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

ВВЕДЕНИЕ

Программирование — сравнительно молодая и быстро развивающаяся отрасль науки и техники. Опыт ведения реальных разработок и совершенствования, имеющихся программных и технических средств постоянно переосмысливается, в результате чего появляются новые методы, методологии и технологии, которые, в свою очередь, служат основой более современных средств разработки программного обеспечения. Исследовать процессы создания новых технологий и определять их основные тенденции целесообразно, сопоставляя эти технологии с уровнем развития программирования и особенностями имеющихся в распоряжении программистов программных и аппаратных средств.

Объектом исследования являются технологии программирования.

Предметом исследования является история развития технологий программирования.

Целью данной курсовой работы является изучение истории возникновения программирования и основных принципов и подходов при создании языка программирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Проанализировать информационные источники по технологиям программирования;

2. Рассмотреть историю развития технологий программирования;

3. Выявить этапы развития технологий программирования.

ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

1.1 Понятие и классификация  языков программирования

Функционирование ЭВМ осуществляется на основе принципа программного управления. Программа, представляющая собой последовательность команд, реализующих алгоритм решения задачи, вводится в память ЭВМ, после чего начинается ее автоматическое выполнение с первой команды. После каждой выполненной команды машина автоматически переходит к выполнению следующей команды, и так до тех пор, пока не встретится команда, предписывающая закончить вычисления.

Структура команды ЭВМ в простейшем случае включает в себя две части: операционную и адресную. Операционная часть содержит код операции (сложить, вычесть и т. д.). Адресная часть содержит адреса ячеек памяти; в них хранятся значения операндов, с которыми надо выполнить заданную операцию. В зависимости от числа адресов, указанных в команде, различают одно-, двух-, трехадресные команды.

Физические принципы работы электронных устройств ЭВМ таковы, что компьютер может воспринимать команды, состоящие только из единиц и нулей, 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.

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 программирование в машинных кодах требует от программиста много времени, труда, повышенного внимания.

Это привело к необходимости найти такое средство, которое позволит более просто наладить общение человека и компьютера. И такое средство было найдено: различные символические языки и соответствующие им трансляторы (системы программирования).

Язык программирования – формализованный язык для описания алгоритма решения задачи на компьютере.

Для автоматизации программирования разрабатывался для каждой ЭВМ свой автокод (или Ассемблер). Этот язык в полной мере повторяет набор команд машинного языка и появился лишь для упрощения программирования на машинном коде.

Дальнейшее развитие языковых средств шло по пути создания машинно-независимых языков, позволяющих писать программы на любой доступной ЭВМ с предусмотренной возможностью переноса на более совершенную архитектуру.

В мире насчитывается несколько сотен символических языков программирования различных структур и возможностей, которые могут быть классифицированы по различным признакам.

Если в качестве признака классификации взять синтаксис образования конструкций языков программирования, то их можно условно разделить на следующие классы:

• машинные языки (computer language) – языки программирования, воспринимаемые аппаратной частью компьютера (машинные коды);
• машинно-ориентированные языки (computer-oriented language) – языки программирования, которые отражают структуру конкретного типа компьютера (Ассемблеры);
• алгоритмические языки (algorithmic language) – не зависящие от архитектуры компьютера языки программирования для отражения структуры алгоритма (Паскаль, Фортран, Бейсик и др.);
• процедурно-ориентированные языки (procedure-oriented language) – языки программирования, где имеется возможность описания программы как совокупности процедур (подпрограмм);
• проблемно-ориентированные языки (universal programming language) – языки программирования, предназначенные для решения задач определенного класса (Лисп, РПГ, Симула и др.);
• интегрированные системы программирования.

Если в качестве признака классификации взять принадлежность к одному из оформившихся к настоящему времени стилей программирования, каждому из которых соответствует своя собственная модель вычислений, то языки программирования можно условно разделить на следующие классы:

•  процедурные;
• функциональные;
• логические;
• объектно-ориентированные.

Программа на процедурном языке программирования состоит из последовательности операторов (инструкций), задающих те или иные действия. Одним из важнейших квалификационных признаков процедурных языков является их уровень, характеризующий степень близости языка программирования и машинного языка. За начало отсчета уровней принимается машинный язык, уровень которого равен нулю. Язык человека рассматривается как язык наивысшего уровня.

1.2 История появления языков  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».