Языки программирования

2.5 Лого

Язык Лого был создан с целью обучения школьников основам алгоритмического мышления и программирования. Лого - диалоговый процедурный язык, реализованный на основе интерпретатора с возможностью работы со списками и на их основе с текстами, оснащенный развитыми графическими средствами, которые доступны для детского восприятия. Этот язык реализован для большинства ПЭВМ, применяемых в школах. Хотя язык был разработан задолго до того, как началось массовое распространение персональных компьютеров, именно с их появлением этот язык привлёк внимание и приобрёл популярность.

2.6 Форт

Язык Форт относится к числу своеобразных языков. Он весьма популярен среди пользователей микроЭВМ. Основной чертой языка Форт является его открытость, которая позволяет строить новые определения функций на базе ранее определённых. Программист может легко добавить новые операции, типы данных или определения основного языка. Форт позволяет поддерживать многозадачный режим работы, широко используя принцип реентерабельности (одновременного доступа) программ. Структура языка позволяет создавать очень компактные трансляторы (переводчики). Программирование на этом языке требует специальных навыков, поэтому Форт находит применение при решении сложных задач имитационного моделирования, в графических системах, в системах искусственного интеллекта как средство построения баз знаний, в промышленных разработках.

2.7 Пролог

Пролог является языком логического программирования. Главное назначение языка - разработка интеллектуальных программ и систем. Пролог-это язык программирования, созданный специально для работы с базами знаний, основанными на фактах и правилах (одного из элементов систем искусственного интеллекта). В языке реализован механизм возврата для выполнения обратной цепочки рассуждений, при котором предполагается, что некоторые выводы или заключения истинны, а затем эти предположения проверяются в базе знаний, содержащей факты и правила логического вывода. Если предположение не подтверждается, выполняется возврат и выдвигается новое предположение. Пролог принят в качестве основного языка в японских ЭВМ пятого поколения.

2.8 Рефал

Несомненно надо рассказать и о некоторых языках программирования созданных у нас на родине. Один из таких языков является Рефал, разработанный у нас в России (СССР), в 1966г. ИПМ АН СССР. Этот язык прост и удобен для описания манипуляций над произвольными текстовыми объектами.

Рефал широко применяется при разработке трансляторов с алгоритмических языков как универсальных и проблемно – ориентированных, так и автокодов. Кроме использования в задачах трансляции, Рефал имеет такие важные сферы применения, как машинное выполнение громоздких аналитических выкладок в теоретической физике и прикладной математике; проектирование «умных» информационных систем, осуществляющих нетривиальную логическую обработку информации; машинное доказательство теорем; моделирование целенаправленного поведения; разработка диалоговых обучающих систем; исследования в области искусственного интеллекта и т.п.

Программирование на Рефале имеет специфику, связанную, прежде всего, с тем, что Рефал является языком функционального типа в отличие от обычных операторных языков типа Алгол, Фортран и т.д.. Если программа на операторных языках – ни что иное, как совокупность приказов-операторов, то программа на Рефале представляет собой по существу описание связей и отношений между определенными понятиями.

Вследствие того, что в Рефале программист сам определяет структуру обрабатываемой информации, эффективность программы существенно зависит от удачного или неудачного выбора этой структуры. Для задания структур в Рефале используются скобки, а специфика всех реализаций языка такова, что использование скобок резко повышает эффективность выполнения программы. Это достигается с помощью адресного соединения скобок.

Определенной спецификой обладают и переменные типа «выражения» имеется в виду их способность удлиняться при отождествлении. Правильное использование переменных этого типа также позволяет значительно повысить эффективность Рефал – программы.

2.9 Лекс

Лекс – генератор программ лексического анализа. Лексический анализ это распознавание лексем во входном потоке символов. Предположим, что задано некоторое конечное множество слов (лексем) в некотором языке и некоторое входное слово. Необходимо установить, какой элемент множества (если он существует) совпадает с данным входным словом. Обычно лексический анализ выполняется так называемым лексическим анализатором. Лексический анализатор – это программа. Лексический анализ применяется во многих случаях, например, для построения пакетного редактора или в качестве распознавателя директив в диалоговой программе и т.д. Однако, наиболее важное применение лексического анализатора – это использование его в компиляторе. Здесь лексический анализатор выполняет функцию программы ввода данных.

Лексический анализатор выполняет первую стадию компиляции – читает строки компилируемой программы, выделяет лексемы и передает их на дальнейшие стадии компиляции (грамматический разбор, кодогенерацию и т.д.).

Лексический анализатор распознает тип каждой лексемы и соответствующим образом помечает ее. Например, при компиляции Си-программы могут быть выделены следующие типы лексем: число, идентификатор, оператор, ограничитель и т.д.

Лексический анализатор должен не только выделить лексему, но и выполнить некоторые преобразования. Например, если лексема – число, то его необходимо перевести во внутреннюю (двоичную) форму записи как число с плавающей или фиксированной запятой. А если лексема – идентификатор, то его необходимо разместить в таблице, чтобы в дальнейшем обращаться к нему не по имени, а по адресу в таблице.

Хотя лексический анализ по своей идее прост, тем не менее, эта фаза работы компилятора часто занимает больше времени, чем любая другая. Частично это происходит из-за необходимости просматривать и анализировать исходный текст символ за символом. Иногда даже бывает необходимо вернуть прочитанный символ во входной поток с тем, чтобы повторить просмотр и анализ.

3 Понятие, назначение и составные элементы систем программирования

Системой программирования называется комплекс программ, предназначенный для автоматизации программирования задач на ЭВМ. Система программирования освобождает пользователя или программиста от необходимости написания программ решения своих задач на неудобном для него языке машинных команд, и предоставляют им возможность использовать специальные языки более высокого уровня. Для каждого из таких языков, называемых входными или исходными, система программирования имеет программу, осуществляющую автоматический перевод (трансляцию) текстов программы с входного языка на язык машины. Обычно система программирования содержит описания применяемых языков программирования, программы – трансляторы с этих языков, а также развитую библиотеку стандартных подпрограмм. Важно различать язык программирования и реализацию языка.

Язык – это набор правил, определяющих систему записей, составляющих программу, синтаксис и семантику используемых грамматических конструкций.

Реализация языка – это системная программа, которая переводит (преобразует) записи на языке высокого уровня в последовательность машинных команд.

По набору входных языков различают системы программирования одно- и многоязыковые. Отличительная черта многоязыковых систем состоит в том, что отдельные части программы можно составлять на разных языках и с помощью специальных обрабатывающих программ объединять их в готовую для исполнения на ЭВМ программу.

По структуре, уровню формализации входного языка и целевому назначению различают системы программирования машинно-ориентированные и машинно-независимые.

3.1 Машинно-ориентированные системы программирования1

Машинно-ориентированные системы программирования имеют входной язык, наборы операторов и изобразительные средства, которые существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Машинно-ориентированные системы позволяют использовать все возможности и особенности машинно-зависимых языков:

высокое качество создаваемых программ;

возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;

предсказуемость объектного кода и заказов памяти;

низкая скорость программирования;

невозможность непосредственного использования программ, составленных на этих языках, на ЭВМ других типов.

3.1.1 Машинный язык1

В таких системах программирования отдельный компьютер имеет свой определённый машинный язык. Некоторые семейства ЭВМ (например, ЕС ЭВМ, IBM/370/ и др.) имеют единый машинный язык для ЭВМ разной мощности. В новых моделях ЭВМ намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно-аппаратным путём. Машинный язык является внутренним языком ЭВМ и представляет собой систему инструкций и данных, которые не требуют трансляции и могут непосредственно интерпретироваться и исполняться аппаратными средствами ЭВМ.

3.1.2 Системы символического кодирования1

В данных системах используются языки символического кодирования, которые так же, как и машинные языки, являются командными. Однако, коды операций и адреса в машинных командах, представляющие собой последовательность двоичных (во внутреннем коде) или восьмеричных (часто используемых при написании программ) цифр, в языках символического кодирования заменены символами (идентификаторами), форма написания которых помогает программисту легче запоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ. Использование символических адресов – первый шаг к созданию языков символического кодирования. Назначение адресов, выполняемое отдельно от составления программы в символических адресах, может проводиться менее квалифицированным программистом или специальной программой, что в значительной степени облегчает труд программиста.

3.1.3 Автокоды

Существуют системы программирования, использующие языки, которые включают в себя все возможности языков символического кодирования, посредством расширенного введения макрокоманд – они называются Автокоды. В различных программах встречаются некоторые достаточно часто использующиеся командные последовательности, которые соответствуют определённым процедурам преобразования информации. Эффективная реализация таких процедур обеспечивается оформлением их в виде специальных макрокоманд и включением последних в язык программирования, доступный программисту. Макрокоманды переводятся в машинные команды двумя пу-тями – расстановкой и генерированием. Развитые автокоды получили название Ассемблеры.

3.1.4 Макрос

В таких системах язык, являющийся средством для замены последовательности символов описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ на более сжатую форму – называется Макрос (средство замены). В основном, Макрос предназначен для того, чтобы сократить запись исходной программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающий функционирование макросов, называется макропроцессором. На макропроцессор поступает макросопределяющий и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов – выдача выходного текста. Макрос одинаково может работать, как с программами, так и с данными.

3.2 Машинно-независимые системы программирования1

Машинно-независимые системы программирования – это средство описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Они удобны в использовании для широкого круга пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ. Операторы языка описывают действия, которые должна выполнять система после трансляции программы на машинном языке. Таким образом, командные последовательности (процедуры, подпрограммы), часто используемые в машинных программах, представлены в высокоуровневых языках отдельными операторами. Программист получил возможность не расписывать в деталях вычислительный процесс на уровне машинных команд, а сосредоточиться на основных особенностях алгоритма.

3.2.1 Процедурно-ориентированные системы 1

Входные языки программирования в таких системах служат для записи алгоритмов (процедур) обработки информации, характерных для решения задач определённого класса. Эти языки, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и чётко формулировать задачу получать результаты в требуемой форме. Процедурных языков очень много, например; Фортран, Алгол – языки созданные для решения математических задач;

Simula, Слэнг – для моделирования; Лисп, СНОБОЛ – для работы со списочными структурами.

3.2.2 Проблемно-ориентированные системы2

Проблемно-ориентированные системы в качестве входного языка используют язык программирования с проблемной ориентацией. С расширением областей применения вычислительной техники возникла необходимость формализовать представления постановки и решения новых классов задач. Необходимо было создать такие языки программирования, которые, используя в данной области обозначения и терминологию, позволили бы описывать требуемые алгоритмы решения для поставленных задач. Программы, составленные на основе этих языков программирования, записаны в терминах решаемой задачи и реализуются выполнением соответствующих процедур.

3.2.3 Диалоговые языки1

Появление новых технических возможностей поставило задачу перед системными программистами – создать программные средства, обеспечивающие оперативное взаимодействие человека с ЭВМ их назвали диалоговыми языками. Разрабатывались языки, которые кроме целей управления обеспечивали бы описание алгоритмов решения задач. Необходимость обеспечения оперативного взаимодействия с пользователем потребовала сохранения в памяти ЭВМ копии исходной программы даже после получения объектной программы в машинных кодах. При внесении изменений в программу система программирования с помощью специальных таблиц устанавливает взаимосвязь структур исходной и объектной программ. Это позволяет осуществить требуемые редакционные изменения в объектной программе.