Контрольная работа по "Информатике"

    Прогресс  компьютерных технологий определил  процесс появления новых разнообразных знаковых систем для записи алгоритмов – языков программирования. Смысл появления такого языка – оснащенный набор вычислительных формул дополнительной информации, превращает данный набор в алгоритм.

    Язык  программирования служит двум связанным  между собой целям: он дает программисту аппарат для задания действий, которые должны быть выполнены, и формирует концепции, которыми пользуется программист, размышляя о том, что делать. Первой цели идеально отвечает язык, который настолько "близок к машине", что всеми основными машинными аспектами можно легко и просто оперировать достаточно очевидным для программиста образом. Второй цели идеально отвечает язык, который настолько "близок к решаемой задаче", чтобы концепции ее решения можно было выражать прямо и коротко.

    Существует  почти столько же разных машинных языков, сколько и компьютеров, но все они суть разновидности одной  идей простые операции производятся со скоростью молнии на двоичных числах.

    Персональные  компьютеры IBM используют машинный язык микропроцессоров семейства 8086, т.к. их аппаратная часть основывается именно на данных микропроцессорах.

    Можно писать программы непосредственно  на машинном языке, хотя это и сложно. На заре компьютеризации(в начале 1950-х  г.г.), машинный язык был единственным языком, большего человек к тому времени не придумал. Для спасения программистов от сурового машинного языка программирования, были созданы языки высокого уровня (т.е. немашинные языки), которые стали своеобразным связующим мостом между человеком и машинным языком компьютера. Языки высокого уровня работают через трансляционные программы, которые вводят "исходный код" (гибрид английских слов и математических выражений, который считывает машина), и в конечном итоге заставляет компьютер выполнять соответствующие команды, которые даются на машинном языке. Существует два основных вида трансляторов: интерпретаторы, которые сканируют и проверяют исходный код в один шаг, и компиляторы, которые сканируют исходный код для производства текста программы на машинном языке, которая затем выполняется отдельно.

    Интерпретаторы 

    Одно, часто упоминаемое преимущество интерпретаторной реализации состоит  в том, что она допускает "непосредственный режим". Непосредственный режим позволяет  вам задавать компьютеру задачу вроде PRINT 3.14159*3/2.1 и возвращает вам ответ, как только вы нажмете клавишу ENTER. Кроме того, интерпретаторы имеют специальные атрибуты, которые упрощают отладку. Можно, например, прервать обработку интерпретаторной программы, отобразить содержимое определенных переменных, бегло просмотреть программу, а затем продолжить исполнение.

    Однако  интерпретаторные языки имеют недостатки. Необходимо, например, иметь копию  интерпретатора в памяти все время, тогда как многие возможности  интерпретатора, а следовательно  и его возможности могут не быть необходимыми для исполнения конкретной программы.

    Слабо различимым недостатком интерпретаторов  является то, что они имеют тенденцию  отбивать охоту к хорошему стилю  программирования. Поскольку комментарии  и другие формализуемые детали занимают значительное место программной памяти, люди стремятся ими не пользоваться. Интерпретаторы тихоходны. Ими затрачивается слишком много времени на разгадывание того, что делать, вместо того чтобы заниматься действительно делом.

    При исполнении программных операторов, интерпретатор должен сначала сканировать  каждый оператор с целью прочтения  его содержимого (что этот человек  просит меня сделать?), а затем выполнить  запрошенную операцию. Операторы  в циклах сканируются излишне  много.

    Рассмотрим  программу: на интерпретаторном Бэйсике 10 FOR N=1 TO 1000 20 PRINT N,SQR(N) 30

    NEXT N при первом переходе по этой  программе Бейсик-Интерпретатор  должен разгадать что означает  строка 20:

     1.преобразовать числовую переменную N в строку 

     2.послать строку на экран

     3.переместить в следующую зону  печати 

     4.вычислить квадратный корень  из N

     5.преобразовать результат в строку 

     6.послать строку на экран 

    При втором проходе цикла все это  разгадывание повторяется снова, так  как абсолютно забыты все результаты изучения этой строки какую-то миллисекунду тому назад. И так во всех следующих 998 проходах. Совершенно очевидно, что если вам удалось каким-то образом отделить фазу сканирования/понимания от фазы исполнения вы имели бы более быструю программу. И это как раз то, для чего существуют компиляторы.

    Компиляторы

    Компилятор-это  транслятор текста на машинный язык, который  считывает исходный текст. Он оценивает  его в соответствии с синтаксической конструкцией языка и переводит  на машинный язык. Другими словами, компилятор не исполняет программы, он их строит.

   1.2.2 Классификация языков программирования

       1. Машинно – ориентированные языки – это языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Машинно –ориентированные языки позволяют использовать все возможности и особенности Машинно – зависимых языков:

    высокое качество создаваемых программ (компактность и скорость выполнения);

    возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;

    предсказуемость объектного кода и заказов памяти;

    для составления эффективных программ необходимо знать систему команд и особенности функционирования данной ЭВМ;

    трудоемкость  процесса составления программ ( особенно на машинных языках и ЯСК), плохо защищенного от появления ошибок;

    низкая  скорость программирования;

    невозможность непосредственного использования  программ, составленных на этих языках, на ЭВМ других типов.

    Машинно-ориентированные  языки по степени автоматического программирования подразделяются на классы.

    Машинный  язык

    Отдельный компьютер имеет свой определенный Машинный язык, ему предписывают выполнение указываемых операций над определяемыми ими операндами, поэтому Машинный язык является командным. Однако, некоторые семейства ЭВМ имеют единый Машинный язык  для ЭВМ разной мощности. В команде любого из них сообщается информация о местонахождении операндов и типе выполняемой операции.

    В новых моделях ЭВМ намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно – аппаратным путем реализовывать более сложные команды, приближающиеся по своим функциональным действиям к операторам алгоритмических языков программирования.

    Языки Символического Кодирования 

        Языки Символического Кодирования, так же, как и Машинные Языки, являются командными. Однако коды операций и адреса в машинных командах, представляющие собой последовательность двоичных (во внутреннем коде) или восьмеричных (часто используемых при написании программ) цифр, в ЯСК заменены на символы (идентификаторы), форма написания которых помогает программисту легче запоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ.

    Использование символических адресов – первый шаг к созданию        Языки Символического Кодирования. Команды ЭВМ вместо истинных (физических) адресов содержат символические адреса. По результатам составленной программы определяется требуемое количество ячеек для хранения исходных промежуточных и результирующих значений. Назначение адресов, выполняемое отдельно от составления программы в символических адресах, может проводиться менее квалифицированным программистом или специальной программой, что в значительной степени облегчает труд программиста.

    Автокоды 

    Есть  также языки, включающие в себя все возможности Языки Символического Кодирования, посредством расширенного введения макрокоманд - они называются Автокоды.

    В различных программах встречаются  некоторые достаточно часто использующиеся командные последовательности, которые  соответствуют определенным процедурам преобразования информации. Эффективная реализация таких процедур обеспечивается оформлением их в виде специальных макрокоманд и включением последних в язык программирования, доступный программисту. Макрокоманды переводятся в машинные команды двумя путями – расстановкой и генерированием. В постановочной системе содержатся “остовы” - серии команд, реализующих требуемую функцию, обозначенную макрокомандой. Макрокоманды обеспечивают передачу фактических параметров, которые в процессе трансляции вставляются в “остов” программы, превращая её в реальную машинную программу.

    В системе с генерацией имеются  специальные программы, анализирующие  макрокоманду, которые определяют, какую функцию необходимо выполнить  и формируют необходимую последовательность команд, реализующих данную функцию.

    Обе указанных системы используют трансляторы  с Языками Символического Кодирования и набор макрокоманд, которые также являются операторами автокода.

    Развитые  автокоды получили название Ассемблеры. Сервисные программы  как правило, составлены на языках типа Ассемблер.

    Макрос 

    Язык, являющийся средством для замены последовательности символов описывающих  выполнение требуемых действий ЭВМ  на более сжатую форму - называется Макрос (средство замены).

    В основном, Макрос предназначен для  того, чтобы сократить запись исходной программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающий функционирование макросов, называется макропроцессором. На макропроцессор поступает макроопределяющий  и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов-выдача выходного текста.

    Макрос  одинаково может работать, как  с программами, так и с данными.

    Машинно – независимые  языки – это средство описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Они удобны в использовании для широкого круга пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ и ВС.

    Подобные  языки получили название высокоуровневых  языков программирования. Программы, составляемые на таких языках, представляют собой последовательности операторов, структурированные согласно правилам рассматривания языка (задачи, сегменты, блоки и т.д.). Операторы языка описывают действия, которые должна выполнять система после трансляции программы на Машинном Языке.

    2. Проблемно – ориентированные языки

    С расширением областей применения вычислительной техники возникла необходимость  формализовать представление постановки и решение новых классов задач. Необходимо было создать такие языки  программирования, которые, используя  в данной области обозначения и терминологию, позволили бы описывать требуемые алгоритмы решения для поставленных задач, ими стали проблемно – ориентированные языки. Эти языки, ориентированные на решение определенных проблем, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и получать результаты в требуемой форме.

    Проблемных  языков очень много, например:

    Фортран, Алгол – языки, созданные для  решения математических задач;

    Simula, Слэнг - для моделирования; 

    Лисп, Снобол – для работы со списочными структурами.

    Об  этих языках я расскажу дальше.

    Универсальные языки 

    Универсальные языки были созданы для широкого круга задач: коммерческих, научных, моделирования и т.д. Первый универсальный  язык был разработан фирмой IBM, ставший в последовательности языков Пл/1. Второй по мощности универсальный язык называется Алгол-68. Он позволяет работать с символами, разрядами, числами с фиксированной и плавающей запятой. Пл/1 имеет развитую систему операторов для управления форматами, для работы с полями переменной длины, с данными организованными в сложные структуры, и для эффективного использования каналов связи. Язык учитывает включенные во многие машины возможности прерывания и имеет соответствующие операторы. Предусмотрена возможность параллельного выполнение участков программ.