МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.В. ЛУНАЧАРСКОГО
КАФЕДРА ИНФОРМАТИКИ
Дипломная работа
2010
ЭВМ - это устройство для автоматической обработки информации (данных). Эвм может выполнять только специальные, присущие ей команды. Чтобы машина сделала что-либо полезное, необходимо задать последовательность команд на том языке, который она понимает. Такая последовательность называется программой.
Известно, что ЦП каждого типа ЭВМ имеет свою систему команд и каждая команда внутри ЭВМ (в памяти) представляется в виде последовательности нулей и единиц - машинного кода. На этапе становления программирования программы для ЭВМ составлялись именно в машинных кодах, что стало довольно затруднительно при решении более сложных задач. Поэтому были разработаны языки программирования.
Язык низкого уровня представляет собой систему двоичных или шестнадцатеричных команд, написанных в машинных кодах. Программист общается с машиной на "ее языке". Он понимается ею без преобразований. К таким языкам можно отнести АССЕМБЛЕР. Этот язык используется, в основном, программистами профессионалами и обладает существенным недостатком - машинная зависимость, т.е. невозможность переноса программы на другой тип машин.
Работа с языками высокого уровня в машине происходит более сложно. Она вначале преобразует команды языка в шестнадцатеричные коды, затем расшифровывает их (ставит в соответствие каждому коду одну или несколько своих команд) и только после этого выполняет программу. Примерами языков высокого уровня являются Паскаль, Бейсик, Си и другие языки. В отличие от языков низкого уровня, на языках высокого уровня легче программировать, т.е. общаться с машиной. Однако часто с простотой общения теряются некоторые возможности машины, поэтому практически в каждом языке высокого уровня есть возможность писать команды непосредственно на машинном языке (программировать в "кодах").
Процесс перевода программы с языка программирования высокого уровня на машинный язык называется трансляцией. Трансляция осуществляется с помощью специальной программы, называемой транслятором. Различают два вида трансляции: интерпретация и компиляция, а соответствующие им программы - интерпретаторы и компиляторы. Трансляторы с языков являются составной частью самой системы программирования, поэтому запуск программы предполагает сначала ее трансляцию, а потом собственно выполнение.
Рассмотрим процесс выполнения программы, написанной на языках интерпретаторах, а затем компиляторах.
I. ИНТЕРПРЕТАТОР
1. Машина считывает очередной оператор программы.
2. Переводит оператор в свои, ей понятные команды.
3. При обнаружении ошибки интерпретация прерывается и машина указывает на это.
4. Выполняет переведенные команды.
5. "Забывает" считанный оператор.
6. Продолжает данный процесс, пока не выполнятся все операторы, т.е. пока не дойдет до указателя конца программы.
7. "Забывает" выполненную программу.
Процесс интерпретации можно также проиллюстрировать в виде следующей схемы:
II. КОМПИЛЯТОР
1. Машина считывает очередной оператор, написанный на языке.
2. Переводит оператор в свои, ей понятные команды.
3. При попадании на ошибку процесс перевода прерывается, и машина указывает на это.
4. Продолжает данный процесс, пока не иссякнут все строки программы, т.е. пока не дойдет до указателя конца программы.
5. Выполняет переведенную программу целиком.
Из указанного выше процесса выполнения программы следует, что языки интерпретаторы работают медленнее, при запуске не "вылавливают" всех ошибок (лишь при попадании на них машина указывает на ошибку).
Одним из первых языков программирования, созданных специально для учебных целей, был БЕЙСИК, разработанный в 1964 году в Дартмутском колледже (США). Его создание преследовало цель предоставить возможность студентам пользоваться средствами ЭВМ без длительной предварительной подготовки. Предполагалось также, что БЕЙСИК будет использоваться в качестве универсального языка людьми, не имеющими опыта работы на ЭВМ - рядовыми пользователями. Одним из достоинств языка является его удобство для работы в интерактивном режиме, что послужило использованием БЕЙСИКа при разработке диалоговых обучающих программ.
К концу 60-х годов сложилась ситуация, когда для профессиональных целей использовались языки типа ФОРТРАН, КОБОЛ и пр., а весь учебный мир предпочитал БЕЙСИК. Естественно, что многие считали такую ситуацию неудовлетворительной. По этой причине две группы исследователей приступили к созданию универсального языка программирования, отвечающего современным требованиям. Этот язык должен был включать в себя все достоинства существующих языков, иметь логически обоснованную структуру и быть легким для восприятия. Такие языки были созданы. Одним из них являлся АЛГОЛ-68, другой же был разработан в Институте информатики г. Цюриха (Швейцария) Николасом Виртом в 1971 г. Этот язык получил название ПАСКАЛЬ в честь великого французского ученого XYII века, сумевшего первым в мире изобрести автоматическое устройство для проведения вычислений. Транслятор с языка был разработан в 1973 г.
Так же как и Бейсик, Паскаль довольно просто изучать. Главное, чем обладает Паскаль - он удовлетворяет требованиям обыкновенных пользователей и специалистов по ВТ. Известно, что первым нужен язык, который легко изучать, а вторым - логически правильно построенный язык. Паскаль имеет практически все конструкции языков ПЛ/1 и АЛГОЛ-68, однако он более лаконичен. Грамматические правила языка можно уместить на 4-х страницах.
Хотя Паскаль почти так же прост, как и Бейсик, он имеет перед ним ряд преимуществ. Так, Паскаль способствует внедрению современной технологии программирования, основанной на поэтапном построении программы (принцип "cверху-вниз"), состоящих из небольших, четко определенных процедур (структурный подход). Таким образом, преодолевается главный недостаток, свойственный Бейсику, - неэффективная организация подпрограмм. Разработанный Н. Виртом вариант языка является стандартом. Помимо стандарта языка, в связи с разработкой различных компиляторов, появились версии Паскаля, среди которых наиболее популярной является система Turbo-Pascal, используемая на IBM - совместимых компьютерах.
Понятие "структурное программирование" появилось в 1968 году, когда была опубликована статья одного из видных программистов того времени Дейкстры. Он в своей статье констатировал вредность применения оператора безусловного перехода (оператора, позволяющего сделать переход от одного оператора к другому, находящемуся в любом месте программы) и нашел хорошее объяснение причине, по которой он вреден.
Программист Нор четко обосновал, что использование основных базовых конструкций способствует обеспечению ясности и читаемости при написании и дальнейшей доработке программ.
Таким образом, структурным языком назовем тот, у которого блок-схема любой программы состоит только из базовых структур.
Имеется четыре типа управляющих структур: следование, выбор, повторение (цикл) и группирование.
Для реализации следования есть правило: все команды выполняются в порядке их следования.
Для выбора и повторения есть свои специальные инструкции (операторы, команды). Выбор предусматривает проверку условия с последующим выполнением одной или нескольких команд в зависимости от истинности или ложности условия. Выбор (или развилка) бывает полный или неполный, в зависимости от выполняемых команд:
Таким образом, конструкция работает следующим образом: при истинности условия P выполняется серия команд S1, в противном случае либо S2, либо управление передается следующей за развилкой конструкции.
Повторение, или цикл, представляет собой конструкцию, которая состоит, как и выбор, из проверки условия и серии команд. Однако, в отличие от выбора, данная серия команд может выполняться неоднократно, в зависимости от проверки условия. Повторения подразделяются на циклы с предусловием (циклы-пока) и циклы с постусловием (циклы-до).
Серия команд S выполняется циклически до тех пор, пока условие истинно в первом случае и ложно - во втором.
Группирование означает объединение одной или нескольких инструкций внутри специальной инструкции. Во всех языках имеются средства для формирования единого блока из группы инструкций (подпрограммы в Бейсике, составные инструкции и процедуры в Паскале). Примером группирования может являться также выполнение в конструкциях циклов следования или выбора и т.д.
Программирование на любом языке предполагает знание определенных форм записи, которые необходимо соблюдать при написании каждой программы. Правила записи часто бывают, сложны в написании, и поэтому прибегают к различным способам их отображения. Рассмотрим один из них - синтаксическую диаграмму.
Синтаксическая диаграмма - это графическое представление отдельных объектов языка и строения самой программы. Возьмем, например, правило записи команды проверки условия в школьном алгоритмическом языке: команда начинается со служебного слова "если", за ней следует логическое выражение, далее обязательно слово "то", серия команд 1 и, наконец, не обязательно "иначе" и серия команд 2. Синтаксическая диаграмма выражает данное правило в виде схемы игрушечной железной дороги.