Языки научного программирования.

Теория.

Язык программирования- формализованный язык, предназначенный для описания программ и алгоритмов решения задач на ЭВМ. Языки программирования являются искусственными. В них синтаксис и семантика строго определены. Поэтому они не допускают свободного толкования выражения, что характерно для естественного языка. Языки программирования разделяются на две основные категории языки высокого уровня и языки низкого уровня :

• Язык высокого уровня [high-level language] - Язык программирования, средства которого обеспечивают описание задачи в наглядном, легко воспринимаемом виде, удобном для программиста. Он не зависит от внутренних машинных кодов ЭВМ любого типа, поэтому программы, написанные на языках высокого уровня, требуют перевода в машинные коды программами транслятора либо интерпретатора. К языкам высокого уровня относят Фортран , ПЛ/1 , Бейсик , Паскаль , Си , Ада и др.

• Язык низкого уровня , [low-level language ] - Язык программирования, предназначенный для определенного типа ЭВМ и отражающий его внутренний машинный код (см. ниже также “машинный язык “, “ машинно-ориентированный язык “ и “ язык ассемблера “).

Различают также следующие виды языков программирования:

• Алгоритмический язык [algorithmic language ] - Совокупность символов, соглашений и правил, используемых для однозначного описания алгоритмов и обычно являющаяся часть языка программирования ;

• Неалгоритмический язык [nonalgorithmic language] - Язык программирования, тексты которого не содержат указаний на порядок выполнения операций и служат лишь исходным материалом для синтеза алгоритма решения задачи;

• Формальный язык [formal language] – язык программирования, построенный по правилам некоторого логического исчисления или формальной грамматики [formal grammar ], представляющей собой систему правил построения в заданном алфавите конечных знаковых последовательностей, множество которых образует формальный язык;

• Исходный язык [source language] - язык программирования, на котором написана программа, в отличие от машинного языка, на котором программы выполняются компьютером. Исходные языки классифицируются на языки высокого уровня и языки низкого уровня .

• Машинный ( абсолютный ) язык , язык ЭВМ [computer (machine) language] - Язык программирования, предназначенный для представления программ в форме, обеспечивающей возможность их выполнения техническими средствами;

• Машинозависимый ( машинно-ориентированный ) язык , машинозависимый язык программирования [computer-sensitive (computer-oriented) language] - Язык программирования, учитывающий структуру и характеристики ЭВМ определенного типа или конкретной ЭВМ;

• Машиннонезависимый язык [machine-independent language] - Язык программирования, структура и средства которого не связаны ни с какой конкретной ЭВМ и позволяют выполнять составленные на нем программы на любой ЭВМ, снабженной трансляторами (см. ниже) с этого языка;

• Символический язык , язык символического кодирования [symbolic language] - Язык программирования, ориентированный на конкретные ЭВМ и основанный на кодировании машинных операций при помощи определенного набора символов;

• Гибридный ( комбинированный ) язык [hibrid language] - Язык программирования, использующий также средства другого языка;

• Графический язык [graphic language ] - Язык, предназначенный для написания программ машинной графики и пользования ими.

• Базовый язык [base language] –

• Машинный язык , общий для семейства ЭВМ;

• Язык программирования в СУБД с автономным языком .

• Общий язык [common language] - Машинный язык, общий для группы ЭВМ и используемых ими внешних устройств;

• Эталонный язык [reference language ] - Язык, являющийся основой для всех его конкретных версий, являющихся вариантами адаптации эталонного языка к определенным условиям применения и назначения;

• Язык ассемблера , ассемблер [assembler language ] - Универсальный язык программирования , относящийся к категории языков низкого уровня, структура которого определяется форматами команд, данными машинного языка и архитектурой ЭВМ. Используется программистами в тех случаях, когда невозможно применение языка высокого уровня или требуются эффективные программы в машинных кодах.

• Декларативный ( непроцедурный ) язык [declararative (nonprocedural) language] - Язык программирования, который позволяет задавать связи и отношения между объектами и величинами, но не определяет последовательность выполнения действий (например, языки Пролог , QBE);

• Императивный ( процедурный ) язык [imperative language] - Язык программирования, который позволяет в явной форме (при помощи задания выполняемых операторов) определять действия и порядок (последовательность) их выполнения;

• Язык функционального программирования , функциональный язык [functional language] - Декларативный язык программирования, основанный на понятии функций, которые задают зависимость, но не определяют порядок вычислений.

• Специализированный язык [special language] - Язык программирования, ориентированный на решение определенного круга задач;

• Язык описания страниц [PDL - Page Description Language] - Специализированный язык, предназначенный для печатающих устройств. Предусматривает возможность использования изображений в формате, независимом от параметров устройства отображения. Наиболее известным языком такого типа является PostScript.

• Автономный язык [freestanding language] - Специализированный язык высокого уровня, в замкнутых СУБД (“ СУБД с автономным языком “);

• Язык конструирования интерактивных технологий - В СУБД - язык, предназначенный для описания технологических процессов обработки данных с учетом разделения характера операций по их типам, а также обеспечения диалога с администратором системы;

• Язык манипулирования данными , ЯМД [DML - Data Manipulation Language] - В СУБД - язык, предназначенный для обращения к базе данных и выполнения поиска, чтения и модификации ее записей;

• Язык обработки списков [list language] - Специализированный язык, предназначенный для описания процессов обработки данных, представленных в виде списков объектов ;

• Язык описания данных [DDL - Data Description Language ] - Язык, предназначенный для описания “концептуальной схемы” базы данных ;

• Язык описания хранения данных [DSDL - Data Storage Description Language ] - Язык, предназначенный для описания физической структуры ( схемы ) базы данных ;

• Язык описания страниц [page description language] Система для кодировки документов, которая позволяет точно описать ее внешний вид после подготовки к выводу на печать или на дисплей. Примером использования такого языка служит PDF (Portable Document Format), разработанный Adobe для хранения и представления изображений страниц.

• Язык представления знаний [KRL - Knowledge Representation Language] - Декларативный или декларативно-процедурный язык, предназначенный для представления знаний в памяти ЭВМ (например, языки Лисп и Пролог );

• Язык публикаций [publication language ] - Язык, используемый для публикации алгоритмов и программ;

• Язык спецификаций [specification language] - Декларативный язык для задания спецификаций программ ;

• Проблемно-ориентированный язык [problem-oriented language] - Язык программирования, предназначенный для решения определенного класса задач (проблем);

• Процедурный ( процедурно-ориентированный ) язык [procedure-orinted language] - Проблемно-ориентированный язык, который облегчает выражение процедуры, как точного алгоритма;

• Язык реального времени [real-time language] - Язык, используемый для программирования задач, в которых критическим является время реакции ЭВМ на сигналы, требующие от нее немедленных действий (например, язык Ада );

• Язык управления пакетом [batch control language ] - Набор команд , директив , квалификаторов и правил их использования для управления пакетной обработкой данных;

• Язык управления заданиями [job-control language ] - Язык, на котором записывается последовательность команд, управляющих выполнением задания. В отличие от обычных языков программирования, в которых объектами описания являются элементы, связанные с решением отдельной задачи, в языках управления заданиями преобразуемыми объектами являются целые программы и выходные потоки данных, обработанных этими программами.

• Общесетевой командный язык [CNCL - Common Network - Command language ] - Стандартный в рамках вычислительной сети язык диалогового (интерактивного) поиска данных, предназначенный для унификации работы пользователей с неоднородными базами данных, управляемых различными СУБД ;

• Системный язык [system language ] - Язык общения оператора ЭВМ с вычислительной системой, представляющий собой совокупность команд оператора и сообщений системы;

• Язык общего назначения , универсальный язык [universal programming language] - Язык программирования, ориентированный на решение задач практически из любой области и объединяющий на единой методической основе наиболее существенные свойства и средства современных машино- и проблемноориентированных языков программирования (например, язык ассемблера , ПЛ/1 и др.);

• Язык ориентированный на пользователя [user-oriented language ] - Слабоформализованный язык программирования, близкий к естественному языку ;

• Язык меню [menu language ] - Язык диалога пользователя с системой, основанный на использовании меню .

Разработки и наименования языков программирования

• Ада [Ada] - Язык программирования высокого уровня, ориентированный на применение в системах реального времени и предназначенный для автоматизации задач управления процессами и/или устройствами, например, в бортовых (корабельных, авиационных и др.) ЭВМ. Разработан по инициативе министерства обороны США в 1980-х гг. Назван в честь английского математика Ады Августы Байрон ( Лавлейс), жившей в 1815-1851 гг.

• Алгол [ALGOL - ALGOrithmic Language] - Язык программирования высокого уровня, ориентированный на описание алгоритмов решения вычислительных задач. Был создан в 1958 г. специалистами западно-европейских стран для научных исследований. Версия этого языка Алгол-60 была принята Международной конференцией в Париже (1960 г.) и широко использовалась на ЭВМ 2-го поколения. Версия Алгол-68, разработанная группой специалистов Международной федерации по обработке информации ( ИФИП) в 1968 г., получила статус международного универсального языка программирования, ориентированного на решение не только вычислительных, но и информационных задач. Хотя в настоящее время Алгол практически не используется, он послужил основой или оказал существенное влияние на разработку более современных языков, например, Ада , Паскаль и др.

• Бейсик [BASIC - Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code] - Язык программирования высокого уровня , разработанный в 1963 - 1964 гг. в Дартмутском колледже Томасом Куртом и Джоном Кемени . Первоначально предназначался для обучения программированию. Отличается простотой, легко усваивается начинающими программистами благодаря наличию упрощенных конструкций языка Фортран и встроенных математических функций, алгоритмов и операторов. Существует множество различных версий Бейсика, которые не полностью совместимы друг с другом. Некоторые реализации Бейсика включают средства обработки данных и наборов данных. Большинство версий Бейсика используют интерпретатор, который преобразует его компоненты в машинный код и позволяет запускать программы без промежуточной трансляции. Некоторые более совершенные версии Бейсика позволяют использовать для этой цели трансляторы. На IBM PC широко используются Quick Basic фирмы Microsoft, Turbo Basic фирмы Borland и Power Basic (усовершенствованная версия Turbo Basic, распространяемая фирмой Spectra Publishing ). В начале 1999 г. фирма Microsoft выпустила версию языка Visual Basic 6.0 (VB 6.0), предназначенного для создания многокомпонентных программных приложений для систем уровня предприятий. Подробнее о нем см. [429].

• Кобол [COBOL - COmmon Buisiness-Oriented Language] - Язык программирования высокого уровня, разработанный в конце 1950-х гг. ассоциацией КАДАСИЛ для решения коммерческих и экономических задач. Отличается развитыми средствами работы с файлами. Поскольку команды программ, написанных на этом языке, активно используют обычную английскую лексику и синтаксис, Кобол рассматривается как один из самых простых языков программирования. В настоящее время используется для решения экономических, информационных и других задач.

• Лисп [LISP - LISt Processing] - Алгоритмический язык, разработанный в 1960 г. Дж. Маккарти и предназначенный для манипулирования перечнями элементов данных. Используется преимущественно в университетских лабораториях США для решения задач, связанных с искусственным интеллектом. В Европе для работ по искусственному интеллекту предпочитают использовать Пролог .

• ЛОГО [LOGO от греч. logos - слово ] - Язык программирования высокого уровня, разработан в Массачусетском технологическом институте в ориентировочно 1970 г. для целей обучения математическим понятиям. Используется также в школах и пользователями ПЭВМ при написании программ для создания чертежей на экране монитора и управления перьевым графопостроителем .

• Паскаль [PASCAL - акроним с французского - Program Applique a la Selection et la Compilation Automatique de la Litterature] - Процедурно-ориентированный язык программирования высокого уровня, разработанный в конце 1960-х гг. Никлаусом Виртом, первоначально для обучения программированию в университетах. Назван в честь французского математика XVII века Блеза Паскаля. В своей начальной версии Паскаль имел довольно ограниченные возможности, поскольку предназначался для учебных целей, однако последующие его доработки позволили сделать его хорошим универсальным языком, широко используемым в том числе для написания больших и сложных программ. Существует ряд версий языка (например, ETH Pascal, USD Pascal, Turbo Pascal ) и систем программирования на этом языке для разных типов ЭВМ. Для IBM PC наиболее популярной является система Turbo Pascal фирмы Borland (США). Подробнее о языках Пскаль и их развитии см. [653].

• Пролог [PROLOG - PROgramming in LOGic] - Язык программирования высокого уровня декларативного типа (см. выше декларативное программирование), предназначенный для разработки систем и программ искусственного интеллекта. Относится к категории языков пятого поколения. Был разработан в 1971 г. в университете г. Марсель (Франция), относится к числу широко используемых и постоянно развиваемых языков. Последняя его версия Prolog 6.0. Подробнее см. [561].

• Си [C ] - Многоцелевой язык программирования высокого уровня, разработанный Денисом Ритчи в начале 1970-х гг. на базе языка BCPL. Используется на миниЭВМ и ПЭВМ. Является базовым языком операционной системы Unix , однако применяется и вне этой системы, для написания быстродействующих и эффективных программных продуктов, включая и операционные системы. Для IBM PC имеется ряд популярных версий языка Си, в том числе - Turbo C (фирмы Borland), Microsoft C и Quick C ( фирмы Microsoft ), а также Zortech C (фирмы Symantec ). Многие из указанных версий обеспечивают также работу с Си и Си++ (см. ниже).

• Си++ [C++] - Язык программирования высокого уровня, созданный Бьярном Страустрапом на базе языка Си. Является его расширенной версией, реализующей принципы объектно-ориентированного программирования. Используется для создания сложных программ. Для IBM PC наиболее популярной является система Turbo C++ фирмы Borland (США).

• C# (C Sharp) – “ Си Шарп ”: объектно-ориентированный яык программирования, о разработке которого в 2000 г. объявила фирма Microsoft . По своему характеру он напоминает языки C++ и Java и предназначен для разработчиков программ, использующих языки C и С++ для того, чтобы они могли более эффективно создавать Интернет-приложения. Указывается, что C # будет тесно интегрирован с языком XML . Подробнее см. – [600], а также на Web -сайте фирмы Microsoft (http://msdn.microsoft.com).

• Фортран [FORTRAN - FORmula TRANslation] - Язык программирования высокого уровня, разработанный фирмой IBM в 1956 г. для описания алгоритмов решения вычислительных задач. Относится к категории процедурно-ориентированных языков. Наиболее распространенными версиями этого языка являются Фортран IV, Фортран 77 и Фортран 90. Используется на всех классах ЭВМ. Последняя его версия также применяется на ЭВМ с параллельной архитектурой .

AppleScript - Машинозависимый (ориентирован на работу с ПЭВМ типа Макинтош фиры Apple ) близкий к естественному английскому язык программирования, предназначенный для автоматизации повторяющихся задач, преимущественно связанных с процессами компьютерной графики (в том числе - обработки результатов сканирования, ввода изображений, цветоделения, составления каталогов, передачи печатных документов в World Wide Web и др.). Планировалась разработка версии этого языка для PowerPC. Подробнее о нем см. [198].

• Clipper - Язык высокого уровня и система программирования, предназначенные для разработки программ для ПЭВМ, преимущественно - систем управления большими объемами данных (см. “СУБД “ ). Владельцем и разработчиком языка и системы Clipper является фирма Nantucket (США). Начало работ по их созданию связано с разработкой компилятора для dBase (см. ниже) и относится к 1984 г. (год основания фирмы Nantucket Барри Ребеллом и Брайаном Расселом). Первые программные продукты Clipper - ClipperWinter’84 (май 1985 г.), ClipperWinter’85 (январь 1986 г.), McMax (версия для ПК Macintosh - сентябрь 1986 г.) и ClipperSummer’87 (декабрь 1987 г.). Летом 1990 г. была выпущена версия языка Clipper 5.0, получившая широкое распространение в России. Она реализует концепцию открытой архитектуры и представляет собой язык, компилятор и систему разработки программ для ПЭВМ, включающую набор команд и функций, препроцессор , компоновщик, набор утилит (в т.ч. отладчик и встроенную документацию) [173].

• dBASE -

  1.Язык программирования высокого уровня, предназначенный для создания пакетов прикладных программ, связанных с манипулированием большими объемами данных (Xbase). Первая версия языка dBASE II вышла в свет в начале 1980-х гг., в августе 1994 г. была выпущена версия dBASE 5.0 для Windows (подробнее см. [79]);

  2.Семейство программ для ПЭВМ, предназначенное для манипулирования большими объемами данных.

• FoxPro - Объектно-ориентированный язык, предназначенный для создания пакетов прикладных программ, в том числе для современных операционных систем, например - версия этого языка FoxPro for Windows . Об одной из последних версий этого языка - Visual FoxPro 3.0 фирмы Microsoft см. в [84].

• SGML (Standardized General Markup Language) – “ Стандартизованный обобщенный язык разметки”. Разработка языка была вызвана необходимостью создания средств описания документов и правил их построения. Для задания структуры документа используются специальные метки – “теги”, которые отделяют друг от друга элементы документа и файлы определения типа документа (Document Type Definition – DTD ), выполняющие функции “грамматики” и определяющие структуру и содержание каждого элемента в документе. Принят ISO в качестве стандарта в 80-е годы. Сложность этого языка помешала ему лечь в основу первой спецификации для Web – HTML , который стал производным от SGML [336].

• html, html (HyperText Markup Language) - “ Язык разметки гипертекста” разработан в исследовательском центре CERN в 1992 г. Он является производным от SGML (см. ниже). html устанавливает формат гипермедийных документов, в сети WWW . HTML-документы представляют собой ASCII -файлы, доступные для просмотра и редактирования в любом текстовом редакторе. Отличием от обычного текстового файла является наличие в HTML-документах специальных команд - тэгов, которые указывают правила форматирования документа [114, 141, 329, 336]. Полное описание html можно получить по сетевому адресу: <http://www. access.digex.net/^werbach/barebone.html>.