструкция) — это указание, которое определяет, какое действие (операцию) следует выполнять.

Сегодня можно насчитать более 2 тыс. различных языков программирования и их модификаций, однако лишь отдельные получили широкое признание.

Все языки программирования можно условно классифицировать по некоторым основным признакам. Ниже приведена краткая классификация языков программирования:

1. По степени зависимости от аппаратных средств 
   • Языки низкого уровня
   • Языки высокого уровня
2. По принципам программирования
   • Процедурные
   • Непроцедурные
   • Объектно-ориентированные
3. По ориентации на класс задач
   • Универсальные
   • Специализированные

Рассмотрим подробно классификацию и составные части языков программирования.

По степени зависимости от аппаратных средств

Языки программирования низкого уровня (машинно-ориентированные) — языки, в которых команды и данные учитывают архитектуру компьютера. Такие языки ориентированы на конкретный тип компьютера и учитывают его аппаратные особенности.

Практически каждый тип компьютера имел собственный язык программирования низкого уровня.

Одна и та же программа не могла выполняться на компьютере другого типа, что существенно ограничивало возможность обмена программами.

Программы для первых ЭВМ разрабатывали именно на «машинных» языках. Это был сложный процесс, поэтому вскоре появились языка символьного кодирования. Команды подавались уже не двоичным кодом, а символами. Преобразование символьного кода в машинные команды осуществляется автоматически.

Обычно команды современных языков программирования записывают английскими буквами с использованием символов, содержащихся на клавиатуре. Но в компьютере хранятся и выполняются команды, которые представлены физическими сигналами (например, двумя уровнями окончательной магнитной индукции, двумя значениями электрического напряжения, наличием и отсутствием светового луча и т.д.). Значение физических сигналов отождествляются с математическими значениями 0 и 1, то есть двоичными символами.

Программы, которые представлены совокупностью 0 и 1, называют машинными или машинным кодом. Он указывает, какую именно действие следует выполнить процессору.

Используются различные структуры команд. Чаще всего команды состоят из операционной и адресной частей. В операционной части отмечается, действие (операцию) следует выполнить, а в адресной — выполнить над какими именно данными.

Упрощенно команду двоичным или шестнадцатеричным кодом можно записать соответственно так:

• 10100011 10110111 11000101
• АЗ В7 С5

В нашем случае код АЗ может быть операционной частью и означать, например, операцию Добавить, а В7 и С5 — адресной частью, которая определяет место хранения данных, над которыми следует выполнить операцию.

Уже на первых этапах развития вычислительной техники началась разработка языков, доступных для широкого круга пользователей и не связанных с конкретным компьютером. Первым языком высокого уровня, получившим признание программистов, был Fortran.

Процесс разработки программ несколько облегчился, когда к языкам символьного кодирования начали включать макрокоманды, реализуемые последовательностью из нескольких машинных команд. К разновидностям языков символьного кодирования принадлежат языки ассемблер и машинных кодов.

Языки программирования высокого уровня (машинно-независимые) — языки, на которых программы могут использоваться на компьютерах различных типов и которые более доступны человеку, чем языки низкого уровня.

Первым языком высокого уровня, который получил широкое признание среди программистов мира, был Fortran. Он был разработан корпорацией IBM (США) в 1954 году. Язык Фортран приближен к языку алгебры и ориентирован на решение вычислительных задач. В 1960 году группой ученых разных стран создан язык Algol-60, тоже ориентированный на решение вычислительных задач.

По принципам программирования

По принципам программирования различают процедурные, непроцедурные языки и языки объектно-ориентированного программирования.

Процедурные языки основаны на описании последовательной смены состояния компьютера, то есть значения ячеек памяти, состояния процессора и других устройств. Они манипулируют данными в пошаговом режиме, используя пошаговые инструкции. В процедурных языках выдерживают четкую структуризацию программ, поэтому их еще называют языками структурного программирования. К таким языкам относятся Fortran, Algol, Pascal, BASIC и др.

Процедурные языки полностью удовлетворяют потребности разработки небольших программ и программ средней сложности. Но в начале 80-х годов XX века объем и сложность программ достигли уровня, который требовал новых концептуальных подходов к программированию.

Непроцедурные языка эффективны для программирования поиска данных в больших объемах, а также для программирования задач, процесс решения которых невозможно описать точно (перевод, распознавание образов). В этих языках сама процедура поиска решения встроена в интерпретатор языка. К таким языкам относятся языки функционального и логического программирования.

В конце XX в. была презентована новая методика программирования, получила название объектно-ориентированного программирования (ООП). То есть начали развиваться языки, содержащие конструкции, позволяющие определять объекты, принадлежащие к классам и имеющие средства для работы с абстрактными типами данных. К таким языкам относятся C ++, Java, C #, Python и др. Сегодня языки ООП практически вытеснили с рынка профессионального программирования процедурные языки.

По ориентации на класс задач

Языки программирования делятся на универсальные и специализированные.

Универсальные языки предназначены для решения широкого класса задач. К таким языкам относятся PL/1, Algol, Pascal, С и др. Особым классом универсальных языков является визуальные среды программирования: VisualBasic, Delphi и др.

Специализированные языки учитывают специфику предметной области. В настоящее время существуют десятки специализированных языков программирования, например, языки веб-программирования, языки скриптов и др. Язык скриптов используется для создания небольших вспомогательных программ, например Javascript — для создания динамических объектов на веб-страницах.

Языки разметки содержат шаблоны и средства описания содержания, структуры и формата электронных документов, например язык HTML обеспечивает разметку гипертекстового документа. Языка для работы с базами данных обеспечивают создание и сопровождение баз данных.

Отметим, что не все из перечисленных языков в классическом понимании являются языками программирования. Так, язык HTML является языком разметки гипертекста, но его также часто называют языком программирования.

День программиста отмечается в 256-й день года (в високосный год это 12 сентября, а в не-високосный — 13 сентября). Выбор объясняется тем, что это число символическое, оно тесно связано с компьютерами, но не ассоциируется с конкретными лицами или кодами специальностей. Число 256 соответствует количеству символов, которые можно представить с помощью одного байта.

Начиная с 60-х годов XX века развитие языков программирования происходит как путем специализации, так и путем универсализации.

Одним из первых специализированных языков был COBOL, разработанный в США в 1961 году и ориентированый на решение экономических задач. Впоследствии появились десятки различных специализированных языков, например, Simula — язык моделирования, LISP — язык для информационно-логических задач, RPG — речь для решения учебных задач и тому подобное.

Составляющие части языка программирования

Любой язык программирования высокого уровня, как и любой другой язык, имеет основные составляющие:

Алфавит

Набор символов, из которых образуются команды программы и другие конструкции языка.

Каждый язык имеет свой алфавит. Но большинство из них содержит английские буквы, цифры, знаки арифметических операций (+, *, -, /), знаки отношений (больше, равно и др.), синтаксические знаки (точка, точка с запятой и др.).

Синтаксис

Совокупность правил записи команд и других конструкций языка.

Нарушение правил синтаксиса определяется автоматически, о чем программист получает сообщение.

Семантика

Совокупность правил толкования и выполнения конструкций языка программирования.

Например, два кода, приведенные далее, имеют одинаковую логику (выполняют одинаковые действия), результаты их выполнения тоже одинаковые. Но семантически коды разные:

1. i = 0; while (i <5) {i ++;}
2. i = 0; do {i ++;} while (i <= 4)

Словарь

Язык программирования имеет словарь — определенное количество слов, правила употребления которых определены для этого языка и которые имеют строго определенное назначение. Такие слова называют зарезервированными (ключевыми), например, for, input, if, print.

НОУ ИНТУИТ | Лекция | Классификация языков программирования

< Самостоятельная работа 5 || Лекция 2: 12

Аннотация: В лекции исследуются вопросы истории и эволюции языков и подходов к программированию, анализируются их достоинства и недостатки, строится классификация языков и подходов к программированию.

Ключевые слова: классификация, язык программирования, поиск, программа, среда вычислений, инструкция, оператор, команда, императивный, функция, процедура, программирование, машинная зависимость, транслятор, эффективность реализации, APL, BPL, algol-like, COBOL, Pascal, Basic, декларативный, SML, Lisp, Common Lisp, scheme, ядро, символьная обработка, функциональный, полиморфизм, динамическое распределение памяти, предметная область, формализм, рекурсия, механизм сопоставления с образцом, компилятор, net, ветвь, логический, операция импликации, принятия решений, класс решаемых, объектно-ориентированный, ООП, производные, предметной области, поддержка, программное обеспечение, тестирование, верификация, visual, eiffel, oberon, скрипт, переполнение буфера, Windows, ясность, переносимость, сценарный, computer-aided, software, engineering, RAD, rapid application development, Visual Studio, класс, параллельные вычисления, системы реального времени, стоимость, Ada, история, эволюция, анализ, структурный, список

intuit.ru/2010/edi»>Проведем классификацию языков и подходов к программированию.

Первые языки программирования возникли относительно недавно. Различные исследователи указывают в качестве времени их создания 20-е, 30-е и даже 40-е годы XX столетия. Нашей задачей является не установление самого раннего языка, а поиск закономерностей в их развитии.

Как и следовало ожидать, первые языки программирования, как и первые ЭВМ, были довольно примитивны и ориентированы на численные расчеты. Это были и чисто теоретические научные расчеты (прежде всего, математические и физические), и прикладные задачи, в частности, в области военного дела.

Программы, написанные на ранних языках программирования, представляли собой линейные последовательности элементарных операций с регистрами, в которых хранились данные.

Нужно отметить, что ранние языки программирования были оптимизированы под аппаратную архитектуру конкретного компьютера, для которого предназначались, и хотя они обеспечивали высокую эффективность вычислений, до стандартизации было еще далеко. Программа, которая была вполне работоспособной на одной вычислительной машине, зачастую не могла выполняться на другой.

Таким образом, ранние языки программирования существенно зависели от того, что принято называть средой вычислений и приблизительно соответствовали современным машинным кодам или языкам ассемблера.

Следующее десятилетие ознаменовалось появлением языков программирования так называемого «высокого уровня», по сравнению с ранее рассмотренными предшественниками, соответственно именуемыми низкоуровневыми языками.

При этом различие состоит в повышении эффективности труда разработчиков за счет абстрагирования от конкретных деталей аппаратного обеспечения. Одна инструкция ( оператор ) языка высокого уровня соответствовала последовательности из нескольких низкоуровневых инструкций, или команд. Исходя из того, что программа, по сути, представляла собой набор директив, обращенных к компьютеру, такой подход к программированию получил название императивного .

Еще одной особенностью языков высокого уровня была возможность повторного использования ранее написанных программных блоков, выполняющих те или иные действия, посредством их идентификации и последующего обращения к ним, например по имени. Такие блоки получили название функций или процедур , и программирование приобрело более упорядоченный характер.

Кроме того, с появлением языков высокого уровня зависимость реализации от аппаратного обеспечения существенно уменьшилась. Платой за это стало появление специализированных программ, преобразующих инструкции языков в коды той или иной машины, или трансляторов , а также некоторая потеря в скорости вычислений, которая, впрочем, компенсировалась существенным выигрышем в скорости разработки приложений и унификацией программного кода.

Нужно отметить, что операторы и ключевые слова новых языков программирования были более осмысленными, чем безликие цифровые последовательности кодов, что также обеспечивало повышение производительности труда программистов.

Естественно, для обучения новым языкам программирования требовалось много времени и средств, а эффективность реализации на прежнем аппаратном обеспечении снижалась. Однако это были временные трудности, и, как показала практика программирования, многие из первых языков высокого уровня оказались настолько удачно реализованными, что активно используются и сегодня.

Одним из таких примеров является язык Fortran, реализующий вычислительные алгоритмы. Другой пример – язык APL, трансформировавшийся в BPL и затем в C. Основные конструкции последнего остаются неизменными вот уже несколько десятилетий и присутствуют в языке C#, который нам предстоит изучить.

Примеры других языков программирования: ALGOL, COBOL, Pascal, Basic.

В 60-х годах возникает новый подход к программированию, который до сих пор успешно конкурирует с императивным, а именно, декларативный подход.

Суть подхода состоит в том, что программа представляет собой не набор команд, а описание действий, которые необходимо осуществить.

Этот подход, как мы увидим впоследствии, существенно проще и прозрачнее формализуется математическими средствами. Следовательно, программы проще проверять на наличие ошибок (тестировать), а также на соответствие заданной технической спецификации (верифицировать).

Высокая степень абстракции также является преимуществом данного подхода. Фактически, программист оперирует не набором инструкций, а абстрактными понятиями, которые могут быть достаточно обобщенными.

На начальном этапе развития декларативным языкам программирования было сложно конкурировать с императивными в силу объективных трудностей эффективной реализации трансляторов. Программы работали медленнее, однако они могли решать более абстрактные задачи с меньшими трудозатратами.

В частности, язык SML, который мы будем изучать в рамках данного курса, был разработан как средство доказательства теорем.

Различные диалекты языка LISP (в частности, Interlisp, Common Lisp, Scheme), возникли потому, что ядро и идеология этого языка оказались весьма эффективными при реализации символьной обработки (анализе текстов).

Другие характерные примеры декларативных языков программирования: SML, Haskell, Prolog.

Одним из путей развития декларативного стиля программирования стал функциональный подход, возникший после создания языка LISP.

Отличительной особенностью данного подхода является то, что любая программа, написанная на таком языке, может интерпретироваться как функция с одним или несколькими аргументами. Такой подход дает возможность прозрачного моделирования текста программ математическими средствами, а значит, весьма интересен с теоретической точки зрения.

Сложные программы при таком подходе строятся посредством агрегирования функций. При этом текст программы представляет собой функцию, некоторые аргументы которой можно также рассматривать как функции. Таким образом, повторное использование кода сводится к вызову ранее описанной функции, структура которой, в отличие от процедуры императивного языка, математически прозрачна.

Более того, типы отдельных функций, используемых в функциональных языках, могут быть переменными. Таким образом обеспечивается возможность обработки разнородных данных (например, упорядочение элементов списка по возрастанию для целых чисел, отдельных символов и строк) или полиморфизм.

Дальше >>

< Самостоятельная работа 5 || Лекция 2: 12

Онлайн-курсы обучения языкам программирования

1. Все темы
2. Технологии
3. Разработка программного обеспечения

Освойте лучшие современные языки программирования, такие как Java, Python и C#, независимо от того, изучаете ли вы правильный синтаксис или оттачиваете свои знания передовых концепций, таких как MVC и разработка через тестирование.

Присоединяйся сейчас

Лучшие языки программирования для изучения

Языки программирования — это то, как мы, люди, даем компьютерам инструкции, которые они могут получать, переводить и выполнять.

Языки программирования создаются в первую очередь для удобочитаемости, чтобы мы могли разрабатывать и редактировать наши исходные коды. Когда компьютер получает инструкции в виде языка программирования, он не может напрямую перевести сообщение. Сначала компьютеру необходимо преобразовать программный код в двоичный формат.

Двоичный язык — это машинный язык, предоставляющий машинный исполняемый код, понятный компьютерам. Двоичный состоит из двоичных цифр — 0 и 1 — и является наименьшей единицей данных в вычислениях. В большинстве случаев двоичный код будет конечной формой любой компьютерной программы, независимо от того, какой язык программирования использовался для написания программы.

Как и человеческий язык, существует ряд различных языков программирования, которые можно использовать для общения. Несмотря на то, что они имеют некоторые общие основные характеристики, у каждого языка есть свои особенности, которые делают его более подходящим для определенных типов приложений.

Выбор лучшего языка программирования для изучения во многом зависит от того, что вам нужно с ним делать. Читайте описания некоторых наиболее известных языков программирования и их приложений.

HTML — это  стандартный язык разметки  для документов, предназначенных для отображения в веб-браузере, известных сегодня как веб-страницы, с начала 1990-х годов. HTML наиболее известен своей важной ролью в создании разнообразия и сложности Интернета, каким мы его знаем сегодня.

С момента своего широкого распространения HTML претерпел множество итераций, каждая из которых способствовала развитию веб-стандартов и возможностей. Например, самая последняя версия, HTML5, теперь поддерживает аудио- и видеоразметку, в то время как предыдущие версии HTML этого не делали.

• Программист-аналитик приложений

  Эта роль отвечает за правильную работу приложений и предлагает решения, если они не работают.

• Специалист по поддержке компьютерных сетей

  Эта роль отвечает за анализ, устранение неполадок и оценку компьютерных сетевых систем.

   

• Аналитик компьютерных систем

  Аналитики компьютерных систем, также называемые системными архитекторами, отвечают за аудит и оптимизацию существующих компьютерных систем и процедур, а также за разработку системных решений.

• Специалист по хранилищам данных

  Эта роль отвечает за разработку процессов и процедур для управления данными в рамках соответствующей организации или проекта.

• Системный программист-аналитик

  Эта роль отвечает за общую разработку программного обеспечения, включая определение, разработку, тестирование, анализ и поддержку нового программного обеспечения.

Если обучение написанию программного обеспечения и овладение навыками компьютерного программирования кажется захватывающим, то вы можете изучить варианты обучения, которые подготовят вас к этой области. В DeVry мы специализируемся на том, чтобы помочь студентам, таким как вы, получить ценные навыки в таких областях технологий, как программирование. Мы разработали нашу степень бакалавра в области разработки программного обеспечения , чтобы помочь таким людям, как вы, приобрести жизненно важные навыки, которые могут помочь вам в построении карьеры, и мы предлагаем несколько специализаций, которые вы можете выбрать, включая дизайн программного обеспечения и программирование, а также разработку веб-приложений и мобильных приложений.

DeVry также предлагает ассоциированную степень со специализацией в области информационных систем и программирования – программа, которая может быть короче по продолжительности и занимает примерно вдвое меньше времени, чем программа бакалавриата.