История языков программирования

История языков программирования  
 

Одной из самых  революционных идей приведших к  созданию автоматических цифровых вычислительных машин, была высказанная в 20-х годах 19 века Чарльзом Бебиджем мысль о  предварительной записи порядка  действия машины для последующей автоматической реализации вычислений – программе. И, хотя использованная Бебиджем запись программы на перфокартах, придуманная для управления такими станками французским изобретателем Жозефом Мари Жаккаром, технически не имеет ничего общего с современными приемами хранения программ в ПК, принцип здесь по существу один. С этого момента начинается история программирования.

Аду Левлейс, современницу Бебиджа, называют первым в мире программистом. Она теоретически разработала некоторые  приемы управления последовательностью вычислений, которые используются в программировании и сейчас. Ею же была описана и одна из важнейших конструкций практически любого современного языка программирования – цикл. 

Революционным моментом в истории языков программирования стало появление системы кодирования машинных команд с помощью специальных символов, предложенной Джоном Моучли. Система кодирования, предложенная им, вдохновила одну из его сотрудниц Грейс Мюррей Хоппер. При работе на компьютере «Марк-1» ей и ее группе пришлось столкнуться со многими проблемами и все, что ими придумано, было впервые. В частности они придумали подпрограммы. И еще одно фундаментальное понятие техники программирования впервые ввели Хоппер и ее группа – «отладка».

В конце 40-х годов  Дж. Моучли создал систему под названием «Short Code», которая являлась примитивным языком программирования высокого уровня. В ней программист записывал решаемую задачу в виде математических формул, а затем, используя специальную таблицу, переводил символ за символом, преобразовывал эти формулы в двухлитерные коды. В дальнейшем специальная программа компьютера превращала эти коды в двоичный машинный код. Система, разработанная Дж. Моучли, считается одним из первых примитивных интерпретаторов. 

Уже в 1951 г. Хоппер создала первый в мире компилятор и ею же был введен сам этот термин. Компилятор Хоппер осуществлял функцию объединения команд и в ходе трансляции производил организацию подпрограмм, выделение памяти компьютера, преобразование команд высокого уровня (в то время псевдокодов) в машинные команды. «Подпрограммы находятся в библиотеке (компьютера), а когда вы подбираете материал из библиотеки – это называется компиляцией» – так она объясняла происхождение введенного ею термина. 

В 1954 году группа под руководством Г. Хоппер разработала систему, включающую язык программирования и компилятор, которая в дальнейшем получила название Math-Matic. После удачного завершения работ по созданию Math-Matic Хоппер и ее группа принялись за разработку нового языка и компилятора, который позволил бы пользователями программировать на языке, близком к обычному английскому. В 1958 г. появился компилятор Flow-Matic. Компилятор Flow-Matic был первым языком для задач обработки коммерческих данных.

Разработки в  этом направлении привели к созданию языка Кобол (COBOL – Common Business Oriented Language). Он был создан в 1960 году. В этом языке по сравнению с Фортраном и Алголом, слабее развиты математические средства, но зато хорошо развиты средства обработки текстов, организация вывода данных в форме требуемого документа. Он задумывался как основной язык для массовой обработки данных в сферах управления и бизнеса. 

Середина 50-х  годов характеризуется стремительным  прогрессом в области программирования. Роль программирования в машинных командах стала уменьшаться. Стали появляться языки программирования нового типа, выступающие в роли посредника между машинами и программистами. Первым и одним из наиболее распространенных был Фортран (FORTRAN, от FORmula TRANslator – переводчик формул), разработанный группой программистов фирмы IBM в 1954 году (первая версия). Этот язык был ориентирован на научно-технические расчеты математического характера и является классическим языком программирования при решении на ПК математических и инженерных задач.

Для первых языков программирования высокого уровня предметная ориентация языков была характерной чертой.

Особое место  среди языков программирования занимает Алгол, первая версия которого появилась  в 1958 году. Одним из разработчиков  Алгола был «отец» Фортрана Джон Бэкус. Название языка ALGOrithmic Language подчеркивает то обстоятельство, что он предназначен для записи алгоритмов. Благодаря четкой логической структуре Алгол стал стандартным средством записи алгоритмов в научной и технической литературе. 

В середине 60-х годов Томас Курц и Джон Камени (сотрудники математического факультета Дартмунтского колледжа) создали специализированный язык программирования, который состоял из простых слов английского языка. Новый язык назвали «универсальным символическим кодом для начинающих» (Beginner All-Purpose Symbolic Instruction Code, или, сокращенно, BASIC). Годом рождения нового языка можно считать 1964. Сегодня универсальный язык Бейсик (имеющий множество версий) приобрел большую популярность и получил широкое распространение среди пользователей ПК различных категорий во всем мире. В значительно мере этому способствовало то, что Бейсик начали использовать как встроенный язык персональных компьютеров, широкое распространение которых началось в конце 70-х годов. Однако Бейсик неструктурный язык, и поэтому он плохо подходит для обучения качественному программированию. Справедливости ради следует заметить, что последние версии Бейсика для ПК (например, QBasic) стали более структурными и по своим изобразительным возможностям приближаются к таким языкам, как Паскаль. 

Разработчики  ориентировали языки на разные классы задач, в той или иной мере привязывали  их к конкретной архитектуре ПК, реализовывали личные вкусы и  идеи. В 60-е годы были предприняты  попытки преодолеть эту «разноголосицу» путем создания универсального языка программирования. Первым детищем этого направления стал PL/1 (Programm Language One), разработанный фирмой IBM в 1967 году. Этот язык претендовал на возможность решать любые задачи: вычислительные, обработки текстов, накопления и поиска информации. Однако он оказался слишком сложным, транслятор с него – недостаточно оптимальным и содержал ряд невыявленных ошибок.

Однако линия  на универсализацию языков была поддержана. Старые языки были модернизированы  в универсальные варианты: Алгол-68 (1968 г.), Фортран-77. Предполагалось, что подобные языки будут развиваться и усовершенствоваться, станут вытеснять все остальные. Однако ни одна из этих попыток не увенчалась успехом. 

Язык ЛИСП появился в 1965 году. Основным в нем служит понятие рекурсивно определенных функций. Поскольку доказано, что любой алгоритм может быть описан с помощью некоторого набора рекурсивных функций, то ЛИСП по сути является универсальным языком. С его помощью ПК может моделировать достаточно сложные процессы, в частности – интеллектуальную деятельность людей.

Пролог разработан во Франции в 1972 году для решения  проблем «искусственного интеллекта». Пролог позволяет в формальном виде описывать различные утверждения, логику рассуждений и заставляет ПК давать ответы на заданные вопросы.

Значительным  событием в истории языков программирования стало создание в 1971 году языка Паскаль. Его автор – швейцарский ученый Никлаус Вирт. Вирт назвал его в  честь великого французского математика и религиозного философа XVII века Блеза Паскаля, который изобрел первое суммирующее устройство, именно поэтому новому языку было присвоено его имя. Этот язык первоначально разрабатывался как учебный язык структурного программирования, и, действительно, сейчас он является одним из основных языков обучения программированию в школах и вузах. 

В 1975 году два  события стали вехами в истории  программирования – Билл Гейтс и  Пол Аллен заявили о себе, разработав свою версию Бейсика, а Вирт и Йенсен выпустили классическое описание языка  «Pascal User Manual and Report».

Не менее впечатляющей, в том числе и финансовой, удачи  добился Филип Кан, француз, разработавший  в 1983 году систему Турбо-Паскаль. Суть его идеи состояла в объединении  последовательных этапов обработки  программы – компиляции, редактирования связей, отладки и диагностики ошибок – в едином интерфейсе. Турбо-Паскаль – это не только язык и транслятор с него, но еще и операционная оболочка, позволяющая пользователю удобно работать на Паскале. Этот язык вышел за рамки учебного предназначения и стал языком профессионального программирования с универсальными возможностями. В силу названных достоинств Паскаль стал источником многих современных языков программирования. С тех пор появилось несколько версий Турбо-Паскаля, последняя – седьмая.

Фирма Borland/Inprise завершила линию продуктов Турбо-Паскаль  и перешла к выпуску системы  визуальной разработки для Windows – Delphi.

Большой отпечаток  на современное программирование наложил  язык Си (первая версия – 1972 год), являющийся очень популярным в середе разработчиков систем программного обеспечения (включая операционные системы). Этот язык создавался как инструментальный язык для разработки операционных систем, трансляторов, баз данных и других системных и прикладных программ. Си сочетает в себе как черты языка высокого уровня, так и машинно-ориентированного языка, допуская программиста ко всем машинным ресурсам, чего не обеспечивают такие языки как Бейсик и Паскаль.

Период с конца 60-х до начала 80-х годов характеризуется  бурным ростом числа различных языков программирования, сопровождавшим кризис программного обеспечения. В январе 1975 года Пентагон решил навести порядок в хаосе трансляторов и учредил комитет, которому было предписано разработать один универсальный язык. В мае 1979 года был объявлен победитель – группа ученых во главе с Жаном Ихбиа. Победивший язык окрестили Ада, в честь Огасты Ады Левлейс. Этот язык предназначен для создания и длительного (многолетнего) сопровождения больших программных систем, допускает возможность параллельной обработки, управления процессами в реальном времени.  

В течение многих лет программное обеспечение  строилось на основе операционных и  процедурных языков, таких как  Фортран, Бейсик, Паскаль, Ада, Си. По мере эволюции языков программирования получили широкое распространение и другие, принципиально иные, подходы к созданию программ.

Существует большое  количество классификаций языков программирования по различным признакам. Наиболее распространенными  являются следующие классификации:

- языки программирования высокого (Паскаль, Бейсик) и низкого уровня (Ассемблер);

- строго типизированные (Паскаль) и нестрого типизированные (Бейсик);

- с поддержкой объектно-ориентированного программирования (Си++) и без и т. д. 

Рассмотрим другую классификацию. Языки программирования делятся на:

1) Машинно-ориентированные  языки:

- машинные языки;

- языки символического кодирования;

- автокоды;

- макрос.

2) Машинно-независимые  языки:

- проблемно-ориентированные языки;

- универсальные языки;

- диалоговые языки;

- непроцедурные языки. 

Машинно-ориентированные  языки

Машинно-ориентированные  языки – это языки, наборы операторов и изобразительные средства которых  существенно зависят от особенностей ПК (внутреннего языка, структуры  памяти и т. д.). Машинно-ориентированные языки имеют следующие особенности:

- высокое качество создаваемых программ (компактность и скорость выполнения);

- возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;

- предсказуемость объектного кода и заказов памяти;

- для составления эффективных программ необходимо знать систему команд и особенности функционирования данного ПК;

- трудоемкость процесса составления программ (особенно на машинных языках и ЯСК), плохо защищенного от появления ошибок;

- низкая скорость программирования;

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

Машинно-ориентированные  языки по степени автоматического  программирования подразделяются на классы. 

Машинный язык

Отдельный компьютер  имеет свой определенный машинный язык (далее МЯ), ему предписывают выполнение указываемых операций над определяемыми ими операндами, поэтому МЯ является командным. В команде сообщается информация о местонахождении операндов и типе выполняемой операции.

В новых моделях  ПК намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно-аппаратным путем реализовывать более сложные команды, приближающиеся по своим функциональным действиям к операторам алгоритмических языков программирования. 

Языки Символического Кодирования

Языки Символического Кодирования (далее ЯСК), так же, как и МЯ, 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 ЯСК заменены на символы (идентификаторы), 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 ЯСК. Команды ПК вместо истинных (физических) адресов содержат символические адреса. По результатам составленной программы определяется требуемое количество ячеек для хранения исходных промежуточных и результирующих значений. 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.