История развития языков программирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГАОУ ВПО «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕЛЕКОМУНИКАЦИЙ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Языки программирования»

на тему:

«Анализ истории возникновения языков программирования »

Выполнили:

Бутранов Александр, Карасев Иван, Корнеев Алексей, Поляков Вадим

студенты 2 курса группы КМБ-121 направления (специальности) КМБ

Руководитель работы:

Заведующий кафедрой «Компьютерная безопасность»

канд. техн. наук, Гимбицкий Вячеслав Ананьевич

Ставрополь, 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПЕРВЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ (1940-1960ГГ.)

1.1 Машинные коды и ассемблер

1.2 Первые языки программирования высокого уровня

1.3 Язык программирования FORTRAN

1.3.1 История языка

1.3.2 Фортран в СССР

1.3.3 Современный Фортран. Достоинства языка

1.4 Язык программирования ALGOL 58

1.4.1 Причина появления ALGOL

1.4.2 Свойства языка. Его достоинства и недостатки

1.5 Язык программирования LISP

1.5.1 Развитие языка

1.5.2 Основные достоинства языка

1.6 Язык программирования COBO

1.6.1 Достоинства и недостатки

1.7 Выводы по главе

2. ВТОРОЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ (1960-1980 ГГ.)

2.1 Общий обзор исследуемого периода

2.2 Язык программирования ПЛ/1

2.3 Язык программирования Basic

2.4 Язык программирования Pascal

2.5 Язык программирования C (Си)

2.6 Язык программирования Matlab

2.7 SEQUEL и SQL

2.8 Язык программирования C++

2.9. Выводы по главе

3. ТРЕТИЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ (1990ГГ. - Н.В.)

3.1 Краткий обзор исследуемого периода

3.2 Java, Joe, Neo

3.3 JavaScript

3.4 ISO/IEC 16262

3.5 PHP

3.6 C#

3.7 Ruby

3.8 Вывод по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение

Быстрое и широкое развитие IT-сферы повлекло за собой создание множества языков программирования (ЯП), решающих проблему общения человека с компьютером. Это создает множество вопросов и проблем требующих ответов и решений. Одной из наиболее интересных и важных является проблема дальнейшего развития языков, путей по которым их эволюция может пойти, какие языки будут более значимы в будущем. Приступая к работе необходимо четко обозначить цель: выявление преимуществ наиболее перспективных ЯП с точки зрения выявления дальнейшей положительной эволюции. Но как известно, чтобы предугадать что-либо в будущем, нужно знать историю развития, проанализировав которую, можно выявить тенденции дальнейшего развития.

Итак, обратимся к истории языков программирования, а она у них очень богатая[2,3]: Информатика. Базовый курс под ред. С. В. Симоновича, С.-П «Питер» 2005г.;Языки программирования. Обзор-ликбез. Хакер №4,с.36-40.

Сначала было программирование в машинных кодах, когда программист являлся единственным посредником между остальными смертными и Машиной, которая занимала почти целый этаж[1]Затем появились мнемонические представления машинного кода, ассемблер и, наконец, макроассемблер. В конце 50-х возникли языки формульного программирования, из которых наиболее замечательным был Фортран, позже в 60-х, произошло смещение к нечисленным методам -- появился АЛГОЛ, и наконец к 70-м годам произошла структурная революция - АЛГОЛ-Wи Паскаль. На очереди "модульное" программирование -- Модула и Модула-2. Приблизительно в это же время рождается знаменитый язык Си, идет новая революция логического программирования --ПРОЛОГ и экспертные системы. Пентагон проводит свой знаменитый конкурс, на котором побеждает Ада, а Япония заявляет о проекте машин пятого поколения, основанных на SmallTalk. В результате происходит объектно-ориентированная революция, появляются С++, Оберон, Eiffel и Модула-3[].

Общие тенденции развития языков программирования при историческом подходе проследить вполне возможно, однако изложение получается сумбурным и путаным. Удивляться тут нечему -- ладно если бы произошла, например, структурная революция: программистская общественность присягнула на верность программированию без "goto" и прощай Фортран! Но нет, и Фортран сейчас "в ходу", а если вспомнить об его преуспевших детях Basic и VisualBasic, то придется признать, что "некрологи" Фортрана более чем двадцатилетней давности выглядят в наше время как забавный исторический курьез. ЯП Паскаль также, по сравнению со многими другими языками, сейчас уже не молод, но это не мешает ему оставаться одним из наиболее популярных языков и в наши дни. А ЯП Кобол? У него еще более преклонный возраст, а если посмотреть по конференциям на Internet -- окажется, что очень много работ и сейчас проводится на Коболе.

Общая картина получается очень неоднозначная. Поэтому для достижения цели можно поставить несколько задач, нуждающихся в решении.

Необходимо досконально изучить, проанализировать 3 исторических периода. При этом необходимо выявить особенности возникновения ЯП:

1. Первый период развития языков программирования: машинные коды, непосредственно воспринимаемые машиной. Символические ассемблеры. Первые языки программирования высокого уровня

2. Второй период развития языков программирования: процедурно-ориентированные языки программирования высокого уровня. Объектно-ориентированные языки программирования высокого уровня. Языки систем управления базами данных.

3. Третий период развития языков программирования: языки, приближённые к человеческой логике и применимые в Интернете

1. ПЕРВЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ (1940 - 1960 ГГ.)

Прогресс компьютерных технологий определил процесс появления новых разнообразных знаковых систем для записи алгоритмов - языков программирования. Смысл появления такого языка - упрощение программного кода.

С каждым днём наш мир становиться более мобильным и информационным. Всё больше и больше компьютеры вступают в нашу повседневную жизнь и чтобы облегчить наше общение с ними создаётся новое ПО с помощью различных языков программирования.

Языки программирования принято делить на пять поколений. В первое поколение входят языки, созданные в начале 50-х годов, когда первые компьютеры только появились на свет. Это был первый язык ассемблера, созданный по принципу «одна инструкция - одна строка».

1.1 Машинные коды и Ассемблер

Физические принципы работы электронных устройств ЭВМ таковы, что компьютер может воспринимать команды, состоящие только из единиц и нулей - последовательность перепада напряжения, т. е. машинный код. На начальной стадии развития ЭВМ человеку было необходимо составлять программы на языке, понятном компьютеру, в машинных кодах. Каждая команда состояла из кода операций и адресов операндов, выраженных в виде различных сочетаний единиц и нулей. Итак, любая программа для процессора выглядела на то время вот так (как и в настоящее время):

01011000101101011000110101011100000101010111101001010101111100000101001001010100101010010101

Как показала в дальнейшем практика общения с компьютером, такой язык громоздок и неудобен. При пользовании им легко допустить ошибку, записав не в той последовательности 1 или 0. Программу очень трудно контролировать. Кроме того, при программировании в машинных кодах надо хорошо знать внутреннюю структуру ЭВМ, принцип работы каждого блока. И самое плохое в таком языке, что программы на данном языке - очень длинные последовательности единиц и нулей являются машинно зависимыми, т.е. для каждой ЭВМ необходимо было составлять свою программу, а так же программирование в машинных кодах требует от программиста много времени, труда, повышенного внимания.

Довольно скоро стало понятно, что процесс формирования машинного кода можно автоматизировать. Уже в 1950 году для записи программ начали применять мнемонический язык - язык assembly. Язык ассемблера позволил представить машинный код в более удобной для человека форме: для обозначения команд и объектов, над которыми эти команды выполняются, вместо двоичных кодов использовались буквы или сокращенные слова, которые отражали суть команды. Например, на языке ассемблера команда сложения двух чисел обозначается словом add, тогда как ее машинный код может быть таким: 000010.

Ассемблер - язык программирования низкого уровняЯзык программирования низкого уровня - язык программирования, который ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности. В данном случае «низкий уровень» не значит «плохой». Имеется в виду, что операторы языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора. Появление языка ассемблера значительно облегчило жизнь программистов, так как теперь вместо рябящих в глазах нулей и единиц, они могли писать программу командами, состоящими из символов приближенных к обычному языку. Для того времени этот язык был новшеством и пользовался популярностью т.к. позволял писать программы небольшого размера, что при тех машинах критерий значительный.

Но сложность разработки в нём больших программных комплексов привела к появлению языков третьего поколения - языков высокого уровня. Но на этом жизнь ассемблера не закончилась, он жив и посей день и не только жив, но и пользуется популярностью в узких кругах. Сейчас его используют в написании отдельных фрагментов программ или иногда в написании самих программ. Примеров может быть много, но самые яркие это использование ассемблера в написании драйверов, игр и загрузчиков ОС. Не стоит забывать, что у хакеров этот язык так же пользуется популярностью, да ещё какой! Но что же им так нравиться в нём? Конечно же, то, что скорость работы полученной программы значительно выше скорости программы написанной на языке программирования высокого уровня. Это объясняется тем, что получившийся размер программы очень мал. А как же разработчики антивирусных программ? Они тоже не лыком шиты и так же используют ассемблер в некоторых модулях своих программ, что так же обеспечивает их быстродействие. А если бы не ассемблер некоторые программы загружались бы около часа! Так что ассемблер воистину вечный язык и ещё много, много лет он будет служить человечеству!

1.2 Первые языки программирования высокого уровня

Середина 50-х гг. характеризуется стремительным прогрессом в области программирования. Роль программирования в машинных кодах стала уменьшаться, стали появляться языки программировании нового типа, выступающие в роли посредника между машинами и программистами. Наступило время второго и третьего поколений языков программирования

С середины 50-ых гг. XX в. начали создавать первые языки программирования высокого уровня (high-levellanguage). Эти языки были Машино независимыми (не привязаны к определенному типу ЭВМ).

Но для каждого языка были разработаны собственные компиляторы - программа, выполняющая компиляцию.

Компиляция - трансляция программы, составленной на исходном языке высокого уровня, в эквивалентную программу на низкоуровневом языке, близком машинному коду (абсолютный код, объектный модуль, иногда на язык ассемблера)

1.3 Язык программирования FORTRAN

Первый язык высокого уровня был создан в период с 1954 по 1957 года группой программистов под руководством Джона Бэкуса в корпорации IBM и это стало следующим этапом развития языков программирования. Это был язык программирования FORTRAN. Он предназначался для научных и технических расчетов. Название Fortran является сокращением от FORmulaTRANslator (переводчик формул).

1.3.1 История языка

В конце 1953 Джон Бэкус предложил начать разработку эффективной альтернативы ассемблеру для программирования на ПК IBM 704. Уже к середине 1954 была закончена черновая спецификация языка Fortran. Первое руководство для Fortran появилось в октябре 1956 вместе с первым компилятором, поставленным в апреле 1957. Компилятор был оптимизирующим, потому что клиенты отказывались использовать язык программирования высокого уровня, который был не в состоянии генерировать код с производительностью ниже, чем у ассемблера.

В то время сообщество относилось скептически к новому способу программирования и не верили в то, что Fortran позволит программировать быстрее и эффективнее. По словам самого Джона Бэкуса большая часть его работы была направлена на то чтобы «быть ленивым». Ему жутко не нравилось писать программы под IBM 701 на ассемблере.

Язык был широко принят учеными для написания программ с интенсивными вычислениями. Включение комплексного типа данных сделало его особенно подходящим для технических приложений.

К 1960 году существовали версии Fortran для компьютеров IBM 709, 650, 1620, 7090. Его большая популярность побуждала конкурирующих изготовителей компьютеров создавать компиляторы Fortran для своих компьютеров. Таким образом, уже к 1963 существовало более 40 компиляторов для разных платформ. Именно по этому Fortran считают первым широко используемым языком программирования.

1.3.2 Фортран в СССР

Фортран в СССР появился позже, чем на Западе, поскольку поначалу у нас более перспективным языком считался Алгол. Во внедрении Фортрана большую роль сыграло общение советских физиков со своими коллегами из CERN, где в 1960-х годах почти все расчёты велись с использованием программ на Фортране.

Первый советский компилятор с Фортрана был создан в 1967 г. для машины «Минск-2», однако он не получил большой известности. Широкое внедрение Фортрана началось после создания в 1968 г. компилятора ФОРТРАН-ДУБНА для машины БЭСМ-6. Машины ЕС ЭВМ, появившиеся в 1972 г., уже изначально имели транслятор Фортрана («позаимствованный» с IBM/360 вместе с другим программным обеспечением)

1.3.3 Современный Фортран. Достоинства языка

Фортран широко использовался в основном для научных и инженерных вычислений. Он прекрасно подходит для решения численных задач, поскольку за 50 с лишним лет написано множество библиотек, поэтому языком пользуются сейчас и в ближайшем будущем ему не грозит забвение. Он используется и по сей день, однако, не столько по причине удачного дизайна, сколько в силу большого количества написанных на нём программ, изменять и, тем более, переписывать которые нет смысла.

Вероятно, если вы хотите быстро что-то посчитать, то Фортран будет одним из лучших вариантов. Язык для этого именно и изобретался.

Его структура способствует тому, что компилятор может очень хорошо оптимизировать вычисления.

Среди учёных, например, ходит такая присказка, что любая математическая задача уже имеет решение на Фортране, и, действительно, можно найти среди тысяч фортрановских пакетов, и пакет для перемножения матриц, и пакет для решения сложных интегральных уравнений, и многие, многие другие.

1.4 Язык программирования ALGOL 58

1.4.1 Причина появления языка ALGOL

Поскольку FORTRAN оказался столь успешным языком, в Европе возникли опасения, что IBM будет доминировать в компьютерной отрасли. Немецкое общество прикладной математики (Germansocietyofappliedmathematics -- GAMM) создало комитет по разработке универсального языка. В то же время AssociationforComputingMachinery (ACM) организовала похожий комитет в США. Несмотря на то, что у европейцев было некоторое беспокойство по поводу господства американцев, оба этих комитета слились в один.

Алгол был разработан в 1958 году, на недельной конференции в ETH (Цюрих, Швейцария) как универсальный язык программирования для широкого круга применений, а затем доработан комитетом, созданным Международной федерацией по обработке информации (IFIP). В комитет вошёл ряд ведущих европейских и американских учёных и инженеров-разработчиков языков.

Среди них были: Джон Бэкус -- один из создателей Фортрана, Джозеф Уэгстен -- впоследствии возглавлял комитет по разработке языка Кобол, Джон Маккарти -- автор языка Лисп разработанного одновременно с Алголом, Петер Наур -- впоследствии доработал «нормальную форму Бэкуса», завершив разработку БНФ, Эдсгер Дейкстра -- нидерландский учёный, впоследствии получивший широкую известность как один из создателей структурного программирования и сторонник математического подхода к программированию, будущий лауреат Премии Тьюринга.

Сначала работа столкнулась с большими трудностями непринципиального характера. Так, например, один из членов комитета вспоминал «десятичную бурю» -- крайне резкую дискуссию между американскими и европейскими участниками по поводу того, какой именно символ использовать в качестве разделителя целой и дробной части числа. Американцы стояли за точку, европейцы требовали применять традиционную в Европе запятую, и из-за такой мелочи работа оказалась под реальной угрозой срыва. Чтобы избежать конфликтов по мелким вопросам, было решено, что описание Алгола будет трёхуровневым, включающим уровень описаний, публикаций и реализации. Мелкие вопросы, типа выбора между точкой и запятой или используемого алфавита, были вынесены на второй-третий уровень, что позволило относительно быстро решить принципиальные вопросы. На уровне публикаций, согласованном позже, допускалось использование национальных ключевых слов и стандартов представления данных (в том числе и десятичной точки), уровень реализации определял язык совершенно строго -- согласно ему должны были строиться трансляторы.

Вначале предлагавшееся название ALGOL (ALGOrithmicLanguage) было отвергнуто. Но поскольку оно стало общеупотребительным, официальное имя IAL пришлось впоследствии изменить на ALGOL 58.

Новая версия появилась в 1960 г., и ALGOL 60 (с небольшими изменениями, сделанными в 1962 г.) с 60-х и до начала 70-х гг. прошлого века был стандартом академического языка программирования.

У нового языка нашлись как приверженцы, так и критики. В США Алгол приняли холодно, он был популярен только в академической среде, и то не повсеместно. Те, кто попытался реализовать Алгол, столкнулись с целым рядом сложностей.

Так, например, обнаружилось, что ни один из существовавших тогда компьютеров не поддерживал ввод-вывод всех 116 литер, из которых состоял алфавит Алгола.

А вот в Европе Алгол приняли с энтузиазмом. Он быстро завоевал популярность в академической среде, повсеместно шла разработка компиляторов, многие из которых, несмотря на сложности реализации, оказались весьма успешными. Алгол распространился от Великобритании до Дальнего востока СССР, став как универсальным языком описания алгоритмов в научных публикациях, так и средством реального программирования.

1.4.2 Свойства языка. Его достоинства и недостатки

В Алголе появилось представление о программе не как о свободной последовательности команд, а как о блочной структуре, состоящей из чётко описанных и отделённых друг от друга частей. Основной блок программы на Алголе -- это сама главная программа. Она содержит свою исполняемую часть, заключённую в блок, ограниченный парой ключевых слов begin и end, а также описания подпрограмм. Каждая подпрограмма -- это программа в миниатюре, имеющая собственные, описанные внутри неё данные, однозначно определённый интерфейс в виде имени и списка формальных параметров, и блок кода.

При этом в блоке могут выделяться подблоки.

Были выделены структурные управляющие конструкции: ветвления, циклы, последовательные участки, исполняющие условно или многократно вложенные наборы операторов, также ограниченные теми же ключевыми словами begin и end.

Современным программистам подобная структура программы кажется очевидной, кое в чём устаревшей и не всегда удобной , но на момент появления Алгола всё это было заметным шагом вперёд. Программы становились регулярными, это давало возможность наращивать их по объёму,

сохраняя обозримыми, понятными, доступными анализу и исправлению. Именно на базе Алгола и его языков-потомков были выполнены успешные работы по аналитическому доказательству правильности программ.

В Алголе было предложено два способа передачи параметров в подпрограмму -- по имени и по значению. Если второй способ возражений не вызывает (он широко используется в абсолютном большинстве языков по сей день), то первый (он предполагает, что в процедуру передаётся имя фактического параметра, и процедура работает так, как будто в точке обращения записан её код, где вместо формального параметра написано имя фактического) приводил к трудностям реализации компиляторов и появлению труднообнаруживаемых ошибок.

1.5 Язык программирования LISP

Язык Лисп был предложен Дж. Маккарти в работе в 1960 году и ориентирован на разработку программ для решения задач не численного характера. Английское название этого языка - LISP является аббревиатурой выражения LIStProcessing (обработка списков) и хорошо подчеркивает основную область его применения. Понятие “список” оказалось очень емким.

В виде списков удобно представлять алгебраические выражения, графы, элементы конечных групп, множества, правила вывода и многие другие сложные объекты. Списки являются наиболее гибкой формой представления информации в памяти компьютеров. Неудивительно поэтому, что удобный язык, специально предназначенный для обработки списков, быстро завоевал популярность.

1.5.1 Развитие языка

На протяжении почти сорокалетней истории его существования появился ряд диалектов этого языка: Common LISP, Mac LISP, Inter LISP, Standard LISP и др.

Различия между ними не носят принципиального характера и в основном сводятся к несколько отличающемуся набору встроенных функций и некоторой разнице в форме записи программ. Поэтому программист, научившийся работать на одном из них, без труда сможет освоить и любой другой.

1.5.2 Основные достоинства языка

Большим достоинством Лиспа является его функциональная направленность, т. е. программирование ведется с помощью функций. Причем функция понимается как правило, сопоставляющее элементам некоторого класса соответствующие элементы другого класса. Сам процесс сопоставления не оказывает никакого влияния на работу программы, важен только его результат - значение функции. Это позволяет относительно легко писать и отлаживать большие программные комплексы. Ясность программ, четкое разграничение их функций, отсутствие каверзных побочных эффектов при их выполнении является обязательными требованиями к программированию таких логически сложных задач, каковыми являются задачи искусственного интеллекта.

Дисциплина в программировании становится особенно важной, когда над программой работает не один человек, а целая группа программистов.

1.6 Язык программирования COBOL

COBOL (CommonBusiness-OrientedLanguage) был разработан в 1959 году и предназначался прежде всего для написания программ для разработки бизнес приложений, а так же для работы в экономической сферы.

Спецификация языка была создана в 1959 году. Создатели языка ставили своей целью сделать его машинно-независимым и максимально приближенным к естественному английскому языку. Обе цели были успешно достигнуты; программы на COBOL считаются понятными даже неспециалистам,

поскольку тексты на этом языке программирования не нуждаются в каких-либо специальных комментариях (самодокументирующиеся программы).

1.6.1 Достоинства и недостатки

COBOL -- язык очень старый и в свое время использовался крайне активно, поэтому существует множество реализаций и диалектов. Для языка был утвержден ряд стандартов: в 1968, 1974, 1985 и 2002 годах. Последний стандарт добавил в язык поддержку объектно-ориентированной парадигмы.

Язык позволяет эффективно работать с большим количеством данных, он насыщен разнообразными возможностями поиска, сортировки и распределения. К числу других плюсов COBOL обычно относят его структурированность. Довольно мощные компиляторы с этого языка разработаны для персональных компьютеров. Некоторые из них столь эффективны, что программу, отлаженную на персональном компьютере, нетрудно перенести на большие ЭВМ.

Перечисляя минусы, нельзя не вспомнить о том, что на Коболе можно запрограммировать лишь простейшие алгебраические вычисления. Для сложных инженерных расчетов этот язык не годится.

1.7 Выводы по данному периоду развития языков программирования

На заре компьютеризации (в начале 1950-х г.г.), машинный язык был единственным языком, большего человек к тому времени не придумал. Языки низкого уровня мало похожи на нормальный, привычный человеку язык. Большие, грамосткие программы на таких языках пишутся редко. Зато если программа будет написана на таком языке, то она будет работать быстро, занимая маленький объем и допуская минимальное количество ошибок. Чем ниже и ближе к машинному уровень языка, тем меньше и конкретнее задачи, которые ставятся перед каждой командой.

Для спасения программистов от сурового машинного языка программирования, были созданы языки высокого уровня (т.е. немашинные языки), которые стали своеобразным связующим мостом между человеком и машинным языком компьютера. Языки высокого уровня работают через трансляционные программы, которые вводят "исходный код" (гибрид английских слов и математических выражений, который считывает машина), и в конечном итоге заставляет компьютер выполнять соответствующие команды, которые даются на машинном языке.

С появлением языков высокого уровня программисты получили возможность больше времени уделять решению конкретной проблемы, не отвлекаясь особенно на весьма тонкие вопросы организации самого процесса выполнения задания на машине. Кроме того, появление этих языков ознаменовало первый шаг на пути создания программ, которые вышли за пределы научно-исследовательских лабораторий и финансовых отделов.

Подводя итог данному периоду развития языков программирования, можно сделать вывод, что языки программирования высокого уровня (FORTRAN, ALGOL, LISP,COBOL и т.д. ) не похожи на язык ассемблера. Языки высокого уровня разработаны специально для того, чтобы можно было иметь дело непосредственно с задачей, решаемой программой. В этом качестве они иногда называются процедурными языками, поскольку описывают процедуру, используемую для решения задачи. Языки высокого уровня машинно-независимы. Программы же на языке ассемблера непосредственно относятся к той машине, на которой они должны выполняться.

Достоинства языков программирования высокого уровня:

1. Алфавит языка значительно шире машинного, что делает его гораздо более выразительным и существенно повышает наглядность и понятность текста;

2. Набор операций, допустимых для использования, не зависит от набора машинных операций, а выбирается из соображений удобства формулирования алгоритмов решения задач определенного класса;

3. Конструкции операторов задаются в удобном для человека виде;

4. Поддерживается широкий набор типов данных.

Недостатком языков высокого уровня является больший размер программ по сравнению с программами на языке низкого уровня. Поэтому в основном языки высокого уровня используются для разработок программного обеспечения компьютеров и устройств, которые имеют большой объем памяти. А разные подвиды ассемблера применяются для программирования других устройств, где критичным является размер программы.

2. второй этап развития языков программирования (1960-- 1980 гг.)

2.1 Общий обзор исследуемого периода

Период 60-х, 70-х и 80-х годов положил начало для развития нескольких десятков языков программирования, некоторые из которых применяются и сейчас, правда в учебных целях (например, Basic и Pascal), ведь эти 2 языка уже прожили больше 30 лет, а учебная необходимость в них так и не пропала. Не стоит забывать, что 1974му году мы обязаны за рождение SQL, ну и, конечно же, рождение полюбившегося всем языка C++ в 1983 году, ну обо всем по порядку.

Начнем с периода 60-х годов, а именно с 1964-го года, когда компания IBM разработала язык программирования, который бы позволял объединять компьютеры, созданные для разных целей (одни для научных, другие -- для бухгалтерских приложений) в одну целую систему, что бы позволило явно упростить работу на разных машинах.

2.2 Язык программирования ПЛ/1

Научные и бухгалтерские программы не только использовали разные компьютеры, но ещё и писались на разных языках: научные -- на Фортране, бухгалтерские -- в основном на Коболе. Целью ПЛ/1 было создание языка, подходящего для обоих типов приложений. Другой целью было добавление конструкций для структурного программирования, взятых из Алгола-60, не поддерживаемых в то время ни Коболом, ни Фортраном.

Для разработки ПЛ/1 был сформирован комитет, состоящий из программистов IBM и пользователей со всех концов США. Работа комитета длилась несколько месяцев. Изначально планировалось, что ПЛ/1 будет готов к использованию к моменту запуска System/360, но это не было выполнено.

Язык изначально был назван NPL (NewProgrammingLanguage -- «новый язык программирования»), но эта аббревиатура уже использовалось британской Национальной физической лабораторией (NationalPhysicsLaboratory). Поэтому название изменили на ПЛ/1.

Поначалу ПЛ/1 вызвал большой энтузиазм, но оказался не так успешен, как планировалось, по следующим причинам:

· Чрезвычайная сложность языка, в значительной мере потому, что язык был разработан комитетом, пытавшимся найти соглашение и удовлетворить нужды совершенно разных пользователей (научных и банковских).

· Трудность реализации компилятора, и, как следствие, большое количество сбоев и ошибок и низкое качество первых компиляторов. Это возникало также из-за того, что ПЛ/1 содержал много почти не используемых большинством пользователей возможностей, вроде поддержки многозадачности.

· Неоптимальность скомпилированного кода, что было очень критично для математических расчётов. Поэтому ПЛ/1 не смог заменить собой Фортран. Асинхронная модификация переменных (например, в результате конструкции onerror) крайне затрудняла оптимизацию.

· Компиляторы языка ПЛ/1 реализовывали различные подмножества языка, что приводило к непереносимости программ.

Хотя ПЛ/1 и не смог вытеснить Фортран и КОБОЛ (или даже сравниться с ними по популярности), тем не менее, он широко использовался во второй половине 1960-х и в 1970-х годах, особенно для бухгалтерских приложений, в основном из-за отсутствия в то время лучшей альтернативы. Как Фортран, так и КОБОЛ были бедны по своим возможностям даже для задач того времени. ПЛ/1, напротив, представлял богатый набор средств.

Так, проект Multics, одна из первых попыток написать ОС на языке высокого уровня, использовал EPL (Early PL) -- диалект ПЛ/1, разработанный в МТИ в 1964 году. Впоследствии для Multics был реализован «настоящий» ПЛ/1. Диалект XPL был использован для создания языка HAL/S, на котором программировались компьютеры космических кораблей проекта «Шаттл». Для ещё одного подмножества -- PL/C -- в Корнельском университете был создан уникальный компилятор CORC, который мог скомпилировать программу с любыми синтаксическими ошибками, путём исправления многих ошибок и преобразования оставшихся в объектный код (это свойство в значительной степени присуще также компиляторам IBM для мейнфреймов). Первая система резервирования авиабилетов, SABRE, была написана (по крайней мере, её предполагалось написать) на ПЛ/1. Ещё одним диалектом ПЛ/1 был PL/S, на котором фирма IBM написала в начале 1970-х годах операционную систему MVS. IBM до сих пор использует усовершенствованный PL/S (который ныне известен как PL/X) для работы над системами семейства z/OS для IBM System z. На базе ПЛ/1 был разработан язык PL/M, фактически представляющий собой приблизительный аналог языка Си с синтаксисом, близким к подмножеству ПЛ/1. Компилятор языка PL/M был разработан Гари Килдаллом, когда тот работал в Intel и использовался ею для написания операционной системы CP/M и большинства программного обеспечения под CP/M и MP/M. Позже Гари Килдалл основал фирму DigitalResearch, которая продавала компилятор к PL/M для CP/M и MS-DOS, который сам был написан на PL/M. PL/M широко использовался для написания программного обеспечения к компьютерам, использовавшим интеловские процессоры 8080, 8085 и Z-80.

В СССР ПЛ/1 также был популярен в 1970-х и до первой половины 1990-х годов благодаря широкой распространённости ЕС ЭВМ, совместимых с мейнфреймами IBM. Кроме того, ПЛ/1 был реализован на БЭСМ-6 и Эльбрусе.

ПЛ/1 был, вероятно, первым коммерческим языком, компилятор для которого писался на компилируемом языке.

(Подобные экспериментальные языки были и раньше: например, NELIAC был разработан как минимум за 5 лет до ПЛ/1).

2.3 Язык программирования Basic

язык программирование basic fortran

Сразу следом за PL/1 в том же 1964 году был разработан, используемый в узком кругу лиц и сейчас, Basic (по рус. Бейский) профессорами Дартмутского коллелжа Томасом Курцем и Джоном Кемени. Язык изначально создавался для конкретно учебных целей, с помощью этого языка планировалось научить студентов-непрограммистов писать программы самостоятельно для решения своих же задач.

Восемь основных принципов, которые соблюдались при создании Бейсика:

1. быть простым в использовании для начинающих;

2. быть языком программирования общего назначения;

3. предоставлять возможность расширения функциональности, доступную опытным программистам;

4. быть интерактивным;

5. предоставлять ясные сообщения об ошибках;

6. быстро работать на небольших программах;

7. не требовать понимания работы аппаратного обеспечения;

8. защищать пользователя от операционной системы.

Язык был основан частично на Фортране II и частично на Алголе 60, с добавлениями, делающими его удобным для работы в режиме разделения времени и, позднее, обработки текста и матричной арифметики. Первоначально Бейсик был реализован на мейнфрейме GE-265 с поддержкой множества терминалов. Вопреки распространённому убеждению, в момент своего появления это был компилируемый язык.

Несмотря на то, что язык уже использовался на нескольких миникомпьютерах, его настоящее распространение началось с его появления на микрокомпьютере Альтаир 8800.

Многие языки программирования были слишком большими, чтобы поместиться в небольшую память, которую пользователи таких машин могли себе позволить. Для машин с таким медленным носителем как бумажная лента (позднее -- аудиокассета) и без подходящего текстового редактора такой небольшой язык как Бейсик был отличной находкой.

В 1975 году Microsoft (тогда это были лишь двое -- Билл Гейтс и Пол Аллен, при участии Монте Давидова), выпустила Altair BASIC. Затем его версии появились на другой платформе под лицензией и скоро в использовании были уже миллионы копий и вариантов; один из вариантов, Applesoft BASIC, стал стандартным языком на Apple II. Для операционной системы CP/M был создан диалект BASIC-80, надолго определивший развитие языка.

В 1979 году Microsoft обсуждала с несколькими поставщиками компьютеров (включая IBM) лицензирование интерпретатора Бейсик на их машинах. Одна из версий (ROM BASIC) была включена в ПЗУ IBM PC -- компьютер мог автоматически загружаться в Бейсик. Так как IBM не придавала тогда большого значения персональным компьютерам (основным полем её деятельности были мейнфреймы), то, вопреки своим принципам, она разрешила Microsoft продавать интерпретатор отдельно. Это сделало последнюю пионером в выпуске ПО нового поколения -- не привязанного к конкретной аппаратуре и поставляемого отдельно от компьютера.

Бейсик в полной мере испытал на себе такое хорошо известное в 1970--1980 явление, как массовое размножение версий и диалектов языка высокого уровня, в значительной степени несовместимых между собой. Причин этому было несколько. Поскольку язык не рассматривался как промышленный, никаких специальных усилий по его стандартизации не прилагалось, и для каждого компьютера создавалась своя реализация.

В эти же годы появилось большое количество 8-битных домашних и учебных компьютеров, строившихся на базе процессоров типа Intel 8080 (советский аналог -- КР580ВМ80А) или Z80, на которых Бейсик был основным (или единственным доступным) языком высокого уровня. Каждая модель компьютера имела определённые аппаратные и программные особенности, специфические средства вывода звука и графики, нестандартные инструменты ввода, для поддержки которых в реализации Бейсика вводили специальные команды и конструкции. Иногда прямо в Бейсике реализовывались низкоуровневые средства программирования, такие как непосредственная работа с физической памятью или обработка аппаратных прерываний. Поэтому если в базовой части (минимальный стандартный набор операторов и консольный последовательный ввод-вывод) большинство реализаций были в основном аналогичны, то в части вывода звука, графики и более сложного управления текстовой консолью (управление цветами, создание подобия оконного ввода-вывода) они почти наверняка оказывались несовместимыми.

В результате только наиболее распространённых версий и диалектов Бейсика было более десятка, а общее число зачастую несовместимых реализаций не уступало количеству типов и разновидностей компьютеров, находящихся в эксплуатации.

Периодом наибольшего расцвета и развития исходного Бейсика можно считать конец 1970-х -- первую половину 1980-х годов. В этот период практически все персональные компьютеры имели собственный интерпретатор Бейсика, зачастую зашиваемый в ПЗУ, который в простейших компьютерах нередко выполнял также функции операционной системы. Практически все более мощные компьютеры также имели интерактивные Бейсик-системы. Характерно, что практически не было компиляторов Бейсика, абсолютное большинство реализаций представляли собой стандартный гибрид строчного редактора и интерпретатора.

Недовольство примитивизмом исходного Бейсика порождало попытки улучшить и базовые средства языка, что привело к появлению в некоторых реализациях сложных операторов ветвления, дополнительных видов циклов, именованных процедур с параметрами.

Было создано несколько новых версий Бейсика для платформы IBM PC. Microsoft продавала Бейсик для MS-DOS/PC DOS, включая BASICA, GW-BASIC (модификация BASICA, не требующая «прошивки» от IBM) и QuickBASIC. Borland, первоначально вышедшая на рынок со своим известным Turbo Pascal, в 1985 году выпустила основанную на той же программной среде систему Turbo Basic 1.0 (его наследники впоследствии продавались другой компанией под именем PowerBASIC). Некоторые другие языки использовали хорошо известный синтаксис Бейсика в качестве основы, на которой строилась совершенно иная система (см. например, GRASS). Стремление увеличить производительность Бейсик-программ привело к появлению полноценных компиляторов (каким был, например, упомянутый Turbo Basic), а также «гибридных» систем, в которых при сохранении интерпретации как основной методики исполнения программы была реализована частичная компиляция «на лету», например, компиляция коротких циклов. Кроме того, по крайней мере, на платформе IBM распространилась псевдокомпиляция бейсик-программ, когда транслятор переводил Бейсик-программу в псевдокод (нередко -- обратимый) и формировал исполняемую программу из объектного модуля интерпретатора и кодированного модуля с текстом программы. Такая программа запускалась и исполнялась как обычная компилированная объектная программа, хотя по сути оставалась интерпретируемой.

В середине 1980-х Бейсик стал основным языком в сложных моделях программируемых калькуляторов, которые как раз к этому времени достигли мощности, допускающей применение полноценного языка высокого уровня.

Сам факт, что многие производители, не сговариваясь, выбрали в качестве основы ЯВУ калькуляторов именно Бейсик, лучше всего говорит о распространённости и популярности этого языка в указанное время. Так, Бейсик был встроен в советский калькулятор «Электроника МК-85» и все его более поздние модели. Применение Бейсика в качестве основного ЯВУ программируемых калькуляторов продолжается по сей день;

в настоящее время именно «калькуляторный» Бейсик более всего похож на изначальный вариант 1960-80х годов, например, реализация для калькуляторов CITIZEN содержит всего 14 ключевых слов (не считая математических функций) и допускает только односимвольные имена переменных.

К концу 1980-х годов персональные компьютеры стали намного мощнее и предоставляли возможности (такие, как графический интерфейс пользователя), использование которых в Бейсике было уже не столь удобным. К тому же появление на компьютерах «учебного» и «домашнего» класса недорогих трансляторов промышленных языков (прежде всего -- Паскаля и Си), сопровождаемых удобными средами программирования и полезными библиотеками (например, BorlandPascal с библиотекой TurboVision) создало Бейсику сильную конкуренцию. Бейсик начал сдавать позиции, несмотря на то, что огромное количество его версий ещё использовалось и продавалось. В это же время началось стремительное изменение облика тех Бейсик-систем, которые оставались в эксплуатации. Происходил постепенный «дрейф» в сторону признанных структурных языков: расширился словарь и набор конструкций языка, появились сложные ветвления, именованные подпрограммы и функции, длинные имена переменных. Кроме того, возросшие возможности персональных компьютеров позволили отказаться от характерных особенностей Бейсика, введённых для обеспечения эффективной интерактивной работы за текстовым терминалом:

числовых меток у каждой строки и построчного редактирования.

Вторую жизнь Бейсик получил с появлением VisualBasic от Microsoft.

Хотя и трудно согласиться, что этот язык -- действительно Бейсик; он явился логическим завершением эволюции языка и, несмотря на сохранение привычных ключевых слов, по структуре и набору возможностей ближе к Паскалю, чем к первоначальному Бейсику.

Но как инструмент для быстрого создания практически полезных программ для Windows при невысокой квалификации программиста он оказался очень кстати и быстро стал одним из наиболее используемых языков на платформе Windows. Не последнюю роль здесь сыграла удачная реализация включённого в систему построителя графического интерфейса пользователя, скрывавшая от разработчика детали программирования Windows GUI и позволявшая сосредоточиться на задаче. Microsoft создала вариант под названием WordBasic и использовала его в MS Word до появления Word 97. Вариант VisualBasicforApplications (VBA) был встроен в MicrosoftExcel 5.0 в 1993 году, затем в Access 95 в 1995 году, а после и во все остальные инструменты, входящие в пакет MicrosoftOffice. InternetExplorer 3.0 и выше, а также MicrosoftOutlook, включали интерпретатор VBScript.

2.4 Язык программирования Pascal

Больше, применяемых сегодня, никаких языков программирования период 60-х годов не принес, зато, как только он перешел на период 70-х годов сразу же в 1970-м году был разработан Паскаль, тот самый, который и сегодня изучается в школьной программе Информатики и на котором объясняется консольное программирование.

Язык Паскаль был создан Никлаусом Виртом в 1968--1969 годах после его участия в работе комитета разработки стандарта языка Алгол-68. Язык назван в честь французского математика, физика, литератора и философа Блеза Паскаля, который создал первую в мире механическую машину, складывающую два числа.

Первая публикация Вирта о языке датирована 1970 годом, представляя язык, автор указывал в качестве цели его создания -- построение небольшого и эффективного языка, способствующего хорошему стилю программирования, использующему структурное программирование и структурированные данные.

Последующая работа Вирта была направлена на создание на основе Паскаля языка системного программирования, с сохранением возможности вести на его базе систематический, целостный курс обучения профессиональному программированию. Результат этой работы -- язык Модула-2.

Особенностями языка являются строгая типизация и наличие средств структурного (процедурного) программирования. Паскаль был одним из первых таких языков. По мнению Вирта, язык должен способствовать дисциплинированному программированию, поэтому, наряду со строгой типизацией, в Паскале сведены к минимуму возможные синтаксические неоднозначности, а сам синтаксис автор постарался сделать интуитивно понятным даже при первом знакомстве с языком.

Тем не менее, первоначально язык имел ряд ограничений: невозможность передачи функциям массивов переменной длины, отсутствие нормальных средств работы с динамической памятью, ограниченная библиотека ввода-вывода, отсутствие средств для подключения функций написанных на других языках, отсутствие средств раздельной компиляции и т. п.

Подробный разбор недостатков языка Паскаль того времени был выполнен Брайаном Керниганом в статье «Почему Паскаль не является моим любимым языком программирования» (эта статья вышла в начале 1980-х, когда уже существовал язык Модула-2, потомок Паскаля, избавленный от большинства его пороков, а также более развитые диалекты Паскаля). Некоторые недостатки Паскаля были исправлены в ISO-стандарте 1982 года, в частности, в языке появились открытые массивы, давшие возможность использовать одни и те же процедуры для обработки одномерных массивов различных размеров.

Однако многие недостатки языка не проявляются или даже становятся достоинствами при обучении программированию. Кроме того, по сравнению с основным языком программирования в академической среде 1970-х (которым был Фортран, обладавший гораздо более существенными недостатками), Паскаль представлял собой значительный шаг вперёд.

К 1980-м годам Паскаль стал основой для многочисленных учебных программ, в отдельных случаях на его основе были созданы специализированные обучающие языки программирования, так, в начале 1980-х годов в СССР для обучения школьников основам информатики и вычислительной техники Андрей Ершов разработал алголо-паскалеподобный «учебный алгоритмический язык».

Наиболее известной реализацией Паскаля, обеспечившей широкое распространение и развитие языка, является Turbo Pascal фирмы Borland, выросшая затем в объектный Паскаль для DOS (начиная с версии 5.5) и Windows и далее в Delphi, в которой были внедрены значительные расширения языка.

Диалекты Паскаля, применяемые в Turbo Pascal для DOS и Delphi для Windows, стали популярны из-за отсутствия других успешных коммерческих реализаций.

2.5 Язык программирования C (Си)

Следом наступает год рождения языка программирования C -- отца, используемого и сегодня C++.

Язык программирования Си был разработан в лабораториях BellLabs в период с 1969 по 1973 годы. Согласно Ритчи, самый активный период творчества пришёлся на 1972 год.

Язык назвали «Си» (C -- третья буква латинского алфавита), потому что многие его особенности берут начало от старого языка «Би» (B -- вторая буква латинского алфавита). Существует несколько различных версий происхождения названия языка Би. Кен Томпсон указывает на язык программирования BCPL, однако существует ещё и язык Bon, также созданный им, и названный так в честь его жены Бонни.

Существует несколько легенд, касающихся причин разработки Си и его отношения к операционной системе UNIX, включая следующие:

Разработка Си стала результатом того, что его будущие авторы любили компьютерную игру, подобную популярной игре Asteroids (Астероиды). Они уже давно играли в неё на главном сервере компании, который был недостаточно мощным и должен был обслуживать около ста пользователей. Томпсон и Ритчи посчитали, что им не хватает контроля над космическим кораблём для того, чтобы избегать столкновений с некоторыми камнями. Поэтому они решили перенести игру на свободный PDP-7, стоящий в офисе. Однако этот компьютер не имел операционной системы, что заставило их её написать. В конце концов, они решили перенести эту операционную систему ещё и на офисный PDP-11, что было очень тяжело, потому что её код был целиком написан на ассемблере. Было вынесено предложение использовать какой-нибудь высокоуровневый портируемый язык, чтобы можно было легко переносить ОС с одного компьютера на другой. Язык Би, который они хотели сначала задействовать для этого, оказался лишён функциональности, способной использовать новые возможности PDP-11. Поэтому они и остановились на разработке языка Си.

· Самый первый компьютер, для которого была первоначально написана UNIX, предназначался для создания системы автоматического заполнения документов. Первая версия UNIX была написана на ассемблере. Позднее для того, чтобы переписать эту операционную систему, был разработан язык Си.

К 1973 году язык Си стал достаточно силён, и большая часть ядра UNIX, первоначально написанная на ассемблере PDP-11/20, была переписана на Си. Это было одно из самых первых ядер операционных систем, написанное на языке, отличном от ассемблера; более ранними были лишь системы Multics (написана на ПЛ/1) и TRIPOS (написана на BCPL).

В 1978 году Брайан Керниган и ДеннисРитчи опубликовали первую редакцию книги «Язык программирования Си». Эта , известная среди программистов как «K&R», книга служила многие годы неформальной спецификацией языка.

Версию языка Си, описанную в ней, часто называют «K&R C». Вторая редакция этой книги посвящена более позднему стандарту ANSI C, описанному ниже.

K&R ввёл следующие особенности языка:

· структуры (тип данных struct);

· длинное целое (тип данных longint);

· целое без знака (тип данных unsignedint);

· оператор += и подобные ему (старые операторы =+) вводили анализатор лексики компилятора Си в заблуждение, например, при сравнении выражений i =+ 10 и i = +10).

K&R C часто считают самой главной частью языка, которую должен поддерживать компилятор Си. Многие годы даже после выхода ANSI C, он считался минимальным уровнем, которого следовало придерживаться программистам, желающим добиться от своих программ максимальной переносимости, потому что не все компиляторы тогда поддерживали ANSI C, а хороший код на K&R C был верен и для ANSI C.

После публикации K&R C в язык было добавлено несколько возможностей, поддерживаемый компиляторами AT&T и некоторых других производителей:

· функции, не возвращающие значение (с типом void) и указатели, не имеющие типа (с типом void *);

· функции, возвращающие объединения и структуры;

· имена полей данных структур в разных пространствах имён для каждой структуры;

· присваивания структур;

· спецификатор констант (const);

· стандартная библиотека, реализующая большую часть функций, введённых различными производителями;

· перечислимый тип (enum);

· дробное число одинарной точности (float).

В конце 1970-х годов Си начал вытеснять Бейсик с позиции ведущего языка для программирования микрокомпьютеров. В 1980-х годах он был адаптирован для использования в IBM PC, что привело к резкому росту его популярности. В то же время Бьёрн Страуструп и другие в лабораториях BellLabs начали работу по добавлению в Си возможностей объектно-ориентированного программирования. Язык, который они в итоге сделали, C++, оказал большое влияние на разработку ПО, но так и не смог сравняться по популярности с Си, особенно в UNIX-подобных системах.

В 1983 году Американский национальный институт стандартов (ANSI) сформировал комитет для разработки стандартной спецификации Си. По окончании этого долгого и сложного процесса в 1989 году он был наконец утверждён как «Язык программирования Си» ANSI X3.159-1989. Эту версию языка принято называть ANSI C или C89. В 1990 году стандарт ANSI C был принят с небольшими изменениями Международной организацией по стандартизации (ISO) как ISO/IEC 9899:1990.