Список языков программирования. Языки программирования низкого и высокого уровня

Язык программирования – формальный язык, предназначенный для связи человека с вычисли­тельной машиной. На языке программирования задаются информация и алгоритм обработки данных. Электронная вычислительная машина (ЭВМ) непосредственно воспринимает программу, представленную на машинном языке, программирование на котором весьма неудобно для человека.

Развитие вычислительной техники обусловило появление языков программирования. Назначение такого языка – в оснащении набора вычислительных формул дополнительной информацией, которая превращает этот набор в алгоритм. В дальнейшем под языком программирования понимается язык для составления программ, т.е. язык, на котором записывается алгоритм для решения задачи на ЭВМ.

Программирование для ЭВМ первого поколения велось исключительно на машинном языке. Машинный язык представляет собой свод правил кодирования в числовом виде определенных действий (в большинстве арифметических). Для всех машин понятна только двоичная система счисления, которая, однако, для сокращения записи программистами заменялась восьмеричной.

Под системой счисления обычно понимается совокупность приемов наименования и обозначения чисел. Обычная система записи чисел представляет собой позиционную десятичную систему счисления в соответствии с тем, что от позиции, занимаемой любой из используемых в этой системе цифр, зависит ее числовое значение. Двоичная система счисления является простейшей, так как в ней используются только две цифры: 0 и 1, а восьмеричная система счисления удобна тем, что основание ее, а именно числовое значение 8, является степенью основания двоичной системы счисления 2. Например, десятичное число 65 можно представить

· в десятичной системе счисления:

6 × 101 + 5 × 100 = 65;

· в восьмеричной системе как

1 × 82 + 0 × 81 + 1 × 80 = 101;

· и в двоичной системе счисления в виде

1 × 26 + 0 × 25 + 0 × 24 + 0 × 23 + 0 × 22 + 0 × 2l + 1 × 20 = 100 001.

Каждое действие, которое должно быть выполнено ЭВМ, на машинном языке задается в виде команды. Команда – это информация, представленная в форме, позволяющей ввести ее в машину, и определяющая действия ЭВМ в течение некоторого отрезка времени. Таким образом, каждая команда определяет, вообще говоря, некоторую элементарную часть процесса обработки инфор­мации, называемую машинной операцией. Исходная информация для обработки поставляется, как правило, набором конкретных значений, называемых обычно данными. Исходные данные для выполнения любого действия, в том числе и машинной операции, будем называть операндами.

В команде в общем случае должны быть указаны вид действия, место хранения в машине (адрес) исходной информации, над которой производится машинная операция, адрес результата, а также следующая команда, которая должна быть выполнена после данной. Для арифметических действий (или операций) исходная информация задается, как правило, в виде двух чисел, следовательно, в команде для нее должны быть указаны два адреса. Таким образом, команда должна содержать код операции, задающий вид выполняемой машинной операции, и четыре адреса: два адреса операндов, адрес результата и адрес следующей команды. Как правило, необходимое число адресов в команде меньше четырех.

В ЭВМ с трехадресными командами не указывается адрес следующей команды, а автоматически выполняется команда из следующей ячейки памяти (с номером, на единицу большим, который и является адресом следующей команды). Например, если принять для операции сложения код 01, то для сложения двух чисел из ячеек с номерами 2051 и 2052 с результатом, помещаемым в ячейку с номером 2345, в трехадресной машине команда будет выглядеть так:

01 2051 2052 2345 26

Первым усовершенствованием процесса программирования явилось введение символических адресов, позволившее составление команд и распределение памяти выполнять раздельно. Сущность этого приема заключается в разбиении оперативной памяти машины на массивы, число ячеек в которых заранее не известно, а номера ячеек массива задаются буквенно-числовыми обозначе­ниями типа ai + 1, ai + 2, . . ., называемыми символическими адресами. Распределение памяти осуществляется приписыванием всем ai числовых значений уже после составления программы. Последний процесс является чисто механическим и может быть автоматизирован, т.е. присвоение истинных адресов может быть поручено самой вычислительной машине.

Такое усовершенствование процесса программирования вскоре привело к созданию языков символического программирования, или автокодов. Такой язык отличается от машинного языка лишь тем, что вместо числовых значений, выражающих код операции команды и ее адреса, используются символические (буквенные) обозначения. Поэтому в первых автокодах существовало взаимно однозначное соответствие между операциями, записанными на языке символического программирования (или кодирования), и командами в машинном языке, на что указывал символ 1: 1, который записывался после наименования языка. Например, АВТОКОД 1:1 – АВТОматическое Кодирование один к одному.

Дальнейшее совершенствование автокодов выражалось в появлении дополнительных средств, устанавливающих по обычным правилам порядок действий в арифметических формулах или обеспечивающих в необходимых условиях разветвление вычислительного процесса, циклическое повторение участков программы и другие операции, вытекающие из условия задачи. Так, постепенно автокоды утратили приставку 1: 1, а их входные языки стали не чисто машинными, а машинно-ориентированными. Машинная ориентированность означает, что в основе этих языков продолжала лежать система команд какой-либо конкретной вычислительной машины. Первые машинно-ориентированные языки в целом были несовершенны. У одних языков описание после­довательности вычислений было оторвано от самих формул, другие имели сложную символику, мало наглядную или слишком специализированную, третьи были приспособлены лишь для решения ограниченного круга задач. Основной же недостаток заключался в привязанности языка к данной машине.

С появлением машин второго поколения возникла потребность создания языков, целиком ориентированных на особенности задач и не зависящих от конкретной машины. Это требование усугублялось еще и тем, что ЭВМ разных марок быстро сменяли одна другую или использовались совместно. Символом второго поколения ЭВМ стали проблемно-ориентированные языки програм­мирования. Их развитие все в большей степени определялось спецификой задач, а не особенностями машин. На первый план выступило то общее, что было в различных задачах, а это сближало разные языки, созданные в эпоху господства вычислительных задач. Эти языки принято называть формальными алгоритмическими или просто алгоритмическими языками.

От формального алгоритмического языка требуется многое. Во-первых, он должен быть наглядным, что может быть достигнуто использованием существующей математической символики и других легко понимаемых изобразительных средств. Во-вторых, гибким, чтобы любой алгоритм мог быть описан без излишнего усложнения, связанного с недостаточностью изобразительных средств. В-третьих, от языка требуется однозначность – запись любого алгоритма, выполненная с соблюдением всех правил языка, не должна допускать различных толкований. В-четвертых, многоступенчатость – сложный алгоритм может быть описан в виде сочетания более простых алгоритмов. И, наконец, язык должен быть единым – с одной стороны, число изобразительных средств не должно быть слишком большим, и, с другой стороны, необходимо чтобы одни и те же средства можно было применять для выражения одних и тех же или родственных понятий в разных (по их назначению) частях алгоритма. Такой язык служит:

· средством мышления – логическое несовершенство предполагаемого метода решения задачи часто выявляется в процессе записи этого метода средствами алгоритмического языка;

· средством общения между людьми – описание процесса, выполненное одним человеком, должно быть доступно другим;

· посредником между человеком и машиной – при этом перевод с алгоритмического языка на язык машины выполняется самой машиной с помощью специальной программы – транслятора.

Одним из первых и наиболее удачных языков такого рода стал Фортран, разработанный фирмой IBM. В 1954 г. группа американских специалистов в области программирования опубли­ковала первое сообщение о языке Фортран. Название языка происходит от словосочетания FORmulae TRANslation – преобразование формул. Язык Фортран не только просуществовал до наших дней, но и уверенно удерживает первое место в мире по распространенности. Среди причин такого долголетия можно отметить простую структуру как самого Фортрана, так и предназначенных для него трансляторов. Программа на Фортране записывается в виде последовательности предло­жений, или операторов (под оператором понимается описание некоторого преобразования информации), и оформляется по определенным правилам. Эти правила накладывают ограничения, в частности, на форму записи и расположения частей оператора в строке бланка для записи операторов. Программа, записанная на Фортране, представляет собой один или несколько сегментов (подпрограмм) из операторов. Сегмент, управляющий работой всей программы в целом, называется основной программой.

Фортран был задуман для использования в сфере научных и инженерно-технических вычислений. Однако на этом языке легко описываются задачи с разветвленной логикой (моделирование произ­водственных процессов, решение игровых ситуаций и т.д.), некоторые экономические задачи и особенно задачи редактирования (составление таблиц, сводок, ведомостей и т.д.).

Модификация языка Фортран, появившаяся в 1958 г., получила название Фортран II и содержала понятия подпрограммы и общих переменных для обеспечения связи между сегментами.

К 1962 г. относится появление языка, известного под названием Фортран IV и ставшего наиболее употребительным в настоящее время. К этому же времени относится и начало деятельно­сти комиссии при Американской Ассоциации Стандартов (ASA), которая выработала (к 1966 г.) два стандарта – языки Фортран и базисный (основной) Фортран (Basic FORTRAN). Эти языки приблизительно соответствуют модификациям IV и II, однако базисный Фортран является подмножеством Фортрана, в то время как Фортран II таковым для Фортрана IV не является.

Язык Фортран до сих пор продолжает развиваться и совершенствоваться, оказывая влияние на создание и развитие других языков. Например, Фортран заложен в основу диалогового языка Бейсик и его расширения Бейсик-плюс, широко распространенных языков во всех системах с режимом разделения времени, языков для обучения навыкам использования алгоритмических языков в практике программирования. Эти языки реализованы в частности на персональных компьютерах. В настоящее время создан новый стандарт – Фортран 77.

Вскоре после создания Фортрана (1957 г.) появился язык Алгол (ALGOritmic Language – алгоритмический язык), созданный на основе широкого международного сотрудничества. В 1960 г. было опубликовано официальное сообщение об алгоритмическом языке, названном Алгол-60, где число 60 означает год утверждения языка.

Алгол-60 создавался после разработки и практического применения Фортрана, поэтому харак­теризуется как введением новых конструкций, так и обобщением понятий, имеющихся в Фортране. Например, если в Фортране операторы с функциональной точки зрения подразделяются на исполняемые и неисполняемые, то в Алголе такого деления нет, а роль неисполняемых операторов Фортрана выполняют конструкции, называемые описаниями.

Имеются и другие отличия. Однако общим для Фортрана и Алгола является то обстоятельство, что в основе обоих языков лежит понятие выражения, практически совпадающее с понятием математического выражения, использующего лишь алгебраические операции и элементарные функции. Простейшие объекты, из которых составляются выражения, – это целые и приближенные вещественные числа и логические значения.

Алгол повсеместно признан как весьма удобное средство для публикации алгоритмов и для обучения основам программирования.

И Фортран, и Алгол-60 до недавнего времени по праву заслуживали название универсальных языков, так как обеспечивали программирование основной массы научно-технических задач (преимущественно вычислительных). Но ни один из этих языков, конечно, не позволял описать все без исключения возникающие задачи. Поэтому примерно в то же время появились алгоритмические языки с другой ориентацией, отвечающие нуждам тех новых направлений науки и техники, которые стали интенсивно развиваться в последующие годы.

Примером могут служить экономические задачи – задачи учета материальных ценностей, выпущенной продукции, личного состава, финансов и т.д. предприятия или отрасли. Для таких задач основными действиями являются операции ввода и вывода при относительно небольшом количестве несложных вычислений, а также последовательная обработка массивов данных. Описание действий такого рода может быть осуществлено на языке Кобол (COmmon Business Oriented Language), предложенном фирмой IBM в 1959 г.

Задачи обработки символьной информации возникают преимущественно в области научных исследований. Это, например, преобразование формул, решение уравнений (не численное, а в ана­литическом виде), анализ и синтез текстов на искусственном или естественном языке (в частности, автоматическое программирование и машинный перевод) и т.п.

Из языков для обработки символьной информации очень популярным, главным образом среди представителей физико-математических наук, является язык Лисп, созданный группой исследователей в 1960 г. в Массачусетсском технологическом институте. В этом языке вся находя­щаяся в обработке информация, в том числе и сама программа, организуется в так называемые списки – последовательности элементов. Элемент может быть первичным (буквенным обозначением или числом) или в свою очередь списком. Так могут возникать сколь угодно сложные структуры.

Другой язык – Снобол – применяется в основном для машинного анализа текстов, написанных на естественных языках. В нем основным понятием является строка – произвольная последова­тельность букв, цифр и других знаков. Главная операция – это поиск в строке части строки, построенной по заданному образу, и замена этой части другой строкой. Как образ, так и заменяющие его строки составляются из отдельных элементов простого вида. Исход поиска определяет последовательность дальнейших действий. Язык Снобол очень прост для изучения.

Основное достоинство проблемно-ориентированных, машинно-независимых алгоритмических языков в том, что они были построены с максимальным учетом представлений человека если не о существе, то о форме решаемой задачи, с максимальным приближением к той форме, в которой человек привык описывать эти задачи, и с учетом тех логических связей, которые он научился выделять в исследуемых явлениях.

Для Алгола, например, характерно приближение к привычной математической символике. Фортран же, в отличие от Алгола, ближе к машинному языку, чем к языку человека. Для Лиспа характерно использование аппарата так называемых рекурсивных описаний, широко применяемого в математической логике, в исследованиях по основаниям математики и т.п.

Обилие алгоритмических языков, появившихся в период второго поколения ЭВМ, с одной стороны, во многом объясняется модой, с другой стороны – невозможностью ни одним из предло­женных языков удобно описывать все возникавшие задачи. Третье поколение ЭВМ поставило на повестку дня выработку нового подхода к созданию действительно универсального алгоритмического языка.

Одной из попыток такого рода является создание фирмой IBM алгоритмического языка ПЛ/1 (Programming Language/1 – язык программирования один). Он основан на языках Фортран и Кобол, ряд изобразительных средств и понятий взят из Алгола и других языков, в частности языков для обработки символьной информации. Затем последовательно было опубликовано несколько версий языка, которые сильно отличались друг от друга, но постепенно язык стабили­зировался, и теперь новые публикации отличаются от предыдущих лишь редакционными поправками, устранением неточностей или усовершенствованием отдельных элементов.

Основными элементами программы, написанной на языке ПЛ/1, являются операторы, с помощью которых описываются как данные, так и операции их обработки. По аналогии с Фортраном исходная программа представляет собой совокупность основной программы и подпрограмм, имеющих форму блока. Понятие блока в ПЛ/l базируется на концепциях блока в языке Алгол-60. Таким образом, этот язык построен в целом на базе понятий существующих алгоритмических языков и в их традициях.

Другая попытка связана с дальнейшим развитием Алгола. В 1968 г. опубликован документ с изложением основ нового универсального алгоритмического языка, получившего название Алгол-68. В этом языке число основных понятий сведено к разумному минимуму с целью добиться высокой изобразительной силы языка, обеспечив свободу сочетания и взаимодействия этих понятий между собой.

Язык Алгол-68 традиционен, поскольку проявляется стремление обеспечить всех пользователей готовыми средствами для описания их алгоритмов. До сих пор этот подход не мог предотвратить появления все новых специализированных языков. Так, в 1971 г. был опубликован алгоритмический язык Паскаль, названный в честь великого французского ученого XVII века, сумевшего первым в мире изобрести автоматическое устройство, позволяющее складывать числа. Язык Паскаль является преемником Алгола-60, он имеет конструкции, аналогичные существующим в ПЛ/l и Алголе-68, однако Паскаль более лаконичен. Язык Паскаль почти так же прост, как и Бейсик, однако Паскаль способствует внедрению современной технологии программирования, основанной на постепенном построении программы, состоящей из небольших четко определенных процедур, т.е. последовательно проводятся в жизнь идеи структурного программирования. Другой существенной особенностью Паскаля является концепция структуры данных как одного из фундаментальных понятий, лежащих, наряду с понятием алгоритма, в основе программирования.

На основе языка Паскаль в конце 70-х годов был создан язык Ада, имеющий очень широкую сферу применения. Язык назван так по имени первой женщины-программиста Ады Лавлайс. Алгоритмический язык Ада претерпел определенные изменения в процессе эволюции и теперь имеет все отличительные признаки языка-стандарта. Это существенно структурированный язык, особенно он подходит для разработки систем реального времени. Однако язык Ада слишком громоздкий, многословный и не предоставляет программисту достаточной свободы.

В отличие от перечисленных языков высокого уровня, появившихся в начале 80-х годов, язык программирования Си является языком сравнительно низкого уровня. Но это не значит, что этот язык недостаточно мощный. Язык Си – универсальный язык, тесно связанный с популярной операционной системой UNIX (на языке Си написаны и система UNIX и ее программное обеспечение). Алгоритмический язык Си достаточно полно отражает возможности современных компьютеров, позволяя писать весьма эффективные программы, не прибегая к языкам Ассемблера, главным образом за счет простых, последовательных конструкций потоков управления. Предлагаются проверки, циклы, группирование и подпрограммы, но не мультипрограммирование, параллельные операции, синхронизация и сопрограммы – непременные атрибуты мощных языков (Ада, ПЛ/1, Алгол-68).

В последнее время проявляется тенденция к созданию так называемых расширяемых универ­сальных языков. Основная идея такого направления – не избегать специализированных языков-диалектов, а создать общую основу «программистских диалектов».

Расширяемый язык должен располагать средствами для грамматического разбора текстов любого из расширений, чтобы выяснить, какие тексты являются грамматически правильными для данного диалекта и какой структурой они обладают. Такой язык должен дать будущим его потребителям целый ряд важных возможностей: например, строить семантические модели (т.е. вводить новые термины в описывать выражаемые ими понятия, их взаимосвязь с некоторыми основными, исходными понятиями и с понятиями, введенными ранее), описывать реализацию расширений – способы их наиболее целесообразного представления с помощью средств, которыми располагают современные ЭВМ. Можно отметить и другие характерные черты расширяемых языков.

1. Развитие языков программирования

Поколения языков программирования

Языки программирования принято делить на пять поколений.

^ В первое поколение входят языки, созданные в начале 50-х годов, когда только появились первые компьютеры. Это был первый язык ассемблера, созданный по принципу "одна инструкция - одна строка".

Расцвет второго поколения языков программирования пришелся на конец 50-х - начало 60-х годов. Тогда был разработан символический ассемблер, в котором появилось понятие переменной. Он стал первым полноценным языком программирования. Благодаря его возникновению заметно возросли скорость разработки и надежность программ.

Появление третьего поколения языков программирования принято относить к 60-м годам. В это время возникли универсальные языки высокого уровня, с их помощью удается решать задачи из любых областей. Такие качества новых языков, как относительная простота, независимость от конкретного компьютера и возможность использования мощных синтаксических конструкций, позволили резко повысить производительность труда программистов. Понятная большинству пользователей структура этих языков привлекла к написанию небольших программ (как правило, инженерного или экономического характера) Подавляющее большинство языков этого поколения успешно применяется и сегодня.

С начала 70-х годов по настоящее время продолжается период языков четвертого поколения . Эти языки предназначены для реализации крупных проектов, повышения их надежности и скорости создания. Они ориентированы на специализированные области применения, где хороших результатов можно добиться, используя не универсальные, а проблемно-ориентированные языки, оперирующие конкретными понятиями узкой предметной области.

Как правило, в эти языки встраиваются мощные операторы, позволяющие одной строкой описать такую функциональность, для реализации которой на языках младших поколений потребовались бы тысячи строк исходного кода.

Рождение языков пятого поколения произошло в середине 90-х годов. К ним относятся также системы автоматического создания прикладных программ с помощью визуальных средств разработки, без знания программирования.

Главная идея, которая закладывается в эти языки, - возможность автоматического формирования результирующего текста на универсальных языках программирования (который потом требуется откомпилировать). Инструкции же вводятся в компьютер в максимально наглядном виде с помощью методов, наиболее удобных для человека, не знакомого с программированием.

^ Обзор языков программирования высокого уровня

Fortran (Фортран)

Это первый компилируемый язык, созданный в 50-е годы.

Программисты, разрабатывавшие программы исключительно на ассемблере, выражали серьезное сомнение в возможности появления высокопроизводительного языка высокого уровня, поэтому основным критерием при разработке компиляторов Фортрана являлась эффективность исполняемого кода. Хотя в Фортране впервые был реализован ряд важнейших понятий программирования, удобство создания программ было принесено в жертву возможности получения эффективного машинного кода. Однако для этого языка было создано огромное количество библиотек, начиная от статистических комплексов и заканчивая пакетами управления спутниками. Фортран продолжает активно использоваться во многих организациях. Имеется стандартная версия Фортрана HPF (High Performance Fortran) для параллельных суперкомпьютеров со множеством процессоров.

Cobol (Кобол).

Это компилируемый язык для применения в экономической области и решения бизнес - задач, разработанный в начале 60-х годов. Он отличается большой "многословностью" – его операторы иногда выглядят как обычные английские фразы. В Коболе были реализованы очень мощные средства работы с большими объемами данных, хранящимися на различных внешних носителях. На этом языке создано очень много приложений, которые эксплуатируются и сегодня.

Algol (Алгол). Компилируемый язык, созданный в 1960г. Он был призван заменить Фортран, но из-за более сложной структуры не получил широкого распространения. В 1968г. была создана версия Алгол 68, по своим возможностям и сегодня опережающая многие языки программирования, однако из-за отсутствия достаточно эффективных компьютеров для нее не удалось своевременно создать хорошие компиляторы.

Pascal (Паскаль)

Язык Паскаль, созданный в конце 70-х годов, во многом напоминает Алгол, но в нем ужесточен ряд требований к структуре программы и имеются возможности, позволяющие успешно применять его при создании крупных проектов.

Basic (Бейсик)

Для этого языка имеются и компиляторы, и интерпретаторы, а по популярности он занимает первое место в мире. Он создавался в 60-х годах в качестве учебного языка и очень прост в изучении.

С (Си)

Данный язык был создан в лаборатории Bell и первоначально не рассматривался как массовый. Он планировался для замены ассемблера, чтобы иметь возможность создавать столь же эффективные и компактные программы, и в то же время не зависеть от конкретного типа процессора. Си во многом похож на Паскаль и имеет дополнительные средства для прямой работы с памятью (указатели). На этом языке в 70-е годы написано множество прикладных и системных программ и ряд известных операционных систем (Unix).

C++ (Си++)

Си++ - это объектно-ориентированное расширение языка Си, разработан в 1980 г. В нем реализовано множество новых мощных возможностей, которые позволили резко повысить производительность труда программистов, однако создание сложных и надежных программ требует от разработчиков профессиональной подготовки высокого уровня.

Java (Ява)

Этот язык был создан компанией Sun в начале 90-х годов на основе Си++. Он призван упростить разработку приложений на основе Си++ путем исключения из него всех низкоуровневых возможностей. Но главная особенность этого языка - компиляция не в машинный код, а в платформно-независимый байт-код (каждая команда занимает один байт). Этот байт-код может выполняться с помощью интерпретатора - виртуальной Java-машины JVM (Java Virtual Machine), версии которой созданы сегодня для любых платформ.

Особое внимание в развитии этого языка уделяется двум направлениям:

• 
  поддержке всевозможных мобильных устройств и микрокомпьютеров, встраиваемых в бытовую технику (технология Jini);
• 
  созданию платформно - независимых программных модулей, способных работать на серверах в глобальных и локальных сетях с различными операционными системами (технология Java Beans).

^ Языки программирования баз данных

Эта группа языков отличается от алгоритмических языков, прежде всего решаемыми задачами. База данных - это файл (или группа файлов), представляющий собой упорядоченный набор записей, имеющих единообразную структуру и организованных по единому шаблону (как правило, в табличном виде). База данных может состоять из нескольких таблиц. Удобно хранить в базах данных различные сведения из справочников, картотек, журналов бухгалтерского учета и т. д. При работе с базами данных чаще всего требуется выполнять следующие операции:

Первые базы данных появились очень давно, как только появилась потребность в обработке больших массивов информации и выборки групп записей по определенным признакам. Для этого был создан структурированный язык запросов SQL (Structured Query Language). Он основан на мощной математической теории и позволяет выполнять эффективную обработку баз данных, манипулируя не отдельными записями, а группами записей.

Для управления большими базами данных и их эффективной обработки разработаны СУБД (Системы Управления Базами Данных).

Практически фактически в каждой СУБД помимо поддержки языка SQL имеется свой уникальный язык, ориентированный на особенности этой СУБД и не переносимый на другие системы.

Сегодня в мире насчитывается пять ведущих производителей СУБД:

Microsoft (SQL Server), IBM (DB2), Oracle, Software AG (Adabas), Informix и Sybase. Их продукты нацелены на поддержку одновременной работы тысяч пользователей в сети, а базы данных могут храниться в распределенном виде на нескольких серверах.

С появлением персональных компьютеров были созданы так называемые настольные СУБД. Родоначальником современных языков программирования баз данных для ПК принято считать СУБД dBase II, язык которой был интерпретируемым. Затем для него были созданы компиляторы, появились СУБД FoxPro и Clipper, поддерживающие диалекты этого языка. Сегодня похожие, но несовместимые версии языков семейства dBase реализованы в продуктах Visual FoxPro фирмы Microsoft и Visual dBase фирмы Inprise.

^ Языки программирования для Интернета

С активным развитием глобальной сети было создано немало популярных языков программирования, адаптированных специально для Интернета.

Все они отличаются характерными особенностями: языки являются интерпретируемыми, интерпретаторы для них распространяются бесплатно, а сами программы - в исходных текстах. Такие языки называют скрипт-языками.

HTML. Общеизвестный язык для оформления документов. Он очень прост и содержит элементарные команды форматирования текста, добавления рисунков, задания шрифтов и цветов, организации ссылок и таблиц. Все Web-страницы написаны на языке HTML или используют его расширения.

Perl. В 80-х годах Ларри Уолл разработал язык Perl. Он задумывался как средство эффективной обработки больших текстовых файлов, генерации текстовых отчетов и управления задачами. По мощности Perl значительно превосходит языки типа Си. В него введено много часто используемых функций работы со строками, массивами, всевозможные средства преобразования данных, управления процессами, работы с системной информацией и др.

VRML. В 1994г. был создан язык VRML для организации виртуальных трехмерных интерфейсов в Интернете. Он позволяет описывать в текстовом виде различные трехмерные сцены, освещение и тени, текстуры (покрытия объектов), вращать в любых направлениях, масштабировать, регулировать освещенность и т. д.

^ Языки моделирования

При создании программ и формировании структур баз данных нередко применяются формальные способы их представления - формальные нотации, с помощью которых можно визуально представить таблицы баз данных, поля, объекты программы и взаимосвязи между ними в системе, имеющей специализированный редактор и генератор исходных текстов программ на основе созданной модели. Такие системы называются CASE-системами. В них активно применяются нотации IDEF, а в последнее время все большее распространение получает UML.

1. ^

   Современные системы программирования

Основы визуального программирования интерфейса

Один из тупиков или кризисов программирования, не так давно был связан с разработкой графического интерфейса пользователя. Программирование вручную всяких привычных пользователю окон, кнопок, меню, обработка событий мыши и клавиатуры, включение в программы изображений и звука требовало все больше и больше времени программиста. В ряде случаев весь этот сервис начинал занимать до 80-90% объема программных кодов. Причем весь этот труд нередко пропадал почти впустую, поскольку через год – другой менялся общепринятый стиль графического интерфейса и все приходилось начинать заново.

Выход из этой ситуации обозначился благодаря двум подходам.

Первый - стандартизация многих функций интерфейса, благодаря чему появилась возможность использовать библиотеки, имеющиеся, например, в Windows. В итоге при смене стиля графического интерфейса (например, при переходе от Windows 3.x к Windows 95) приложения смогли автоматически приспосабливаться к новой системе без какого-либо перепрограммирования.

Вторым революционным шагом явилось появление визуального программирования, возникшего в Visual Basic и нашедшего блестящее воплощение в Delphi и С++Builder фирмы Borland.

Визуальное программирование позволило свести проектирование пользовательского интерфейса к простым и наглядным процедурам, которые дают возможность за минуты или часы сделать то, на что ранее уходили месяцы работы.

Пример. В Delphi это выглядит следующим образом. Вы работаете в Интегрированной Среде Разработки Delphi, которая предоставляет Вам формы (в приложении их может быть несколько) на которых умещаются компоненты. Обычно это оконная форма, хотя могут быть и невидимые формы. На форму с помощью мыши переносятся и размещаются пиктограммы компонентов, имеющихся в библиотеках Delphi. С помощью простых манипуляций можно изменять размеры расположение этих компонентов. При этом все время в процессе проектирования видно результат - изображение формы и расположенных на ней компонентов. Результаты проектирования видно, даже не компилируя программу.

Основное достоинство заключается в том, что во время проектирования формы и размещения на ней компонентов, Delphi автоматически формирует коды программы, включая в нее соответствующие фрагменты, описывающие данный компонент. А затем в соответствующих диалоговых окнах пользователь может изменить заданные по умолчанию значения компонентов и, при необходимости написать обработчики каких-то событий. Фактически, проектирование сводится к размещению компонентов на форме, заданию некоторых их свойств и написанию, при необходимости, обработчиков событий.

Компоненты могут быть визуальные, видимые при работе приложения, и невизуальные, выполняющие те или иные служебные функции. Визуальные компоненты сразу видны на экране в процессе проектирования в таком же виде, в каком их увидит пользователь во время выполнения приложения.

В библиотеки визуальных компонентов Delphi включено множество типов компонентов и их номенклатура очень быстро расширяется от версии к версии. Имеющегося уже сейчас вполне достаточно, чтобы построить практически любое самое замысловатое приложение, не прибегая к созданию новых компонентов. При этом даже неопытный программист, может создавать приложения, которые выглядят профессионально.

^ Основные системы программирования

Из универсальных языков программирования сегодня наиболее популярны следующие: Бейсик (Basic), Паскаль (Pascal), Си++ (C++), Ява (Java).

Для каждого из этих языков программирования сегодня имеется немало систем программирования, выпускаемых различными фирмами и ориентированных на различные модели ПК и операционные системы.

Наиболее популярны следующие визуальные среды быстрого проектирования программ для Windows:

• 
  Basic: Microsoft Visual Basic;
• 
  Pascal: Borland Delphi;
• 
  C++: Borland C++Bulider;
• 
  Java: Symantec Cafe.

1. ^

   Архитектура программных систем

В то время как большинство автономных приложений - офисные программы, среды разработки, системы подготовки текстов и изображений - выполняются на одном компьютере, крупные информационные комплексы (например, система автоматизации предприятия) состоят из десятков и сотен отдельных программ, которые взаимодействуют друг с другом по сети, выполняясь на разных компьютерах. В таких случаях говорят, что они работают в различной программной архитектуре.

1. 
   Автономные приложения. Работают на одном компьютере.
2. 
   Приложения в файл-серверной архитектуре. Компьютеры пользователей системы объединены в сеть, при этом на каждом из них (на клиентском месте) запущены копии одной и той же программы, которые обращаются за данными к серверу, который хранит файлы, одновременно доступные всем пользователям (как правило, это базы данных). Сервер обладает повышенной надежностью, высоким быстродействием, большим объемом памяти, на нем установлена специальная серверная версия операционной системы. При одновременном обращении нескольких программ к одному файлу, например, с целью его обновления, могут возникнуть проблемы, связанные с неоднозначностью определения его содержимого. Поэтому каждое изменение общедоступного файла выделяется в транзакцию (элементарную операцию по обработке данных, имеющую фиксированные начало, конец (успешное или неуспешное завершение) и ряд других характеристик). Особенность этой архитектуры в том, что все вычисления выполняются на клиентских местах, что требует наличия на них достаточно производительных ПК (это так называемые системы с толстым клиентом - программой, которая выполняет всю обработку получаемой от сервера информации).
3. 
   Приложения в клиент-серверной архитектуре . Эта архитектура похожа на предыдущую, только сервер помимо простого обеспечения одновременного доступа к данным, способен еще выполнять программы, которые берут на себя определенный объем вычислений (в файл-серверной архитектуре он реализуется полностью на клиентских установках). Благодаря этому удается повысить общую надежность системы, так как сервер работает значительно более устойчиво, чем ПК, и снять лишнюю нагрузку с клиентских мест, на которых удается использовать. Запускаемые на них приложения осуществляют небольшие объемы вычислений, а иногда занимаются только отображением получаемой от сервера информации, поэтому они называются тонкими клиентами.
4. 
   Приложения в многозвенной архитектуре. Недостаток предыдущей архитектуры в том, что резко возрастает нагрузка на сервер, а если он выходит из строя, то работа всей системы останавливается. Поэтому в систему добавляется так называемый сервер приложений, на котором выполняется вся вычислительная работа. Другой сервер баз данных обрабатывает запросы пользователей, на третьем может быть установлена специальная программа - монитор транзакций, которая оптимизирует обработку транзакций и балансирует нагрузку на серверы. В большинстве практических случаев все серверы соединены последовательно, и выход из строя одного звена если и не останавливает всю работу, то по крайней мере, снижает производительность системы.
5. 
   Приложения в распределенной архитектуре. Чтобы избежать недостатков рассмотренных архитектур, были придуманы специальные технологии, позволяющие создавать программу в виде набора компонентов, которые можно запускать на любых серверах, связанных сеть (компоненты как бы распределены по сети). Основное преимущество подобного подхода в том, что при выходе из строя любого компьютера специальные программы-мониторы, которые следят за корректностью работы, сразу перезапускают временно пропавший компонент на другом компьютере. При этом общая надежность всей системы становится очень высокой, а вычислительная загрузка распределяется между серверами оптимальным образом. Доступ к возможностям любого компонента, предназначенного для общения с пользователем, осуществляется с произвольного клиентского места. Так как все вычисления происходят на серверах, появляется возможность создавать сверхтонкие клиенты - программы только отображающие получаемую из сети информацию и требующие минимальных компьютерных ресурсов. Благодаря этому доступ к компонентной системе возможен не только с ПК, но и с небольших мобильных устройств. Частный случай компонентного подхода - доступ к серверным приложениям из браузеров через Интернет.

Эти технологии будут определять развитие информационной индустрии в ближайшие десятилетия.

Языки программирования это формальная знаковая система, предназначенная для описания алгоритмов в форме, которая удобна для исполнителя.

Классификация языков программирования

Программа - это детальное и законченное описание алгоритма средствами языка программирования. Исполнителем программы является компьютер. Для выполнения компьютером программа должна быть представлена в машинном коде - последовательности чисел, понимаемых процессором. Написать программу в машинных кодах вручную достаточно сложно. Поэтому сегодня практически все программы создаются с помощью языков программирования, которые по своим синтаксису и семантике приближены к естественному человеческому языку. Это снижает трудоемкость программирования. Однако, текст программы, записанный с помощью языка программирования, должен быть преобразован в машинный код. Эта операция выполняется автоматически с помощью специальной служебной программы, называемой транслятором . Интерпретатор переводит на язык машинных кодов поочередно каждый оператор исходной программы, проверяет правильность записи оператора и немедленно выполняет его. В отличие от интерпретатора компилятор осуществляет перевод на машинный язык всей исходной программы.

Примерами служебных программ - интерпретаторов являются GW Basic, Лого, школьный алгоритмический язык, многие языки программирования баз данных. Компиляторами являются Turbo Pascal, С++, Delphi.

По способу разработки программ можно выделить два подхода:

процедурное программирование - это программирование, при котором выполнение команд программы определяется их последовательностью, командами перехода, цикла или обращениями к процедурам;

объектно-ориентированное программирование – программирование, при котором формируются программные объекты, имеющие набор свойств, обладающие набором методов и способные реагировать на события, возникающие как во внешней среде, так и в самом объекте (нажатие мыши, срабатывание таймера, превышение числовой границы и т.д.). Таким образом, выполнение той или иной части программы зависит от событий в программной системе.

Объектно-ориентированное программирование (ООП) не исключает, а охватывает технологию процедурного программирования.

Основные языки программирования

Из универсальных языков программирования наиболее популярны следующие: Basic; Pascal; C++; Java.

Для языка Basic существует много версий, реализованных и как интерпретаторы и как компиляторы. В России Basic традиционно используется в курсе информатики средней школы. Среда визуального программирования Microsoft Visual Basic используется как программная поддержка приложений MS Office.

Язык Pascal является компилируемым и широко используется как среда для обучения программированию в ВУЗах. RAD-средой, наследующей его основные свойства, является среда Borland Delphi.

Для языка C++ RAD-средой является Borland C++ Builder. Этот компилируемый язык часто используется для разработки программных приложений, в которых необходимо обеспечить быстродействие и экономичность программы.

Язык Java - интерпретируемый язык - позволяет создавать платформно-независимые программные модули, способные работать в компьютерных сетях с различными операционными системами. RAD-средой для него является Symantec Cafe.

Система программирования - это система для разработки новых программ на конкретном языке программирования.

Современные системы программирования обычно предоставляют пользователям мощные и удобные средства разработки программ. В них входят:

компилятор или интерпретатор ;

интегрированная среда разработки;

средства создания и редактирования текстов программ;

обширные библиотеки стандартных программ и функций;

отладочные программы , т.е. программы, помогающие находить и устранять ошибки в программе;

"дружественная" к пользователю диалоговая среда;

многооконный режим работы;

мощные графические библиотеки; утилиты для работы с

библиотеками

встроенный ассемблер ;

встроенная справочная служба;

другие специфические особенности.

Популярные системы программирования - Turbo Basic , Quick Basic , Turbo Pascal , Turbo C . В последнее время получили распространение системы программирования, ориентированные на создание Windows-приложений :

пакет Borland Delphi (Дельфи) - блестящий наследник семейства компиляторов Borland Pascal, предоставляющий качественные и очень удобные средства визуальной разработки. Его исключительно быстрый компилятор позволяет эффективно и быстро решать практически любые задачи прикладного программирования.

пакет Microsoft Visual Basic - удобный и популярный инструмент для создания Windows-программ с использованием визуальных средств. Содержит инструментарий для создания диаграмм и презентаций .

пакет Borland C++ - одно из самых распространённых средств для разработки DOS и Windows приложений.

Языки и системы программирования

Понятие о машинном языке

Машинный язык - система команд, непосредственно понимаемых аппаратурой данной электронно-вычислительной системы. Как следствие этого, машинный язык однозначно определяется системой команд процессора и архитектурой компьютера.

Набор команд процессора содержит:

· арифметико-логические команды - команды арифметических действий над двоичными числами и логических действий над двоичными векторами;

· команды управления - команды перехода, ветвлений, повторений, и некоторые другие команды;

· команды пересылки данных - команды, с помощью которых обмениваются данными ОЗУ и ЦП;

· команды ввода-вывода данных - команды, с помощью которых обмениваются данными ЦП и внешние устройства.

Каждая команда содержит код операции, ею выполняемой и информацию об адресах данных, над которыми эта операция выполняется. Кроме этого, команда (непосредственно - команды управления и косвенно - другие команды) содержит информацию об адресе команды, которая будет выполняться следующей. Таким образом, любая последовательность команд, размещенная в ОЗУ, фактически представляет из себя алгоритм, записанный в системе команд процессора - машинную программу.

Наиболее распространенной сейчас является архитектура ЭВМ с общей шиной. Общая шина - это центральная информационная магистраль, связывающая внешние устройства с центральным процессором. Она состоит из шины данных, шины адреса и шины управления. Шина данных предназначена для обмена данными между ОЗУ и внешними устройствами. По шине адреса передаются адреса данных. Эта шина однонаправлена. Шина управления служит каналом обмена управляющими сигналами между внешними устройствами и центральным процессором.

Таким образом, машинный язык (язык процессора) - это набор команд, каждая из которых описывает некоторое элементарное действие по преобразованию информации, представленной в двоичном коде. Универсальное использование двоичного кода представления информации самых разнообразных форм приводит к тому, что программа решения даже достаточно простой задачи содержит сотни машинных команд. Написать такую программу, используя машинные команды, весьма непросто даже квалифицированному программисту. Реальные программы состоят из десятков и сотен тысяч машинных команд. Поэтому любая технология проектирования программы должна опираться на приемы, характерные для человеческого мышления, оперировать привычными для человека понятиями из той предметной области, которой принадлежит задача.

Иными словами, программист (проектировщик алгоритмов) должен иметь возможность сформулировать свой алгоритм на языке привычных понятий; затем специальная программа должна выразить эти понятия с помощью машинных средств, осуществляя перевод (трансляцию) текста алгоритма на язык машины.

Эта необходимость и привела к появлению языков программирования высокого уровня как языков записи алгоритмов, предназначенных для исполнения на ЭВМ.

Машинно-ориентированные языки

Предшественниками языков высокого уровня стали так называемые машинно-ориентированные языки или языки автокодов. Одним из самых ярких представителей машинно-ориентированных языков является Ассемблер. Ассемблер очень близок к машинному языку, большинство его инструкций является точным символическим представлением машинных команд. Преимущество состоит в том, что уже нет необходимости помнить числовые коды команд процессора, достаточно знать их символическое представление. Кроме этого, впервые в машинно-ориентированных языках появляется понятие переменной, как именованной области памяти для хранения данных, а вместе с ним и понятие типа данных. В программах на машинно-ориентированном языке появляется возможность использовать как числовую так и текстовую информацию в привычной для человека форме.

Несмотря на явные преимущества машинно-ориентированных языков перед сугубо машинным языком, написание программ на этих языках по прежнему сопряжено со значительными трудностями. Программы получаются очень громоздки и трудно читаемы.

Языки программирования высокого уровня

Языки программирования высокого уровня играют роль средства связи между программистом и машиной, а также между программистами. Это обстоятельство накладывает на язык многие обязательства:

Язык должен быть близок к тем фрагментам естественных языков, которые обеспечивают конкретную предметную область деятельности человека; (Язык, ориентированный на деловые сферы применений, должен содержать понятия, используемые в этом виде деятельности: документ, счет, база данных и т.п.).

Все средства языка должны быть формализованы в такой степени, чтобы их можно было реализовать как машинные программы.

Язык программирования - нечто большее, чем средство описания алгоритмов: он несет в себе систему понятий, на основе которых человек может обдумывать свои задачи, и нотацию, с помощью которой он может выразить свои соображения по поводу решения задачи.

Модели трансляции программ. Трансляторы

Вообще ЭВМ не рассчитана на то, чтобы понимать языки программирования высокого уровня. Аппаратура распознает и исполняет только машинный язык, программа на котором представляет из себя не более чем последовательность двоичных чисел.

Появление языков программирования было связано с осознанием того факта, что перевод алгоритма, написанного на “почти” естественном (алгоритмическом) языке, на машинный язык может быть автоматизирован и, следовательно, возложен на плечи машины. Здесь важно различать язык и его реализацию. Сам язык - это система записи, регламентируемая набором правил, определяющих его лексику и синтаксис. Реализация языка - это программа, которая преобразует эту запись в последовательность машинных команд в соответствии с семантическими правилами, определенными в языке.

Имеются два основных способа реализации языка: компиляторы и интерпретаторы. Компиляторы транслируют весь текст программы, написанной на языке программирования, в машинный код в ходе одного непрерывного процесса. При этом создается полная программа в машинных кодах, которую затем можно исполнять без участия компилятора.

Интерпретатор в каждый момент времени распознает и выполняет по одному предложению (оператору) программы, по ходу дела превращая обрабатываемое предложение в машинную программу. Разница между компилятором и интерпретатором подобна разнице между синхронным переводом устной речи и письменным переводом текста.

В принципе любой язык может быть и компилируем, и интерпретируем, однако в большинстве случаев у каждого языка есть свой, предпочтительный способ реализации. По видимому, такое предпочтение - нечто большее, чем дань традиции. Выбор определен самим языком. Fortran, Pascal, Modula-2 в основном компилируют. Такие языки как Logo, Fort почти всегда интерпретируют. BASIC и Lisp широко используется в обеих формах.

По типу выходных данных различают два основных вида компиляторов:

· компилирующие окончательный выполнимый код;

· компилирующие интерпретируемый код, для выполнения которого требуется дополнительное программное обеспечение.

Окончательным выполнимым кодом являются приложения, реализованные как EXE-файлы, DLL-библиотеки, COM-компоненты. К интерпретируемому коду можно отнести байт-код JAVA-программ, выполняемый посредством виртуальной машины JVM.

Объектный код, создаваемый компилятором, представляет собой область данных и область машинных команд, имеющих адреса, которые в дальнейшем "согласуются" редактором связи (иногда называемым загрузчиком). Редактор связи размещает в едином адресном пространстве все по отдельности откомпилированные объектные модули и статически подключаемые библиотеки.

В дельнейшем будем называть выполнимой формой программы код, получаемый в результате компиляции исходной программы.

Процесс трансляции (компиляции)

Программу, написанную на языке программирования высокого уровня, называют исходной программой, а каждую самостоятельную программную единицу, образующую данную программу, - программным модулем. Для преобразования исходной программы в ее выполняемую форму (выполнимый файл) транслятор выполняет некоторую последовательность действий. Эта последовательность зависит как от языка программирования, так и от конкретной реализации самого транслятора. В ходе трансляции важно не просто откомпилировать программу, а получить при этом достаточно эффективный код.

В процессе трансляции выполняется анализ исходной программы, а затем синтез выполнимой формы данной программы. В зависимости от числа просмотров исходной программы, выполняемых компилятором, трансляторы разделяются на однопроходные, двухпроходные и трансляторы, использующие более двух проходов.

К достоинствам однопроходного компилятора можно отнести высокую скорость компиляции, а к недостаткам - получение, как правило, не самого эффективного кода.

Широкое распространение получили двухпроходные компиляторы. Они позволяют при первом проходе выполнить анализ программы и построить информационные таблицы, используемые при втором проходе для формирования объектного кода.

На рисунке представлены основные этапы, выполняемые в процессе трансляции исходной программы.

Фаза анализа программы состоит из:

· лексического анализа;

· синтаксического анализа;

· семантического анализа.

При анализе исходной программы транслятор последовательно просматривает текст программы, представимой как набор символов, выполняя разбор структуры программы.

На этапе лексического анализа выполняется выделение основных составляющих программы – лексем. Лексемами являются ключевые слова, идентификаторы, символы операций, комментарии, пробелы и разделители. Лексический анализатор не только выделяет лексемы, но и определяет тип каждой лексемы. При этом на этапе лексического анализа составляется таблица символов, в которой каждому идентификатору сопоставлен свой адрес. Это позволяет при дальнейшем анализе вместо конкретного значения (строки символов) использовать его адрес в таблице символов.

Процесс выделения лексем достаточно трудоемок и требует применения сложных контекстно-зависимых алгоритмов.

На этапе синтаксического анализа выполняется разбор полученных лексем с целью получения семантически понятных синтаксических единиц, которые затем обрабатываются семантическим анализатором. Так, синтаксическими единицами выступают выражения, объявление, оператор языка программирования, вызов функции.

На этапе семантического анализа выполняется обработка синтаксических единиц и создание промежуточного кода. В зависимости от наличия или отсутствия фазы оптимизации результатом семантического анализа может быть оптимизируемый далее промежуточный код или готовый объектный модуль.

К наиболее общим задачам, решаемым семантическим анализатором, относятся:

· обнаружение ошибок времени компиляции;

· заполнение таблицы символов, созданной на этапе лексического анализа, конкретными значениями, определяющими дополнительную информацию о каждом элементе таблицы;

· замена макросов их определениями;

· выполнение директив времени компиляции.

Макросом называется некоторый предварительно определенный код, который на этапе компиляции вставляется в программу во всех местах указания вызова данного макроса.

На фазе синтеза программы производится:

· генерация кода;

· редактирование связей.

Процесс генерации кода состоит из преобразования промежуточного кода (или оптимизированного кода) в объектный код. При этом в зависимости от языка программирования получаемый объектный код может быть представлен в выполнимой форме или как объектный модуль, подлежащий дальнейшей обработке редактором связей.

Так, процесс генерации кода является неотъемлемой частью фазы синтеза программы, а необходимость выполнения редактора связей зависит от конкретного языка программирования. Следует учесть, что на практике термин «генерация кода» часто применяют ко всем действиям фазы синтеза программы, ведущим к получению выполнимой формы программы.

Редактор связей приводит в соответствие адреса фрагментов кода, расположенных в отдельных объектных модулях: определяются адреса вызываемых внешних функций, адреса внешних переменных, адреса функций и методов каждого модуля. Для редактирования адресов редактор связей использует специальные, создаваемые на этапе трансляции, таблицы загрузчика. После обработки объектных модулей редактором связей генерируется выполнимая форма программы.

4.1. Системы программирования.

Основная цель любой программы – описание последовательности команд для центрального процессора, который должен её исполнить. Эти команды должны быть выражены в машинном коде, т.е. на языке понятном центральному процессору. Человеку писать программы на таком языке очень сложно, поэтому для создания программ принят следующий подход:

Программист пишет текст на языке, который ему понятен и удобен. Затем переводит его на машинный язык и превращает в удобный для центрального процессора и операционной системы вид.

Для этой цели разрабатываются специальные языки описания алгоритмов, которые называются алгоритмическими языками или языками программирования .

(05.12.2012 г.)

Они (алгоритм.яз.) обладают рядом свойств:

1. Специализация – средство, предоставленное языком, ориентированным на описание задач предметных областей определенного типа. Например : одни языки предназначены в основном для численных расчетов (Паскаль), другие для работы с текстовой информацией (LISP), третьи для написания системных программ (С). В основном наиболее распространенные языки позволяют описать решение разнообразных задач (поэтому называются универсальными), но наиболее удобны для решения тех задач, для которых они разработаны.

2. Возможность написания легко читаемого текста, имеющего ясную структуру. Такой подход в программировании называется модульным (структурным) . Он предполагает написание отдельных программных модулей с последующей автоматизированной сборкой их в единую программу. В этом случае программист пишет программный модуль, который называется главной (головой) программой . В ней он описывает последовательность выполнения остальных модулей, которые называются программами или функциями .

В связи с особенностями языков программирования существуют четыре важных этапа запуска программы на выполнение :

1. Трансляция – перевод текста программных модулей с алгоритмического языка на машинный.

2. Сборка полученных после трансляции программных модулей в единую программу.

3. Отладка программы – процесс нахождения и устранения ошибок в тексте программы.

4. Исполнение программы.

Для обеспечения этих этапов и предназначены системы программирования.

Они включают в себя следующие компоненты:

1. Специализированный текстовый редактор. Оказывает помощь человеку в процессе написания текста программных модулей.

2. Трансляторы. Транслятор – это переводчик с языка, на котором написаны тексты программных модулей, на машинный внутренний язык. Два вида трансляторов:

• Интерпретаторы. Интерпретатор обеспечивает построчный перевод текста программы на машинный язык и одновременное выполнение каждой команды этой программы. Интерпретатор автоматизирует все этапы запуска программы на выполнение.
• Компиляторы. Компилятор переводит текст программного модуля на машинный язык без его выполнения. При этом выявляются синтаксические ошибки, допущенные программистом в тексте. В результате работы компилятора создается объектный модуль, который пока еще не готов к выполнению.

3. Редактор связей. Редактор связей автоматизирует процесс сборки связанных друг с другом, но отдельно написанных и транслированных программных модулей. В процессе своей работы он выявляет ошибки неверно указанных связей между модулями (например , наличие в тексте ссылки на несуществующий модуль) или их отсутствия. Кроме этого, он добавляет служебную информацию, необходимую операционной системе для последующего управления выполнением данной программы. Полученный программой файл может выполняться под управлением операционной системы без системы программирования, поэтому называется исполняемым (загрузочным) файлом .

4. Отладчик. Отладчик оказывает помощь в поиске различных ошибок в программе в процессе её выполнения. К таким, например, относятся : логические ошибки (попытка деления на ноль), а также ошибки, связанные с некорректностью входных данных.