Языки программирования история

ЧАСТЬ 1. История возникновения программирования. Основные принципы и подходы при создании языков программирования

1.1 Начало истории программирования

С глубокой древности известны попытки создать устройства, ускоряющие и облегчающие процесс вычислений. Еще древние греки и римляне применяли приспособление, подобное счетам, — абак. Такие устройства были известны и в странах Древнего Востока. В XV в. немецкие ученые В. Шиккард (1623), Г.Лейбниц (1673) и французский ученый Б. Паскаль (1642) создали механические вычислительные устройства — предшественники всем известного арифмометра. Вычислительные машины совершенствовались в течении нескольких веков. Но при этом не применялось понятие «программа и программирование».

В начале XIX в. (1830) английский ученый, профессор математики Кэмбриджского университета Чарльз Бэббидж, анализируя результаты обработки переписи населения во Франции, теоретически исследовал процесс выполнения вычислений и обосновал основы архитектуры вычислительной машины. Работая над проектом аналитической машины — «Машины для исчисления разностей», Ч. Бэббидж предсказал многие идеи и принципы организации и работы современных ЭВМ, в частности принцип программного управления и запоминаемой программы. Общая увлеченность наукой дала ученому и Аде Лавлейс (1815—1852) долгие годы плодотворного сотрудничества. В 1843 г. она перевела статью Менабреа по лекциям

Ч. Бэббиджа, где в виде подробных комментариев (по объему они превосходили основной текст) сформулировала главные принципы программирования аналитической машины. Она разработала первую программу (1843) для машины Бэббиджа, убедила его в необходимости использования в изобретении двоичной системы счисления вместо десятичной, разработала принципы программирования, предусматривающие повторение одной и той же последовательности команд при определенных условиях. Именно она предложила термины «рабочая ячейка» и «цикл».

А. Лавлейс составила первые программы для решения системы двух уравнений и вычисления чисел Бернулли по довольно сложному алгоритму и предположила, что со временем аналитическая машина будет сочинять музыкальные произведения, рисовать картины и использоваться в практической и научной деятельности. Время подтвердило ее правоту и точность прогнозов. Своими работами А. Лавлейс заложила теоретические основы программирования и по праву считается первым в мире программистом и основоположником научного программирования.

В 1854 г. английский математик Джордж Буль опубликовал книгу «Законы мышления», в которой развил алгебру высказываний —Булеву алгебру. На ее основе в начале 80-х гг. XIX в. построена теория релейно-контактных схем и конструирования сложных дискретных автоматов. Алгебра логики оказала многогранное влияние на развитие вычислительной техники, являясь инструментом разработки и анализа сложных схем, инструментом оптимизации большого числа логических элементов, из многих тысяч которых состоит современная ЭВМ.

Идеи Ч. Бэббиджа реализовал американский ученый Г. Холлерит, который с помощью построенной счетно-аналитической машины и перфокарт за три года обработал результаты переписи населения в США по состоянию на 1890г. В машине впервые было использовано электричество. В 1896 г. Холлеритом была основана фирма по выпуску вычислительных перфорационных машин и перфокарт.

В 1936 г. английский математик А. Тьюринг ввел понятие машины Тьюринга, как формального уточнения интуитивного понятия алгоритма. Ученый показал, что любой алгоритм в некотором смысле может быть реализован на машине Тьюринга, а следовательно, доказывал возможность построения универсальной ЭВМ. И та, и другая машины аналогично могут быть снабжены исходными данными решаемой задачи и программой ее решения. Машину Тьюринга можно считать как бы идеализированной моделью универсальной ЭВМ.

В 40-х гг. XX в. механическая элементная база вычислительных машин стала заменяться электрическими и электронными устройствами. Первые электромеханические машины были созданы в Германии К. Цузе (Ц-3, 1941г.) и в США под руководством профессора Гарвардского университета Г. Айкена (МАРК-1, 1944 г.). Первая электронная машина создана в США группой инженеров под руководством доктора Пенсильванского университета Дж. Мочли и аспиранта Дж. Экксрта (ЭНИАК — электронный числовой интегратор и калькулятор, 1946 г.). В 1949 г. в Англии была построена EDSAC — первая машина, обладающая автоматическим программным управлением, внутренним запоминающим устройством и другими необходимыми компонентами современных ЭВМ.

Логические схемы вычислительных машин были разработаны в конце 1940-х гг. Дж. фон Нейманом, Г. Гольдстайном и А. В. Берксом. Особый вклад в эту работу внес американский математик Джон фон Нейман, принимавший участие в создании ЭНИАК. Он предложил идею хранения команд управления и данных в машинной памяти и сформулировал основные принципы построения современных ЭВМ. ЭВМ с хранимой программой оказались более быстродействующими и гибкими, чем ранее созданные.

В 1951 г. в США было налажено первое серийное производство электронных машин УНИВАК (универсальная автоматическая вычислительная машина). В это же время фирма IBM начала серийный выпуск машины IBM/701.

В СССР первыми авторами ЭВМ, изобретенной в декабре 1948 г., являются И. С. Брук и Б. И. Рамеев. А первая советская ЭВМ с сохраняющейся программой создана в 1951 г. под руководством С. А Лебедева (МЭСМ — малая электронная счетная машина). В 1953 г. в Советском Союзе начался серийный выпуск машин, первыми их которых были БЭСМ-1, «Стрела».

С появлением цифровых программно-управляемых машин родилась новая область прикладной математики — программирование. Как область науки и профессия она возникла в 1950-х гг. Первоначально программы составлялись вручную на машинных языках (в машинных кодах). Программы были громоздки, их отладка — очень трудоемка. Для упрощения приемов и методов составления и отладки программ были созданы мнемокоды, по структуре близкие к машинному языку и использующие символьную адресацию. Ассемблеры переводили программу, записанную в мнемокоде, на машинный язык и, расширенные макрокомандами, используются и в настоящее время. Далее были созданы автокоды, которые можно применять на различных машинах, и позволившие обмениваться программами. Автокод — набор псевдокоманд для решения специализированных задач, например научных или инженерных. Для таких задач имеется развитая библиотека стандартных программ.

До конца 1950-х гг. ЭВМ основным элементом конструкции были электронные лампы (1-е поколение). В этот период развитие идеологии и техники программирования шло за счет достижений американских ученых Дж. фон Неймана, сформулировавшего основные принципы построения ЭВМ, и Дж. Бэкуса, под руководством которого в 1954 г. был создан Fortran (Formula Translation) — первый язык программирования высокого уровня, используемый до настоящего времени в разных модификациях. Так, в 1965 г. в Дартмутском колледже Д. Кэмэни и Т. Куртцем была разработана упрощенная версия Фортрана — Basic. В 1966 г. комиссия при Американской ассоциации стандартов (ASA) разработала два стандарта языка: Фортран и Базисный Фортран. Используются также дальнейшие модификации языка (например 1970, 1990 гг.).

Достижения в области электроники и микроэлектроники позволили заменить элементную базу ЭВМ на более совершенную. В конце 1950-х гг. громоздкие электронные лампы заменяют полупроводниками (миниатюрными транзисторами). Появляются ЭВМ II поколения; затем примерно через 10 лет — ЭВМ III поколения на интегральных схемах; еще через 10 лет — ЭВМ IV поколения на больших интегральных схемах (БИС). В Японии в 1990-х гг. реализованы проекты ЭВМ V поколения, в которых использованы достижения в области искусственного интеллекта и биоэлектроники.

Если объем оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) одной из лучших отечественных машин 1960-х гг. М-20, созданной под руководством С.А.Лебедева в 1958 г., имел 4096 слов (8 Кбайт) и быстродействие 20 тыс. операций в секунду, то современные персональные компьютеры характеризуются ОЗУ в десятки Мбайт и быстродействием в сотни миллионов операций в секунду, что позволяет решать сложнейшие задачи.

В 1953 г. А.А.Ляпуновым был предложен операторный метод программирования, который заключался в автоматизации программирования, а алгоритм решения задачи представлялся в виде совокупности операторов, образующих логическую схему задачи. Схемы позволяли расчленить громоздкий процесс составления программы, части которой составлялись по формальным правилам, а затем объединялись в целое. Для проверки идей операторного метода в СССР в 1954 г. была разработана первая программирующая программа ПП-1, а в 1955 г. более совершенная — ПП-2. В 1956 г. разработана ПП БЭСМ, в 1957 г. — ППСВ, в 1958 г. — для машины «Стрела».

В США в 1954 г. стал применяться алгебраический подход, совпадающий, по существу, с операторным методом. В 1956 г. корпорацией IBM разработана универсальная ПП Фортран для автоматического программирования на ЭВМ IBM/704.

В этот период по мере накопления опыта и теоретического осмысления совершенствовались языки программирования. В 1958—1960 гг. в Европе был создан ALGOL, который породил целую серию алголоподобных языков: Algol W, (1967), Algol 68, Pascal (Н. Вирт, 1970 г.), С (Д. Ритчи и Б. Керниган, 1972 г.), Ada (под руководством Ж. Ишбиа, 1979 г.), C++ (1983).
В 1961-1962 гг. Дж. Маккарти в Массачусетском технологическом институте был создан язык функционального программирования Lisp, открывший в программировании одно из альтернативных направлений, предложенных Дж. фон Нейманом.

На начало 1970-х гг. существовало более 700 языков высокого уровня и около 300 трансляторов для автоматизации программирования.

1.2 Структурное и модульное программирование

В 1965 г. итальянцы Бом и Джакопини предложили использовать в качестве базовых алгоритмических элементов следование, ветвление и цикл. Почти в то же время к аналогичным выводам пришел голландский ученый Э. Дийкстра, заложивший основы структурного программирования. В 1970-х гг. эта методология оформилась, и корпорация IBM сообщила о применении в разработке программного обеспечения «Усовершенствованных методов программирования», одним из компонентов которых являлась технология нисходящего структурного программирования, основу которого составляет следующее:

  • сложная задача разбивается на простые, функционально управляемые задачи, каждая задача имеет один вход и один выход; управляющий поток программы состоит из совокупности элементарных функциональных подзадач;

  • управляющие структуры просты, т. е. логическая задача должна состоять из минимальной, функционально полной совокупности достаточно простых управляющих структур;

  • программа разрабатывается поэтапно, на каждом этапе решается ограниченное число точно поставленных задач.

Четко сформулированные основы нисходящей разработки, структурного кодирования и сквозного контроля позволяли перейти к промышленным методам разработки программного обеспечения.

Развитие получило модульное программирование, основа которого заключается в следующем:

* функциональная декомпозиция (разбиение) задачи на самостоятельные подзадачи — модули, связанные только входными и выходными данными;

* модуль представляет собой «черный ящик», позволяющий разрабатывать части программ одного проекта на разных языках программирования, а затем с помощью компоновочных средств объединять их в единый загрузочный модуль;

* должно быть ясное понимание назначения всех модулей задачи и их оптимального сочетания;

* с помощью комментариев должно описываться назначение всех переменных модуля.

В период 1970—1980-х гг. развитие теоретических исследований оформило программирование как самостоятельную научную дисциплину, занимающуюся методами разработки программного обеспечения (ПО).

В истории развития промышленного программирования большую роль сыграл программист и бизнесмен Билл Гейтс (Gates William Henry, p. в 1955 г.). Гейтс и его школьный товарищ Пол Аллен основали компанию по анализу уличного движения «Трэф-О-Дейта» и использовали для обработки данных компьютеры с микропроцессором 8008 — первым из знаменитого ряда микропроцессоров компании «Intel». Будучи студентом Гарвардского университета, в 1975 г. он совместно с Алленом написал для компьютера Altair (фирмы M1TS) интерпретатор – программу переводчик с языка программирования на язык машинных кодов.

Профессиональное программирование вышло на уровень технологии.

Методы разработки ПО синтезируют:

* методы инженерных расчетов для оценки затрат и выбора решений;

* математические методы для составления алгоритмов;

* методы управления для определения требований к системе, учета ситуаций, организации работ и прогнозирования.

Образование

История развития языков программирования: кратко обо всем

18 июля 2011

Программирование – трудоемкий и сложный процесс, постичь который под силу не каждому. Машинный язык состоит из множества алгоритмов и машинных кодов. И сегодняшние компьютеры являются таким совершенным оборудованием благодаря тому, что запрограммированы.

И не была бы так успешна история развития программного обеспечения, если бы не был придуман специальный язык для машин, переводящих символические ключевые слова в машинные коды. Рассмотрим, как же складывалась история развития языков программирования.

Первые автокоды появились в 1955 году усилиями разработчиков компании IBM под руководством инженера Джона Бэкуса. Это был язык высокого уровня, названный Фортран, не набор разрозненных простых команд, а организация более крупных кодов, которые стали называться операторами, или же алгоритмическими языками. Для их перевода на машинный автокод были изобретены трансляторы, которые преобразуют алгоритмы и делают его понятным для электронно-вычислительной машины. Происходит это двумя способами: интерпретационным и компиляционным. Благодаря простоте версии Фортран быстро входили в употребление, и последняя из них и сегодня является одной из самых популярных языков программирования ЭВМ.

Однако, это не единственный автокод для машин. История развития языков программирования продолжается созданием алгоритмов Алгол, которые применяются в основном в ученой среде и имеют в составе большое количество новых понятий. Происходит это событие в 1960 году. А чуть позже пытливые сотрудники компании IBM придумали язык Кобол, ориентированный на использование в бизнес среде и используемый для обработки сложной и объемной информации экономического характера.

История развития языков программирования продолжается профессорами колледжа в Дартсмуте Т. Куртцем и Дж. Кемени, которые разработали общеизвестный Бейсик. Он намного проще, чем Фортран, и поэтому использовался в персональных компьютерах. Он произвел эффект взрыва, став основным набором автокодов программирования, и сделав компьютеры достоянием самых обычных пользователей.

Простота использования и возможности диалогового общения — это самые главные преимущества языка Бейсик. К недостаткам же относится отсутствие ограничения на составление программ, что очень часто запутывает их и делает логически непонятными. Программы, составленные с помощью Бейсик, имеют замедленный характер, потому что в их основе лежат не компиляторы, а интерпретаторы.

Сегодня ученые продолжают работать над его усовершенствованием и стараются приблизить к программе Паскаль, которым далее ознаменовалась история развития языков программирования. Его создателем, по праву, считается профессор Цюрихского политехнического университета Никлаус Вирт. А название своему изобретению он дал в честь Паскаля, являющегося первым конструктором самой первой вычислительной машины. Это один из самых легких и доступных программных языков, позволяющий писать ясные и понятные программы.

История развития программирования была бы неполной без языка Ада, названного в честь первой женщины программистки Ады Лавлейс, дочери всем известного пота Джорджа Байрона. Он представляет собой более усовершенствованный и универсальный язык программирования, составленный на основе Паскаль.

История развития программного обеспечения имеет в своем арсенале еще много программных языков, которые написаны для специальных областей применения. Например, в моделировании применяются Симул, Симкрит и GPSS. Для управления аппаратурой используется язык ФОРТ. Системные программы пишутся языком СИ. Базы данных создаются языком Кодасил. Для обучения программированию удобны Лого, Робик и алгоритмический язык А.П. Ершова.

История развития программирования до конца еще не написана и вряд ли это произойдет в ближайшем будущем.

>Эволюция языков программирования

Рассмотрим основные этапы в истории языков программирования и коснемся отдельных языков, сыгравших ключевую роль в развитии программирования.

Языки программирования низкого уровня

Язык программирования, ориентированный на конкретный тип процессора, и, операторы которого близки к машинному коду, называется языком программирования низкого уровня.

Термин «низкий уровень» не обозначает плохое качество языка, таким образом подчеркивается его неразрывная связь с аппаратной частью компьютера.

Машинный язык.

Первые ЭВМ появились в 1940-х годах и программировались с помощью машинных языков. Машинный код состоял из последовательностей нулей и единиц. Каждая элементарная операция имела свой код, необходимо было явно указывать адреса ячеек памяти, в которых хранились данные, или куда их необходимо было сохранять. Такой подход содержал ряд неудобств, основными среди которых являлись:

  • программа была машинно-зависимой, т. к. различные типы процессоров отличались друг от друга архитектурой и системой команд;
  • чтение программы, а также изменение, отладка и поиск ошибок в ней вызывали огромные трудности.

Ассемблер.

В начале 1950-х годов была осуществлена идея использования символьных имен вместо адресов данных и замены цифровых кодов операций на мнемонические (словесные) обозначения. Язык программирования, реализующий данный подход, получил название Ассемблер (от англ. assembler — сборщик).

Программа, записанная на Ассемблере, не может обрабатываться непосредственно процессором. Возникла необходимость преобразования текста программы, записанной на данном языке, в машинный код. Для решения этой задачи были созданы трансляторы.

Транслятор — это программа, преобразующая текст, представленный на одном из языков программирования, в эквивалентную программу на машинном языке.

Использование символьных имен вместо числовых кодов операций и адресов данных существенно упростило процесс программирования, однако, по-прежнему сохранялась зависимость программы от типа процессора.

Необходимо отметить, что во многих сегодняшних задачах, где качество машинного кода ставится выше удобства программирования (например, при разработке ядра операционной системы), по-прежнему используется Ассемблер.

Языки программирования высокого уровня

Дальнейшая эволюция языков программирования привела к появлению языков высокого уровня, что позволило отвлечься от системы команд конкретного типа процессора. Ниже приведена диаграмма важнейших первых языков (источник: Б. Страуструп «Программирование: принципы и практика использования С++»)

Важное значение для развития высокоуровневых языков программирования имела разработка во второй половине 1950-х годов трех языков – Fortran, COBOL, Lisp. Философия, стоящая за этими языками, заключается в создании высокоуровневой системы обозначений, облегчающей программисту написание программ.

Язык программирования Fortran

Fortran (Formula Translation — трансляция формул) — был разработан в 1956 году сотрудниками компании IВM под руководством Джона Бэкуса. Появление Fortran — одно из наиболее значительных событий в истории языков программирования.

Fortran предназначался для научных вычислений. Он обладал достаточно машинно-независимой системой команд: код на языке Fortran можно было переносить из одного компьютера в другой с минимальными изменениями, что явилось огромным достижением для своего времени. По этим причинам Fortran считается первым высокоуровневым языком программирования.

Язык программирования COBOL

COBOL (Common Business-Oriented Language — язык программирования для коммерческих и деловых задач) был разработан комитетом CODASYL в 1959-60 годах по инициативе Министерства обороны США и группы основных производителей компьютеров для обработки бизнес-данных.

Основной упор в этом языке был сделан на манипуляции данными: копирование, хранение и поиск, вывод на печать (отчеты).

Язык программирования Lisp.

Lisp (LISt Processing – обработка списков) был разработан в 1958 году Джоном Маккарти для обработки связанных списков и символьной информации.

Lisp был первым языком, не зависевшим от аппаратного обеспечения. В настоящее время существует множество диалектов языка. Это семейство языков нашло применение в области моделирования искусственного интеллекта.

Программирование >> Статьи

Как появились языки программирования?

Языки программирования создавались несколько десятков лет и работа эта была длительной, сложной и утомительной. По сути, машинный язык — это цепочка логично расположенных нулей и единиц, нарушение последовательности которой повлечет за собой остановку программы и сбой в работе компьютера и от развития машин зависели требования для программистов, создававших новые способы записи команд.

История языков программирования: Начало
Начало 40-х годов ознаменовано появлением первого языка для программ — ассамблера, включавшего в команду набор коротких слов или их аббревиатур. Ассамблер считается языком низкого уровня программирования, потому и назван машинно-ориентированным языком. Впрочем, программы, написанные на этом языке, отличаются эффективностью и работоспособностью. Какие программы были созданы и используются по сей день, расскажет ресурс http://pmbk.ru.
Языки высокого уровня: алгоритмические языки
Развитие технологий и внедрение новых типов цифровых устройств заставило программистов изобрести язык более высокого уровня с ориентиром написания на алгоритмы. Так появились дополнительные программы- трансляторы, которые запускали действие алгоритма. Известны два метода трансляции:
— Compilation или компиляция, когда инструкции вступают в активное действие после перевода всего пакета программы;
— Interpretation или интерпретация, при которой выполнение и перевод машинного языка осуществляется в синхронном порядке.
Особенностью таких программ являются: простота создания (написания кода), возможность корректировать при использовании, удобство при считывании.
Год 1954: структурное программирование
Миру стал известен первый компилятор языка программирования очень высокого уровня. Речь идет о Fortran, от английской аббревиатуры FORmula TRANslator. Разработка языка упростилась, но при составлении объемных программ язык становился практически не читаем, хотя и было выпущено много версий Fortran.
Пик развития языков программирования приходится именно на 50-60-е годы, тогда создаются несколько вариантов:
— Algol(1958 г.), созданный на основе обособленных блоков;
— Cobol(1959 г.) — язык бизнеса и управления, основа С+;
— Basic (1965 г.), известный программистам по сегодняшний день.
В 1970 году создается язык программирования, названный в честь ученого Б. Паскаля — Pascal. Создаваемые на этом языке программы читались легко, не возникало сложностей и при обучении. Простой, хорошо структурированный язык по прежнему пользуется популярностью среди начинающих программистов.
Несколько позднее, в 1972 году разрабатывается второй язык программирования — С, вместивший в себя достижения ранее созданных языков, нововведения, он становится едва ли не самым популярным среди пользователей и создателей программ.

Простой, хорошо структурированный, легкий в изучении язык С становится фаворитом среди других языков.

Объектно-ориентированное программирование (ООП): 1970 год
Идеология процедурного программирования для формально не связанных в обработке функций заставила разработчиков сесть за создание новой концепции составления языка. Основой понятий ООП стали:
— модель объекта, которого еще не существует;
— экземпляр класса;
— абстракция, придание характеристик объекту;
— инкапсуляция, когда объединяются свойства и методы, преследуя цель сокрытия данных;
— наследование;
— полиморфизм.
Первым языком был Симула, чуть позднее изобретен Smalltalk. В настоящее время такой тип программного языка поддерживают современные программы: Object Pascal (Delphi), C++, C#, Java.
Последовательность развития языков программирования зависит от внедрения новых инноваций, так после появления Интернет, стал необходим язык для доступа к ресурсам, сайтам. Технология World Wide Web (WWW) дала жизнь новым языкам, активно используемых до сих пор: Java, Perl, SQL, HTML, PHP, JavaScript.

Добавить комментарий

Закрыть меню