Конспект урока на тему «Информатика и информация»
|
Скачать 2.44 Mb.
|
Тема №6. Языки программированияЦель: дать основное понятие поколений языков программирования, определить грамматику языков программирования. 6.1 Обзор языков программирования.6.1.1.Поколения языков программирования. 6.1.2. Языки программирования высокого уровня 6.1.3 Языки программирования баз данных 6.1.4 Языки программирования для Интернета 6.1.5 Языки моделирования6.2 Грамматика языков программирования 6.1.1 Поколения языков программированияЯзыки 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». 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 родились 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) значительное число специалистов из некомпьютерных областей. 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 обычно 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. 6.1.2 Языки программирования высокого уровня Fortran (Фортран). Это первый компилируемый язык, созданный Джимом Бэкусом 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 кончая пакетами управления спутниками, поэтому Фортран продолжает активно использоваться во многих организациях, а сейчас ведутся работы над очередным стандартом Фортрана F2k, который появится в 2000 году. 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 активно эксплуатируются и сегодня. Достаточно сказать, что наибольшую зарплату в США получают программисты на Коболе. Algol (Алгол). Компилируемый язык, созданный в 1960 году. Он был призван заменить Фортран, но из-за более сложной структуры не получил широкого распространения. В1968 году 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 основоположником множества идей современного программирования Никлаусом Виртом, 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, сад»,-ное Бьярном Страуструпом в 1980 году. Множество новых мощных возможности позволивших резко повысить производительность программистов, наложилось унаследованную от языка Си определенную низкоуровневость, в результате чего создание сложных и надежных программ потребовало от разработчиков высокого уровня профессиональной подготовки. Java (Джава, 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 особенности 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. Благодаря наличию множества Java-машин программы на Java можно переносить не только на уровне исходных текстов, но и на уровне двоичного байт-кода, поэтому по популярности язь» Ява сегодня занимает второе место в мире после Бейсика. Особое внимание в развитии этого языка уделяется двум направлениям: поддержке всевозможных мобильных устройств и микрокомпьютеров, встраиваемых в бытовую технику (технология Jini) и созданию платформно-независимых программных модулей, способных работать на серверах в глобальных и локальных сетях с различными операционными системами (технология Java Beans). Пока основной недостаток этого языка — невысокое быстродействие, так как язык Ява интерпретируемый. 6.1.3 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: • создание/модификация свойств/удаление таблиц в базе данных; • поиск, отбор, сортировка информации по запросам пользователей; • добавление новых записей; • модификация существующих записей; • удаление существующих записей. 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 в каждой СУБД помимо поддержки языка SQL имеется также 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 J (OB2), 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. В Oracle имеется встроенный язык PL/SQL, в Informix - INFORMIX 4GL, в Adabas - Natural и т. д. 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 не совместимые версии языков семейства dBase реализованы в продуктах Visual FoxPro фирмы Microsoft и Visual dBase фирмы Inprise. 6.1.4 Языки программирования для Интернета С активным развитием глобальной сети было создано немало реализаций 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. Tcl/Tk. В конце 80-х годов Джон Аустираут придумал популярный скрипт-язык Tel и библиотеку Тк. В Tel он попытался воплотить видение идеального скрипт-языка. Tel ориентирован на автоматизацию рутинных процессов и состоит из мощных команд, предназначенных для работы с абстрактными нетипизированными объектами. Он независим от типа системы и при этом позволяет создавать программы с графическим интерфейсом. VRML. В 1994 году был создан язык VRML для организации виртуальных трехмерных интерфейсов в Интернете. Он позволяет описывать в текстовом виде различные трехмерные сцены, освещение и тени, текстуры, создавать свои миры, путешествовать по ним, «облетать» со всех сторон, вращать в любых направлениях, масштабировать, регулировать освещенность и т. д. 6.1.5 Языки моделированияПри создании программ и формировании структур баз данных нередко применяются формальные способы их представления - формальные нотации, с помощью которых можно визуально представить (изобразить с помощью мыши) 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 активу применяются нотации IDEF, а в последнее время все большую популярность завоевывает язык графического моделирования UML. 6.1.6 Прочие языки программированияPL/J (ПЛ/1). В середине 60-х годов компания IBM решила взять все лучшее из языков Фортран, Кобол и Алгол. В результате в 1964 году на свет появился новый компилируемый язык программирования, который получил название Programming Language One. В этом языке было реализовано множество уникальных решений, полезность которых удается оценить только спустя 33 года, в эпоху крупных программных систем. По своим возможностям ПЛ/1 значительно мощнее многих других языков (Си, Паскаля). Например, в ПЛ/1 присутствует уникальная возможность указания точности вычислений — ее нет даже у Си++ и Явы. Этот язык и сегодня продолжает поддерживаться компанией IBM. Smalltalk (Смолток). Работа над этим языком началась в 1970 году в исследовательской лаборатории корпорации XEROX, а закончились спустя 10 лет, воплотившись в окончательном варианте интерпретатора SMALLTALK-80. Данный язык оригинален тем, что его синтаксис очень компактен и базируется исключительно на понятии объекта. В этом языке отсутствуют операторы или данные. Все, что входит в Смолток, является объектами, а сами объекты общаются друг с другом исключительно с помощью сообщений (например, появление выражения 1+1 вызывает посылку объекту I сообщения «+», то есть «прибавить», с параметром 1, который считается не числом-константой, а тоже объектом). Больше никаких управляющих структур, за исключением «оператора» ветвления (на самом деле функции, принадлежащей стандартному объекту), в языке нет, хотя их можно очень просто смоделировать. Сегодня версия VisualAge for Smalltalk активно развивается компанией IBM. LISP (Лисп). Интерпретируемый язык программирования, созданный в 1960 году Джоном Маккарти. Ориентирован на структуру данных в форме списка и позволяет организовывать эффективную обработку больших объемов текстовой информации. Prolog (Пролог). Создан в начале 70-х годов Аланом Колмероэ. Программа на этом языке, в основу которого положена математическая модель теории исчисления предикатов, строится из последовательности фактов и правил, а затем формулируется утверждение, которое Пролог будет пытаться доказать с помощью введенных правил. Человек только описывает структуру задачи, а внутренний «мотор» Пролога сам ищет решение с помощью методов поиска и сопоставления. Ada (Ада). Назван по имени леди Августы Ады Байрон, дочери английского поэта Байрона и его отдаленной родственницы Анабеллы Милбэнк. В 1980 году сотни экспертов Министерства обороны США отобрали из 17 вариантов именно этот язык, разработанный небольшой группой под руководством Жана Ишбиа. Он удовлетворил на то время все требования Пентагона, а к сегодняшнему дню в его развитие вложены десятки миллиардов долларов. Структура самого языка похожа на Паскаль. В нем имеются средства строгого разграничения доступа к различным уровням спецификаций, доведена до предела мощность управляющих конструкций. Forth (Форт). Результат попытки Чарльза Мура в 70-х годах создать язык, обладающий мощными средствами программирования, который можно эффективно реализованным на компьютерах с небольшими объемами памяти, а компилятор мог бы выдавать очень быстрый и компактный код — то есть служил заменой ассемблеру. Однако сложности восприятия программного текста, записанного в непривычной форме, сильно затрудняли поиск ошибок, и с появлением Си язык Форт оказался забытым. 6.2 Грамматика языков программирования Языки программирования – это языки специально созданные для общения человека с компьютером. Каждый язык программирования имеет алфавит, словарный запас, свои грамматику и синтаксис, а также семантику. Алфавит - это фиксированный для данного языка набор основных символов, допускаемых для составления текста программы на этом языке. Синтаксис – система правил, определяющих допустимые конструкции языка программирования из букв алфавита. Семантика – это система правил однозначного толкования отдельных языковых конструкций, позволяющих воспроизвести процесс обработки данных. При описании языка и его применении используют понятия языка. Понятие подразумевает некоторую синтаксическую конструкцию и определяемые ею свойства программных объектов или процесса обработки данных. Взаимодействие синтаксических и семантических правил определяют те или иные понятия языка, например, операторы, идентификаторы, переменные, функции и процедуры, модули и т.д. Описанию грамматики языка предшествует описание его алфавита. Алфавит любого языка состоит из фиксированного набора символов. Большинство языков программирования в своем алфавите содержат следующие элементы: <�буква> - AaBbCcDdEeFf и т.д. <�цифра> - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 <�знак арифметической операции> - * / - + <�разделитель> - . , ; () [] {} ’ : = <�служебное слово> - begin end if then else for next Оператор - одно из ведущих понятий языков программирования. Каждый оператор представляет собой законченную фразу языка и определяет однозначно трактуемый этап обработки данных. В соответствии с теорией алгоритмов выделяют основные (базисные) операторы языка: присвоения, условный и безусловный переход, пустой оператор. К производным, не основным, относят составной оператор, оператор выбора, оператор цикла и оператор присоединения. Большая часть операторов ведет обработку величин. Величины могут быть постоянными и переменными. Значения постоянных величин не изменяются в ходе выполнения программы. Величина характеризуется типом, именем и значением. Наиболее распространенные типы величин – числовые (целые и вещественные), символьные и логические. Тип величины определяется ее значением. Описания или объявление программных объектов связаны с правилами обработки данных. Данные бывают разные и необходимо для каждого из них определить его свойства. Например, если в качестве данных выступает массив, то необходимо задать его размерность, границы индексов, тип элементов массива. Особый интерес представляют в языках программирования описания нестандартных структур данных, таких как запись, файл, объект, список, дерево и т.п. Целый – integer Вещественный - real Логический - Boolean Символьный - char Строковый - string Массив - array Множество - set Файл - file Запись - record Объект - object Переменная – это программный объект, способный принимать некоторое значение с помощью оператора присваивания. В ходе выполнения программы значения переменной могут неоднократно изменяться. Функция – это программный объект, задающий вычислительную процедуру определения значения, зависимого от некоторых аргументов. Вводится в языки программирования для задания программистам необходимых ему функциональных зависимостей. Выражения строятся из величин – постоянных и переменных, функций, скобок, знаков операций и т.д. Выражение имеет определенный тип, определяемый типом принимаемых в итоге его вычисления значений. Процедура – это программный объект, представляющий некоторый самостоятельный этап обработки данных. По сути , процедуры явились приемниками подпрограмм, которые были введены для облегчения разработки программ еще на самых ранних стадиях формирования алгоритмических языков. Процедура имеет входные выходные параметры, называемые формальными. При использовании процедуры формальные параметры заменяются на фактические. Модуль (Unit) - это специальная программная единица, предназначенная для создания библиотек и разделения больших программ на логически связанные блоки. По сути, модуль – это набор констант, типов данных, переменных, процедур и функций. В состав модуля входят разделы: заголовок, интерфейс, реализация, инициализация. Заголовок необходим для ссылок на модуль. Интерфейс содержит объявления, включая процедуры и функции. Раздел «реализация» содержит тела процедур и функций, перечисленных в интерфейсной части. Раздел «инициализация» содержит операторы, необходимые для инициализации модуля. Каждый модуль компилируется отдельно, и каждый элемент модуля можно использовать в программе без дополнительного объявления. Вопросы для самоконтроля
Рекомендуемая литература:
|
Похожие:
 |
Методическая разработка открытого урока по дисциплине «Информатика и икт» Информатика – это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их... |
 |
Конспект урока по схм тема урока: Сепаратор зернового вороха ... |
|
Разработка урока с применением инновационных технологий на тему:... Внедрение фгос основано на компетентностном подходе к обучению. Поэтому в процессе урока мастеру необходимо использовать различные... |
|
План урока по трудовому обучению Тема урока Тема урока: Назначение, принцип действия и устройство сверлильного станка. Правила безопасной работы. От |
|
Конспект урока производственного обучения Тема: Техническое обслуживание автомобилей Цель занятия: сформировать у учащихся основные понятия по техническому обслуживанию систем смазки автомобильных двигателей |
|
Конспект урока раздел: Элементы машиноведения. Тема урока: Универсальная... Тема урока: Универсальная швейная машина с электроприводом. Специальные и специализированные швейные машины, их технологическое назначение,... |
|
План конспект урока Профессия: 15. 01. 05 Сварщик (электросварочные... Тема: Основные дефекты труб, баллонов, деталей машин и механизмов. Технология наплавки дефектов труб |
|
Методические рекомендации по проведению урока на тему «Моя будущая профессия» Государственное бюджетное учреждение дополнительного профессионального образования Санкт-Петербургская академия постдипломного педагогического... |
|
План-конспект урока технологии в 8 классе по теме: «бытовые электронагревательные приборы» Образовательная: расширить знания учащихся об электронагревательных приборах, их устройстве, назначении, правилах безопасной работы;... |
|
Информатика Информатика: Учебник / Под ред проф. Н. В. Макаровой М.: Финансы и статистика -2006. 768 с |
|
Методическая разработка библиотечного урока. Тема: в мире профессий Цель урока: Профориентация обучающихся, знакомство с профессиями, которым обучают в техникуме |
|
Московский образовательный комплекс имени В. Талалихина методическая... Разработка урока предназначена для проведения уроков производственного обучения по программе пм 02 Приготовление блюд и гарниров... |
|
Технические средства автоматизации конспект лекций Конспект лекций предназначен для студентов дневной, вечерней, заочной и дистанционной форм обучения по специальности 220301 «Автоматизация... |
|
Методические указания по расчету показателей экономической эффективности... «Прикладная информатика (в экономике)» и могут быть использованы для обоснования целесообразности автоматизации или совершенствования... |
|
Конспект для проведения технических занятий на тему: Переезды. Классификация... Согласно птэ железнодорожные переезды (далее переезды) в зависимости от интенсивности движения железнодорожного и автомобильного... |
|
Методические рекомендации По организации внеаудиторной самостоятельной... «Информатика» разработаны в соответствии с Федеральными государственными образовательными стандартами среднего профессионального... |