Поколения языков программирования. Языки низкого и высокого уровня. Понятия Транслятора и компилятора.

Министерство образования и науки РФ
ФГБОУ и ВПО «МГТУ»



Институт Энергетики и Автоматизированных Систем





РЕФЕРАТ
по дисциплине: Информатика.
Тема: Поколения языков программирования. Языки низкого и высокого уровня. Понятия Транслятора и компилятора.



Выполнил:

Проверил:








Магнитогорск
2014 г.

Поколения языков программирования.
Язык программирования — формальная знаковая система, предназначенная для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, задающих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (компьютер) под её управлением.

Языки программирования принято делить на пять поколений.
Первое поколение:
К первому поколению (англ. first-generation programming language, 1GL) относят машинные языки — языки программирования на уровне команд процессора конкретной машины. Для программирования не использовался транслятор, команды программы вводились непосредственно в машинном коде переключателями на передней панели машины. Такие языки были хороши для детального понимания функционирования конкретной машины, но сложны для изучения и решения прикладных задач.
Начало 1950-х годов - язык первых компьютеров. Первый язык ассемблера, созданный по принципу «одна инструкция - одна строка».
Основная отличительная особенность: ориентирование на конкретный компьютер.

Термины «первое поколение» и «второе поколение» были введены одновременно с термином «третье поколение». Фактически, эти термины в то время не использовались. С появлением языков высокого уровня, языки ассемблера стали относить к первому поколению языков.




















Второе поколение:
Языки второго поколения (2GL) создавались для того, чтобы облегчить тяжёлую работу по программированию, перейдя в выражениях языка от низкоуровневых машинных понятий ближе к тому как обычно мыслит программист. Эти языки появились в 1950-е годы, в частности, такие языки как Фортран и Алгол. Наиболее важной проблемой, с которыми столкнулись разработчики языков второго поколения, стала задача убедить клиентов что код созданный компилятором выполняется достаточно хорошо, чтобы оправдать отказ от программирования на ассемблере. Скептицизм по поводу возможности создания эффективных программ с помощью автоматических компиляторов был довольно распространён, поэтому разработчикам таких систем должны были продемонстрировать, что они действительно могут генерировать почти такой же эффективный код как и при ручном кодировании, причём практически для любой исходной задачи.

Основная отличительная особенность: ориентирование на абстрактный компьютер с такой же системой команд.

















Третье поколенеие:
Под третьим поколением (3GL) первоначально понимались все языки более высокого уровня, чем ассемблер. Главной отличительной чертой языков третьего поколения стала независимость от аппаратного обеспечения, то есть выражение алгоритма в форме, не зависящей от конкретных характеристик машины, на которой он будет исполняться. Код, написанный на языке третьего поколения, перед исполнением транслируется либо непосредственно в машинные команды, либо в код на ассемблере и затем уже ассемблируется. При компиляции, в отличие от предыдущих поколений, уже нет соответствия один-к-одному между инструкциями программы и генерируемым кодом.

Стала широко использоваться интерпретация программ — при этом инструкции программы не преобразуются в машинный код, а исполняются непосредственно одна за другой. Независимость от «железа» достигается за счёт использования интерпретатора, скомпилированного под конкретную аппаратную платформу. Одним из ранних интерпретируемых языков стал Лисп.

Основная отличительная особенность языка третьего поколения: ориентирование на алгоритм (алгоритмические языки).

Примеры: Си, Паскаль, Джава, Бейсик, и многие другие.

Всего в мире существует около 200 популярных языков программирования третьего уровня.






















Четвертое поколение:
Термин языки программирования четвёртого поколения (4GL) лучше представлять как среды разработки четвёртого поколения. Они относятся к временному периоду с 1970-х по начало 1990-х.

Языки этого поколения предназначены для реализации крупных проектов, повышают их надежность и скорость создания, ориентированы на специализированные области применения, и используют не универсальные, а проблемно-ориентированные языки, оперирующие конкретными понятиями узкой предметной области. 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.

Основная отличительная особенность языка четвертого поколения: приближение к человеческой речи (декларативные языки).

Часто относят: SQL, SGML ( HTML, XML ), Prolog, и многие другие узкоспециализированных декларативных языков. Правда ряд языков, которые относят к четвертому поколению, не являются языками программирования как таковыми. Например SQL является языком запросов к базам данных, HTML является языком разметки гипертекста, а не полноценными языками программирования, скорее они выступают своеобразными специализированными дополнениями к языкам программирования. Тоже самое касается XML.






















Пятое поколение:
Пятого поколения языков программирования пока не существует.

Производители пропроиетарних программных продуктов часто пытаются приписать своим продуктам какие маркетинговые особенности, и порой указывают что их продукт - это «язык пятого поколения». В действительности, все эти продукты - это просто среды для ускоренного создания продуктов (Rapid Application Development - RAD), и используют языки третьего и четвертого поколений.

Речь пятого поколения вытеснит ли существенно потеснит языка третьего (напр. Java) и четвертого поколения (например SQL) за счет значительно увеличенной производительности труда программиста - в 10-1000 раз. По прогнозам, 5GL будет оперировать мета-мета-данными.

Сейчас существует единственный язык, который работает с мета-мета-данными, - это язык команд менеджеров пакетов или менеджеров зависимостей, таких как apt, yum, smart, maven, cpan и другие. Они оперируют над метаданными о метаданных о данных в пакетах. Использование apt-get, yum и smart действительно чрезвычайно повысило производительность системных администраторов - примерно в 1000-и дело. Использование менеджеров зависимостей, таких как maven, cpan, rakudo, pim, easy_install, действительно значительно повысило производительность программистов, примерно в 10-ть раз. К сожалению, эти языки являются языками командной строки и не являются языками программирования.




















Высокоуровневый язык программирования.
Высокоуровневый язык программирования — язык программирования, разработанный для быстроты и удобства использования программистом. Основная черта высокоуровневых языков — это абстракция, то есть введение смысловых конструкций, кратко описывающих такие структуры данных и операции над ними описания которых на машинном коде (или другом низкоуровневом языке программирования) очень длинны и сложны для понимания.

Высокоуровневые языки программирования были разработаны для платформенной независимости сути алгоритмов. Зависимость от платформы перекладывается на инструментальные программы — трансляторы, компилирующие текст, написанный на языке высокого уровня, в элементарные машинные команды (инструкции). Поэтому, для каждой платформы разрабатывается платформенно-уникальный транслятор для каждого высокоуровневого языка, например, переводящий текст, написанный на Delphi в элементарные команды микропроцессоров семейства x86.

Так, высокоуровневые языки стремятся не только облегчить решение сложных программных задач, но и упростить портирование программного обеспечения. Использование разнообразных трансляторов и интерпретаторов обеспечивает связь программ, написанных при помощи языков высокого уровня, с различными операционными системами программируемыми устройствами и оборудованием, и, в идеале, не требует модификации исходного кода (текста, написанного на высокоуровневом языке) для любой платформы.

Такого рода оторванность высокоуровневых языков от аппаратной реализации компьютера помимо множества плюсов имеет и минусы. В частности, она не позволяет создавать простые и точные инструкции к используемому оборудованию. Программы, написанные на языках высокого уровня, проще для понимания программистом, но менее эффективны, чем их аналоги, создаваемые при помощи низкоуровневых языков. Одним из следствий этого стало добавление поддержки того или иного языка низкого уровня (язык ассемблера) в ряд современных профессиональных высокоуровневых языков программирования.

Примеры: C++, C#, Java, JavaScript, Python, PHP, Ruby, Perl, Паскаль, Delphi, Лисп. Языкам высокого уровня свойственно умение работать с комплексными структурами данных. В большинстве из них интегрирована поддержка строковых типов, объектов, операций файлового ввода-вывода и т. п.






Первым языком программирования высокого уровня считается компьютерный язык Plankalkül, разработанный немецким инженером Конрадом Цузе ещё в период 1942—1946 годах. Однако транслятора для него не существовало до 2000 года. Первым в мире транслятором языка высокого уровня является ПП (Программирующая Программа), он же ПП-1, успешно испытанный в 1954 году.

Транслятор ПП-2 (1955 год, 4-й в мире транслятор) уже был оптимизирующим и содержал собственный загрузчик и отладчик, библиотеку стандартных процедур, а транслятор ПП для ЭВМ Стрела-4 уже содержал и компоновщик (linker) из модулей. Однако, широкое применение высокоуровневых языков началось с возникновением Фортрана и созданием компилятора для этого языка (1957).












Переносимость программ.
Распространено мнение, что программы на языках высокого уровня можно написать один раз и потом использовать на компьютере любого типа. В действительности же это верно только для тех программ, которые мало взаимодействуют с операционной системой, например, выполняют какие-либо вычисления или обработку данных. Большинство же интерактивных (а тем более мультимедийных) программ обращаются к системным вызовам, которые сильно различаются в зависимости от операционной системы. Например, для отображения графики на экране компьютера программы под Microsoft Windows используют функции Windows API, которые отличаются от используемых в системах, поддерживающих стандарт POSIX. Чаще всего для этих целей в них используется программный интерфейс X-сервера.

К настоящему времени создан целый ряд программных библиотек (например, библиотека Qt или wxWidgets), скрывающих несоответствия системных вызовов различных операционных систем от прикладных программ. Однако такие библиотеки, как правило, не позволяют полностью использовать все возможности конкретных операционных систем.





Низкоуровневый язык программирования.
Низкоуровневый язык программирования — язык программирования, близкий к программированию непосредственно в машинных кодах используемого реального или виртуального (например, Java, Microsoft .NET) процессора. Для обозначения машинных команд обычно применяется мнемоническое обозначение. Это позволяет запоминать команды не в виде последовательности двоичных нулей и единиц, а в виде осмысленных сокращений слов человеческого языка (обычно английских).

Иногда одно мнемоническое обозначение соответствует целой группе машинных команд, выполняющих одинаковое действие над разными ячейками памяти процессора. Кроме машинных команд языки программирования низкого уровня могут предоставлять дополнительные возможности, такие как макроопределения (макросы). При помощи директив есть возможность управлять процессом трансляции машинных кодов, предоставляя возможность заносить константы и литеральные строки, резервировать память под переменные и размещать исполняемый код по определенным адресам. Часто эти языки позволяют работать вместо конкретных ячеек памяти с переменными.

Как правило, использует особенности конкретного семейства процессоров. Общеизвестный пример низкоуровнего языка — язык ассемблера, хотя правильнее говорить о группе языков ассемблера. Более того, для одного и того же процессора существует несколько видов языка ассемблера. Они совпадают в машинных командах, но различаются набором дополнительных функций (директив и макросов).

Также к языкам низкого уровня условно можно причислить CIL, применяемый в платформе Microsoft .NET, Форт, Байт-код Java.















Понятия Транслятора и Компилятора.

Транслятор — программа или техническое средство, выполняющее трансляцию программы.

Транслятор обычно выполняет также диагностику ошибок, формирует словари идентификаторов, выдаёт для печати текста программы и т. д.

Язык, на котором представлена входная программа, называется исходным языком, а сама программа — исходным кодом. Выходной язык называется целевым языком или объектным кодом.

В общем случае, понятие трансляции относится не только к языкам программирования, но и к другим языкам — как формальным компьютерным (вроде языков разметки типа HTML), так и естественным (русскому, английскому и т. п.)

Трансляторы подразделяют:
• Диалоговый. Обеспечивает использование языка программирования в режиме разделения времени.
• Синтаксически-ориентированный (синтаксически-управляемый). Получает на вход описание синтаксиса и семантики языка и текст на описанном языке, который и транслируется в соответствии с заданным описанием.
• Однопроходной. Формирует объектный модуль за один последовательный просмотр исходной программы.
• Многопроходной. Формирует объектный модуль за несколько просмотров исходной программы.
• Оптимизирующий. Выполняет оптимизацию кода в создаваемом объектном модуле.
• Тестовый. Набор макрокоманд языка ассемблера, позволяющих задавать различные отладочные процедуры в программах, составленных на языке ассемблера.
• Обратный. Для программы в машинном коде выдаёт эквивалентную программу на каком-либо языке программирования (см.: дизассемблер, декомпилятор).

Цель трансляции — преобразовать текст с одного языка на другой, который понятен адресату текста. В случае программ-трансляторов, адресатом является техническое устройство (процессор) или программа-интерпретатор.



Компилятор — программа, выполняющая компиляцию.

Виды Компиляторов:
• Векторизующий. Транслирует исходный код в машинный код компьютеров, оснащённых векторным процессором.
• Гибкий. Сконструирован по модульному принципу, управляется таблицами и запрограммирован на языке высокого уровня или реализован с помощью компилятора компиляторов.
• Диалоговый. См.: диалоговый транслятор.
• Инкрементальный. Повторно транслирует фрагменты программы и дополнения к ней без перекомпиляции всей программы.
• Интерпретирующий (пошаговый). Последовательно выполняет независимую компиляцию каждого отдельного оператора (команды) исходной программы.
• Компилятор компиляторов. Транслятор, воспринимающий формальное описание языка программирования и генерирующий компилятор для этого языка.
• Отладочный. Устраняет отдельные виды синтаксических ошибок.
• Резидентный. Постоянно находится в оперативной памяти и доступен для повторного использования многими задачами.
• Самокомпилируемый. Написан на том же языке, с которого осуществляется трансляция.
• Универсальный. Основан на формальном описании синтаксиса и семантики входного языка. Составными частями такого компилятора являются: ядро, синтаксический и семантический загрузчики.



















Список используемой литературы:
1.