Система программирования

СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ.

Система программирования - это набор средств для ввода, редактирования, трансляции и накопления программ в ЭВМ. Эти средства обеспечивают автоматизацию разработки и отладки программ и включают в себя языки программирования, трансляторы с этих языков, библиотеки стандартных программ, компоновщик и отладчики программ. Они позволяют разрабатывать программы на более удобном человеку языке, а не в машинных кодах.

!  ТРАНСЛЯТОРЫ (переводчики) - это комплекс программ, обеспечивающих автоматический перевод программ с языка программирования на машинный язык. В зависимости от входного языка и порядка следования этапов трансляции и исполнения операторов программы трансляторы делятся на Ассемблеры, интерпретаторы и компиляторы.

Разницу между компиляцией и интерпретацией можно пояснить с помощью аналогии. Пусть требуется приготовить пирог по рецепту, написанному на иностранном языке. Есть два пути. Можно сначала перевести рецепт на родной язык и лишь затем идти на кухню и готовить пирог по рецепту на родном языке (этот процесс соответствует компиляции). Можно, однако, по мере чтения и перевода рецепта сразу же выполнять требуемые им действия. В это случае мы не получим текста рецепта на родном языке, а сразу получим пирог (это соответствует интерпретации). Правда, если пирог придется готовить несколько раз, рецепт придется переводить многократно. И еще: вторым способом можно воспользоваться, если знаешь язык достаточно хорошо (а для этого надо больше учиться).

!  ИНТЕРПРЕТАТОР переводит каждую конструкцию (строку) программы с языка программирования на машинный язык и сразу же выполняет ее. Интерпретатор представляет собой сложную систему, занимающую большой объем памяти. Для него характерна меньшая скорость работы по сравнению с компилятором, однако он обладает преимуществом, т. к. обеспечивает более удобную форму отладки программы пользователем.

!  КОМПИЛЯТОР переводит всю программу целиком на язык машины без ее выполнения компьютером. без ее выполнения компьютером. В результате компиляции создается объектный модуль. Однако объектный модуль еще не готов к выполнению, - необходимо пройти еще этап редактирования и создать загрузочный модуль. Загрузочный модуль может состоять из нескольких объектных модулей, и он уже готов к выполнению.

На примере «кулинарии» это можно объяснить так: Имеем рецепт приготовления пирожков на иностранном языке такого вида: приготовить тесто (см. рецепт на стр. 78). Приготовить начинку (см. рецепт на стр. 109). Тесто раскатать, положить начинку, залепить, выпекать в духовом шкафу при температуре 200○.

Действовать нам придется так: сначала переводим текст нашего рецепта (Исходный модуль 1 и получаем Объектный модуль 1), затем текст рецепта приготовления теста (Исходный модуль 2 и получаем Объектный модуль 2), а затем текст рецепта приготовления начинки (Исходный модуль 3 и получаем Объектный модуль 3). И потом, соединив все рецепты вместе, получаем инструкцию по приготовлению пирожков, по которой будем работать (Загрузочный модуль).

В программировании к таким средствам приходится прибегать часто. Например, вам в задаче необходимо вычислить синус. Существует библиотека стандартных процедур, из которой редактор связей выбирает нужный модуль и «подцепляет» его к нашей программе.

ХАРАКТЕРИСТИКА ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ.

Язык является естественным средством общения между людьми, формой выражения мысли. При общении двух людей разной национальности, необходимо одному из них помимо родного языка знать еще и язык, на котором разговаривает его собеседник. Аналогичная ситуация возникает при общении человека с компьютером. Компьютер - это электронное устройство, творение рук человеческих, и все, что он может, определено человеком.

В настоящее время в направлении обучения компьютера языку человека сделаны некоторые шаги, и в скором времени мы сможем общаться с компьютером так же, как мы общаемся друг с другом. Однако в настоящее время, для того чтобы общаться с компьютером, шире использовать его как помощника и переложить на него большую часть рутинной работы, человеку необходимо освоить язык компьютера. Процесс освоения языка компьютера подобен изучению какого-либо иностранного языка.

Физические принципы работы электронных устройств ЭВМ таковы, что компьютер может воспринимать только команды, состоящие из единиц и нулей (ток через схему проходит или не проходит), т. е. машинный код. На начальной стадии развития ЭВМ человеку необходимо было составлять программы на языке, понятном компьютеру, в машинных кодах. Каждая команда состояла из кода операции (что нужно сделать) и адресов операндов, выраженных в виде комбинаций нулей и единиц. Например, для выполнения сложения С=А+В машинный код представлял собой следующее:

001

операция адрес ячейки адрес ячейки адрес ячейки

операнда А операнда В результата С

Такой язык громоздок и неудобен: легко допустить ошибку, программу трудно контролировать; необходимо хорошо знать внутреннюю структуру ЭВМ, принцип работы каждого блока. И самое плохое, что программирование в машинных кодах требует от программиста много времени, труда, повышенного внимания. Необходимо средство, позволяющее более просто наладить общение человека и компьютера. Такое средство было найдено - различные символические языки программирования и соответствующие им трансляторы (переводчики), обеспечивающие автоматический перевод программ, написанных на этом языке в машинный код.

В мире насчитывается несколько сотен языков программирования, но все их можно разделить на 3 группы:

ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Программирование - это искусство создавать программные продукты.

Язык программирования – это формальная знаковая система, предназначеная для написания программ, понятной исполнителю (компьютеру).

Язык программирования ( англ. Programming language ) - система обозначений для описания алгоритмов и структур данных, определенная искусственная формальная система, средствами которой можно выражать алгоритмы. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, задающих внешний вид программы и действия, которые выполняет исполнитель (компьютер) под ее управлением.

Первым компьютерам приходилось программировать двоичными машинными кодами. Однако программировать таким образом - достаточно трудоемкая и сложная задача. Для упрощения этой задачи стали появляться языки программирования. Со времени создания первых программируемых машин было создано более двух с половиной тысяч языков программирования. Ежегодно их число пополняется новыми. Некоторыми языками умеет пользоваться только небольшое число их собственных разработчиков, другие становятся известны миллионам людей. Профессиональные программисты обычно применяют в своей работе несколько языков программирования.

Машинно-ориентированные языки (языки низкого уровня) существенно зависят от архитектуры конкретного компьютера: набора инструкций процессора, структуры памяти и т. д.

К машинно-ориентированным языкам относят Ассемблер, Макроассемблер, автокоды.

Языки низкого уровня ориентированы на конкретный тип процессора и учитывают его особенности, поэтому для переноса программы на ассемблере на другую аппаратную платформу ее нужно почти полностью переписать. Определенные различия имеются и в синтаксисе программ под разные компиляторы. Правда, центральные процессоры для компьютеров фирм AMD и Intel практически совместимы и отличаются лишь некоторыми специфическими командами. А вот специализированные процессоры для других устройств, например, видеокарт, телефонов содержат существенные различия.

Преимущества

·  С помощью языков низкого уровня создаются эффективные и компактные программы, поскольку разработчик получает доступ ко всем возможностям процессора.

Недостатки

·  Программист, работающий с языками низкого уровня, должен быть высокой квалификации, хорошо понимать устройство компьютера и, особенно, устройство и особенности работы его процессора.

·  программа, написанная на языках низкого уровня не может быть перенесена на компьютер или устройство с другим типом процессора.

·  значительное время разработки больших и сложных программ.

Языки низкого уровня, как правило, используют для написания небольших системных программ, драйверов устройств, модулей стыков с нестандартным оборудованием, программирование специализированных микропроцессоров, когда важнейшими требованиями являются компактность, быстродействие и возможность прямого доступа к аппаратным ресурсам.

Достоинством машинно-ориентированных языков является обеспечение высокой скорости решения задач, т. к. при программировании учитываются структура самого компьютера, его возможности на уровне отдельных устройств. Недостатки - отсутствие наглядности программы, трудности в ее отладке, необходимость хорошо знать структуру компьютера.

Алгоритмические языки позволяют описывать большинство алгоритмов в удобной форме. Своими конструкциями и правилами написания эти языки близки к привычной записи математических действий, а с другой стороны, содержат выражения, близкие к естественному языку (чаще всего к английскому). Использование таких языков сокращает трудоемкость программирования. Примеры алгоритмических языков: БЕЙСИК, ПАСКАЛЬ, СИ, ФОРТРАН, КОБОЛ, АЛГОЛ, АДА, PL/1 и др.

Как среди естественных языков нет совершенного языка, так и среди алгоритмических языков создать что-либо универсальное весьма проблематично. Однако среди многочисленной группы разнообразных алгоритмических языков есть характерная логическая связь их конструкций, которая позволяет программисту, знающему в совершенстве один язык, разобраться в специфике другого языка, затратив небольшое время на его изучение.

Примером логических языков программирования может служить языки ПРОЛОГ, ЛИСП и др., созданные для исследований и машинных экспериментов в области искусственного (компьютерного) интеллекта. Пролог используется для программирования баз знаний.

Объектно-ориентированные языки появились совсем недавно в связи с широким распространением технологий Windows. Основой программирование на объектно-ориентированном языке является так называемое «событийное» управление, т. е. различная реакция на любое событие в системе (например, движение мышки, нажатие на кнопку и т. п.). Примеры объектно-ориентированных языков: Visual Basic, Delphi, Visual C, а также языки, появившиеся в связи с широким распространением Интернета: Java, Рerl и др.

ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ ПАСКАЛЬ

Язык программирования Паскаль назван в честь выдающегося французского математика и философа Блеза Паскаля (1623–1662), был разработан в гг. Никлаусом Виртом, профессором, директором института информатики Швейцарской высшей политехнической школы первоначально для обучения студентов программированию и скоро стал широко использоваться для разработки программных средств в профессиональном программировании.

За прошедшие годы создано много версий этого языка программирования: Pascal, TurboPascal, Borland Pascal, Borland Pascal for Windows, FreePascal, Pascal ABC и др. Каждой версии присущи свои преимущества и недостатки. Практически любая программа, с которыми мы будем работать, правильной в любой из вышеперечисленных версий. Однако каждая версия Паскаля предлагает всой способ работы на компьютере. В широком смысле этот способ называется средой программирования. Среды программирования версий TurboPascal 6.0, TurboPascal 7.0, Borland Pascal для DOS очень близки между собой. Мы будем говорить о том, что характерно для этих версий языка, если же какие-то детали характерны только для какой-либо одной версии, будем оговаривать это особо.

Основой ЛЮБОГО языка, в том числе и языка программирования является АЛФАВИТ.

Алфавит языка Паскаль – латинские буквы (26), цифры (10), и знаки (точка, запятая, точка с запятой, кавычки, апостроф, скобки и др.)

Как в любом другом языке из букв строятся слова, так и в языке программирования из букв строятся ключевые слова. Все ключевые слова языка Паскаль и их назначение перечислены в справе (Help).

Из слов строятся предложения. В языках программирования это операторы.

!  Каждый оператор в языке Паскаль заканчивается точкой с запятой (;)

Из предложений строится текст. В языках программирования это программа.

!  Программа заканчивается точкой (.)

Программа на языке Бейсик состоит из команд (операторов).

Пример программы вычисления площади прямоугольника.

INPUT A, B оператор вводит исходные данные (длину и ширину) в ячейки А и В

S=A*B перемножаются значения А и В, результат записывается в ячейку S

PRINT S выводится на экран содержимое ячейки S.