Что такое уровень языка программирования

Студентик.РФ

Уровни языков программирования

Уровни языков программирования.

Если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его возможности, то он называется языком программирования низкого уровня.

Низкий уровень языка программирования не означает плохой уровень.
Имеется ввиду, что операторы языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора.

Языком самого низкого уровня является язык ассемблера, который представляет каждую команду машинного кода с помощью удобных для восприятия человеком символических условных обозначений, называемых мнемокодами.

Язык ассемблера дает возможность составлять программы в терминах команд машинного языка, но с использованием более удобной системы обозначений.
Использование языка ассемблера, как правило, ограничивается областью системного программирования, т.е. разработкой операционных систем или их компонентов, разработкой драйверов и т.д.

Так как наборы команд для каждой модели процессора отличаются между собой, то конкретной компьютерной архитектуре соответствует свой язык ассемблера.

Для перевода программы с языка ассемблера в понимаемый процессором машинный код требуется специальная программа, которая также называется ассемблером.

В общем случае программу, которая переводит программу, написанную на языке высокого уровня в машинный код, называют компилятором.

С помощью языков низкого уровня создаются очень эффективные и быстро выполняемые программы, так как разработчик получает доступ ко всем возможностям процессора. С другой стороны, при этом требуется очень хорошо понимать устройство компьютера, требуется больше времени для программирования и результирующая программа не может быть перенесена на компьютер с другим типом процессора.

Языки низкого уровня часто применяют для написания системных приложений, например драйверов устройств, когда важнейшими требованиями становятся быстродействие и возможность прямого доступа к аппаратным ресурсам.

Языки программирования высокого уровня значительно ближе и понятнее человеку. Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому создаваемые программы на уровне исходных текстов легко переносятся на другие платформы, для которых создан транслятор этого языка. Разрабатывать программы на языках высокого уровня значительно проще, а ошибок при этом допускается гораздо меньше.

Для перевода отдельных инструкций программы, написанной на языке высокого уровня, в двоичный код, с которым может работать процессор, служат специальные программы, которые называются трансляторами.

Иногда рассматривают три уровня языков программирования:

Машинные и машинно-ориентированные языки требуют подробного описания самых мелких деталей процесса обработки данных.
При программировании на машинном языке можно держать под контролем каждую команду процессора и использование каждой ячейки памяти, тем самым максимально использовать все возможности компьютера. Но процесс этот очень трудоемкий и утомительный, а программы получаются громоздкими.
Поэтому, если нужно разработать эффективную программу, в максимальной степени учитывающую специфику конкретного компьютера, то вместо машинных языков используют близкие к ним машинно-ориентированные языки (ассемблеры). Во всех остальных случаях используют, как правило, языки высокого уровня.

Языки высокого уровня были созданы для того, чтобы освободить программиста от учета технических особенностей конкретных компьютеров.

Уровень языка характеризуется степенью его близости к обычной человеческой речи. Машинный язык радикально от нее отличается.

Важным преимуществом языков высокого уровня является их универсальность, независимость от аппаратуры. Программа, написанная на таком языке, может выполняться на разных компьютерах.

Если трансляция сопровождается выполнением каждой команды после ее перевода в машинный код, то такой транслятор называют интерпретатором.

Если же трансляция сопровождается только переводом программы с одного языка на другой (т.е. с языка высокого уровня на машинный язык) без выполнения каждой команды после ее перевода в машинный код, то такой транслятор называют компилятором.

В настоящее время в мире существует несколько тысяч языков программирования. Для программирования выбирают тот язык, который наилучшим образом подходит для решения той тли иной задачи.

Языки программирования, приспособленные для каких-то специфических задач, называют специальными.
Например, для решения инженерных задач раньше часто использовали ФОРТРАН (FORTRAN), программы для выполнения в сети Интернет пишут, например, на языках PHP, Perl, JavaScript и др.

Специальные языки имеют такие операторы, которые позволяют решать специальные задачи наиболее просто. Обычно эти языки изучают после устройства на работу. Изучать их заранее не имеет смысла.

Кроме специальных существуют универсальные языки программирования. Это языки, с помощью которых можно решать очень широкий круг задач.

Источник

Уровни языков программирования

ЭВОЛЮЦИЯ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Под ЯПпонимают правила представления данных и записи алгоритмов их обработки, которые автоматически выполняются ЭВМ. В более абстрактном виде ЯП является средством создания программных моделей объектов и явлений внешнего мира.

К настоящему времени созданы десятки различных ЯП от самых примитивных до близких к естественному языку человека. Чтобы разобраться во всем многообразии ЯП, нужно знать их классификацию, а также историю создания, эволюцию и тенденции развития. Настоящая лекция и посвящена рассмотрению этих вопросов.

Движущие силы эволюции ЯП

Чтобы понимать тенденции развития ЯП, нужно знать движущие силы их эволюции. Для выяснения этого вопроса будем рассматривать ЯП с различных точек зрения.

Во-первых, ЯП является инструментом программиста для создания программ. Для создания хороших программ нужны хорошие ЯП. Поэтому одной из движущих сил эволюции ЯП является стремление разработчиков к созданию более совершенных программ.

Во-вторых, процесс разработки программы можно сравнивать с промышленным производством, в котором определяющими факторами являются производительность труда коллектива программистов, себестоимость и качество программной продукции. Создаются различные технологии разработки программ (структурное, модульное, объектно-ориентированное программирование и другие), которые должны поддерживаться ЯП. Поэтому второй движущей силой эволюции ЯП является стремление к повышению эффективности процесса производства программной продукции.

В-третьих, программы можно рассматривать как аналог радиоэлектронных устройств обработки информации, в которых вместо радиодеталей и микросхем используют конструкции ЯП (элементная база программы). Как и электронные устройства, программы могут быть простейшими (уровня детекторного приемника) и очень сложными (уровня автоматической космической станции), при этом уровень инструмента должен соответствовать сложности изделия. Кроме того, человеку удобнее описывать моделируемый объект в терминах предметной области, а не языком цифр. Поэтому третьей движущей силой, ведущей к созданию новых, специализированных, ориентированных на проблемную область и более мощных ЯП, является увеличение разнообразия и повышение сложности задач, решаемых с помощью ЭВМ.

В-четвертых, совершенствование самих ЭВМ приводит к необходимости создания языков, максимально реализующих новые возможности ЭВМ.

В-пятых, программы являются интеллектуальным продуктом, который нужно накапливать и приумножать. Но программы, как и технические изделия, обладают свойством морального старения, одной из причин которого является их зависимость от типа ЭВМ и операционной среды. С моральным старением программ борются путем их модернизации и выпуска новых версий, однако при высокой динамике смены типов ЭВМ и операционных сред разработчики будут только тем и заниматься, что модернизировать старые программы. Поэтому, ЯП должен обеспечивать продолжительный жизненный цикл программы, и стремление к этому является пятой движущей силой развития ЯП.

Уровни языков программирования

Если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности, то он называется языком программирования низкого уровня. “Низкий уровень” – это значит, что операторы близки к машинному коду и ориентированы на конкретный тип процессора. Языком самого низкого уровня является язык Ассемблера, который представляет каждую машинную команду в виде символьных условных обозначений, называемых символьными мнемониками. Программа, написанная на языке низкого уровня, может быть использована только в такой среде, в которой она была создана. С помощью языков низкого уровня создаются очень эффективные и компактные программы, так как разработчик получает доступ ко всем возможностям процессора.

Языкипрограммирования высокого уровня ближе и понятнее человеку, чем компьютеру. В программах, созданных на языках высокого уровня, особенности компьютерных систем не учитываются, перенос программ на уровне исходных текстов на другие платформы не создает трудностей, если в них создан транслятор этого языка. Программы разрабатывать на языках высокого уровня проще, а ошибок допускается меньше.

Классификация и обзор языков программирования

Деление языков программирования на классы можно представить на схеме таким образом:

Среди процедурных языков выделяют в свою очередь структурные и операционные языки. В структурных языках одним оператором записываются целые алгоритмические структуры: ветвления, циклы и т.д. В операционных языках для этого используются несколько операций. Широко распространены следующие структурные языки: Паскаль, Си, Ада, ПЛ/1. Среди операционных известны Фортран, Бейсик, Фокал.

Различают такие языки процедурного программирования:

ü Язык Фортран создан в начале 50-х годов 20-го века для программирования научно-технических задач;

ü Кобол – создан в конце 60-х годов 20-го века для решения задач обработки больших объемов данных, хранящихся на различных носителях данных;

ü Алгол (1960 год) – это многоцелевой расширенный язык программирования. В нем впервые введены понятия «блочная структура программы» и «динамическое распределение памяти»;

ü В середине 60-х годов 20-го века был создан специализированный язык программирования для начинающих – BASIC. Характеризуется простотой освоения и наличием универсальных средств для решения научных, технических и экономических задач, а также задач, например, игровых.

Все перечисленные выше языки были ориентированы на различные классы задач, но они в той или иной мере были привязаны к конкретной архитектуре ЭВМ.

ü В 1963-1966гг был создан многоцелевой универсальный язык PL-1. Этот язык хорошо приспособлен для исследования и планирования вычислительных процессов, моделирования, решения логических задач, разработки систем математического обеспечения.

ü Язык Паскаль (PASCAL) (1968-1971гг)- язык процедурного программирования наиболее популярный для ПК, который и в настоящее время успешно применяется. В основу языка Pascal положен подход от общей задачи к частным (более простым и меньшим по объему). К основным принципам, которыми обладает Паскаль, можно отнести: а) Структурное программирование, которое основано на использовании подпрограмм и независимых структур данных; б) Программирование «сверху-вниз», когда задача делится на простые, самостоятельно решаемые задачи. Затем выстраивается решение исходной задачи полностью сверху вниз.

ü К языкам процедурного программирования можно отнести язык АДА (1979 г) Язык назван в честь первой программистки Ады Лавлейс- дочери Байрона. Его отличает модульность конструкций.

ü Язык СИ (начало 70-х годов) также относится к языкам процедурного программирования. Первоначальный его вариант планировался как язык для реализации операционной системы Unix вместо языка Ассемблера. Одной из особенностей языка СИ является то, что различия между выражениями и операторами сглаживаются, что приближает его к функциональным языкам программирования. Кроме того, в языке СИ отсутствует понятие процедуры, а использование подпрограмм основано на понятии функции, которая может сочетать в себе возможности процедуры. С одной стороны, по набору управляющих конструкций и структур данных его можно отнести к языкам высокого уровня, а с другой – он имеет набор средств прямого обращения к функциональным узлам компьютера, а это означает, что его можно использовать как операционный язык.

Источник

Уровни языков программирования

Уровни языков программирования.

Лекция 9. Языки программирования.

Контрольные вопросы

1.Что такое алгоритм?

2.Что такое исполнитель алгоритма?

3. Какие основные свойства алгоритмов?

4. В какой форме записываются алгоритмы?

5. Что такое графический способ записи алгоритма?

6. Что такое псевдокод?

7. Что такое базовые алгоритмические структуры?

8. Какие циклы называют итерационными?

9. Чем отличается программный способ записи алгоритмов от других?

9.2. Какие у машинных языков достоинства и недостатки?

9.3. В чем преимущества алгоритмических языков перед машинными?

9.4. Какие компоненты образуют алгоритмический язык?

9.5. Какие понятия используют алгоритмические языки?

В настоящее время в мире существует несколько сотен реально используемых языков программирования. Для каждого есть своя область применения.

Любой алгоритм, как мы знаем, есть последовательность предписаний, выполнив которые можно за конечное число шагов перейти от исходных данных к результату. В зависимости от степени детализации предписаний обычно определяется уровень языка программирования — чем меньше детализация, тем выше уровень языка.

По этому критерию можно выделить следующие уровни языков программирования:

Машинные языки и машинно-ориентированные языки— это языки низкого уровня, требующие указания мелких деталей процесса обработки данных. Языки же высокого уровня имитируют естественные языки, используя некоторые слова разговорного языка и общепринятые математические символы. Эти языки более удобны для человека.

Языки высокого уровня делятся на:

9.2. Какие у машинных языков достоинства и недостатки?

Каждый компьютер имеет свой машинный язык, то есть свою совокупность машинных команд, которая отличается количеством адресов в команде, назначением информации, задаваемой в адресах, набором операций, которые может выполнить машина и др.

При программировании на машинном языке программист может держать под своим контролем каждую команду и каждую ячейку памяти, использовать все возможности имеющихся машинных операций.

Но процесс написания программы на машинном языке очень трудоемкий и утомительный. Программа получается громоздкой, труднообозримой, ее трудно отлаживать, изменять и развивать.

Поэтому в случае, когда нужно иметь эффективную программу, в максимальной степени учитывающую специфику конкретного компьютера, вместо машинных языков используют близкие к ним машинно-ориентированные языки (ассемблеры).

9.3. В чем преимущества алгоритмических языков перед машинными?

Основные преимущества таковы:

Таким образом, алгоритмические языки в значительной мере являются машинно-независимыми. Они облегчают работу программиста и повышают надежность создаваемых программ.

9.4. Какие компоненты образуют алгоритмический язык?

Алгоритмический язык (как и любой другой язык) образуют три его составляющие: алфавит, синтаксис и семантика.

Алфавит — это фиксированный для данного языка набор основных символов, т.е. «букв алфавита», из которых должен состоять любой текст на этом языке — никакие другие символы в тексте не допускаются.

Синтаксис — это правила построения фраз, позволяющие определить, правильно или неправильно написана та или иная фраза. Точнее говоря, синтаксис языка представляет собой набор правил, устанавливающих, какие комбинации символов являются осмысленными предложениями на этом языке.

Семантика определяет смысловое значение предложений языка. Являясь системой правил истолкования отдельных языковых конструкций,семантика устанавливает, какие последовательности действий описываются теми или иными фразами языка и, в конечном итоге, какой алгоритм определен данным текстом на алгоритмическом языке.

9.5. Какие понятия используют алгоритмические языки?

Каждое понятие алгоритмического языка подразумевает некоторую синтаксическую единицу (конструкцию) и определяемые ею свойства программных объектов или процесса обработки данных.

Понятие языка определяется во взаимодействии синтаксических и семантических правил. Синтаксические правила показывают, как образуется данное понятие из других понятий и букв алфавита, а семантические правила определяют свойства данного понятия

Основными понятиями в алгоритмических языках обычно являются следующие.

1. Имена (идентификаторы) — употpебляются для обозначения объектов пpогpаммы(пеpеменных, массивов, функций и дp.).

2. Опеpации. Типы операций:

· опеpация сцепки (иначе, «присоединения», «конкатенации» ) символьных значений дpуг с другом с образованием одной длинной строки; изображается знаком «+».

3. Данные — величины, обpабатываемые пpогpаммой. Имеется тpи основных вида данных: константы, пеpеменные и массивы.

4. Выpажения — пpедназначаются для выполнения необходимых вычислений, состоят из констант, пеpеменных, указателей функций (напpимеp, exp(x)), объединенных знаками опеpаций.

Выражения записываются в виде линейных последовательностей символов(без подстрочных и надстрочных символов, «многоэтажных» дробей и т.д.), что позволяет вводить их в компьютер, последовательно нажимая на соответствующие клавиши клавиатуры.

Различают выражения арифметические, логические и строковые.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Уровни языков программирования.

В настоящее время в мире существует несколько сотен языков программирования для разных областей применения.

Различают следующие языки программирования:

· машинно – оpиентиpованные (языки низкого уровня,

· машинно-независимые (языки высокого уровня).

Машинные языки и машинно-ориентированные языки — это языки низкого уровня, требующие указания машинных команд для обработки данных.

Языки высокого уровня имитируют естественные языки, используя некоторые слова разговорного языка и общепринятые математические символы. Эти языки более удобны для человека.

Языки высокого уровня делятся на:

· алгоритмические (Basic, Pascal, Cи и др.), которые предназначены для однозначного строгого описания алгоритмов;

· логические (Prolog, Lisp и др.), которые ориентированы не на разработку алгоритма решения задачи, а на формализованное описание задачи с тем, чтобы решение следовало из составленного описания.

· объектно-ориентированные (Object Pascal, C++, Java и др.), в основе которых лежит понятие объекта, сочетающего в себе данные и определенные действия над ними. Программа на объектно-ориентированном языке решает некоторую задачу в форме системы взаимодействующих объектов.

Достоинства и недостатки машинных языков

Каждый компьютер имеет свой машинный язык, то есть свою совокупность машинных команд, которая отличается количеством адресов в команде, информацией, задаваемой в адресах, а также набором операций, которые может выполнить машина и др.

При программировании на машинном языке программист может использовать каждую команду и каждую ячейку памяти компьютера, использовать все возможности имеющихся машинных операций для конкретного компьютера.

Но процесс написания программы на машинном языке очень трудоемкий и утомительный. Программа получается громоздкой, ее очень трудно отлаживать, изменять и развивать.

Поэтому в случае, когда нужно иметь эффективную программу, учитывающую специфику конкретного компьютера, вместо машинных языков используют близкие к ним машинно-ориентированные языки (т.н. ассемблеры).

Язык ассемблера.

Он позволяет программисту пользоваться текстовыми мнемоническими кодами, присваивать символические имена регистрам компьютера и памяти, а также задавать удобные для себя способы адресации. Кроме того, он позволяет использовать различные системы счисления (например, десятичную или шестнадцатеричную) для представления числовых констант, использовать в программе комментарии и др.

Перевод программы с языка ассемблера на машинный язык осуществляется специальной программой, которая также называется ассемблером и является простейшим транслятором.

Преимущества алгоритмических языков перед машинными.

Алгоритмические языки являются машинно-независимыми, что облегчает работу программиста и повышает надежность создаваемых программ.

Основные преимущества алгоритмических языков таковы:

· текст программы на алгоритмическом языке более понятен, чем на машинном языке;

· набор операций, применяемых в языке, определяется классом решаемых задач;

· формат операторов языка позволяет с помощью одного оператора задавать целый этап обработки данных с помощью нескольких машинных команд;

· требуемые операции задаются с помощью обыкновенных математических обозначений;

· данным в алгоритмических языках присваиваются индивидуальные имена, выбираемые программистом;

· в языке может быть применен более широкий набор типов данных по сравнению с набором машинных типов данных.

Основные компоненты алгоритмического языка

Алфавит — это фиксированный для данного языка набор символов (т.е. «букв алфавита»), из которых должен состоять текст на этом языке.

Синтаксис — это правила построения конструкций языка, позволяющие определить правильность её написания. Точнее говоря, синтаксис языка представляет собой набор правил, устанавливающих, какие комбинации символов и ключевые слова применяются на этом языке.

Семантика определяет смысловое значение конструкций языка. Семантика устанавливает, какие последовательности действий описываются теми или иными конструкциями языка и, в конечном итоге, какой алгоритм определен данным текстом на алгоритмическом языке.

Основные понятия алгоритмического языка.

Каждое понятие алгоритмического языка подразумевает некоторую синтаксическую единицу (конструкцию) и определяемые ею свойства программных объектов или процесса обработки данных.

Основными понятиями в алгоритмических языках обычно являются следующие.

Имена (идентификаторы) — употpебляются для обозначения объектов пpогpаммы (пеpеменных, массивов, функций и дp.).

Опеpации определяют действия, совершаемые над данными.

· логические опеpации и, или, не;

· опеpация сцепки (иначе, «присоединения», «конкатенации») символьных значений дpуг с другом с образованием одной строки; изображается знаком «+».

Данные — те величины, обpабатываемые пpогpаммой. Имеется тpи основных вида данных: константы, пеpеменные и массивы.

· Константы — это данные, которые зафиксированы в тексте программы и не изменяются в процессе ее выполнения.

o логические да (истина) и нет (ложь);

o символьные «А», «+»и т.д.

o литеpные или текстовые «abcde», «информатика», «» (пустая строка).

· Пеpеменные – данные, которые обозначаются именами и могут изменять свои значения в ходе выполнения пpогpаммы. Пеpеменные бывают целые, вещественные, логические, символьные и литерные.

· Массив — последовательность однотипных элементов, число которых фиксировано и которым присвоено одно общее имя. Положение отдельного элемента в массиве определяется его индексами и именем масива (одним, в случае одномерного массива, или несколькими, если массив многомерный).

Выражения записываются в виде линейных последовательностей символов (без подстрочных и надстрочных символов, «многоэтажных» дробей и т.д.), что позволяет легко вводить их в компьютер с помощью клавиш клавиатуры.

Различают выражения арифметические, логические и строковые.

· Арифметические выражения служат для определения одного числового значения. Например, (1+sin(x))/2.

· Логические выражения описывают некоторые условия, которые могут удовлетворяться или не удовлетворяться. Таким образом, логическое выражение может принимать только два значения — «истина» или «ложь» (да или нет). Рассмотрим в качестве примера логическое выражение: x*x + y*y xexp(x)

В качестве аргументов функций можно использовать константы, переменные и выражения. Например:

Каждый язык программирования имеет свой набор стандартных функций.

Источник