Вам уже известно, что алгоритм, записанный на языке программирования, называется программой. А что же мы понимаем под языком программирования?
Язык программирования - это совокупность набора символов (алфавит) системы, правил образования (синтаксис) и истолкования конструкций из символов (семантика) для задания алгоритмов с использованием символов естественного языка.
Именно для удобного решения задач с помощью ЭВМ искусственно и создавались языки программирования. Естественным же языком, который "понимает" компьютер, является машинный.
Машинный язык - это такой язык, который компьютер воспринимает непосредственно, то есть это язык машинных команд данной модели компьютера. А мы уже знаем, что ЭВМ "понимают" только язык двоичных знаков: нулей и единиц.
Процесс описания конкретного алгоритма на языке машинных команд называется программированием в машинных кодах. Для выполнения этой работы программист должен знать коды всех машинных операций, назначение и особенности применения каждой из них, а также помнить адреса конкретных ячеек памяти, хранящие те или иные операции.
Процесс разработки такой программы чрезвычайно трудоемок и непроизводителен. Поэтому для своего облегчения программисты придумали язык, переводящий символические имена в машинные коды. Ведь гораздо легче запомнить какое-то ключевое слово, чем соответствующий ему двоичный код. Такие программы, работающие с помощью мнемонических (символьных) обозначений, называют ассемблерами. Они и сейчас находят широкое применение, особенно при разработке эффективных, быстродействующих программ. Именно такие машинные и полумашинные языки программирования относят к языкам низкого уровня. Их еще называют машинно-ориентированными языками (сюда относят и автокод).
В 1955 г. появился первый язык высокого уровня. Программы, написанные на таком языке, представляли собой набор уже не отдельных машинных команд, а более крупных элементов, называемых операторами данного языка. На языке высокого уровня исходная программа состояла из последовательности операторов.
Именно такие языки и ориентированы на описание алгоритмов. Поэтому их еще называют алгоритмическими языками.
Все алгоритмические языки отличаются прежде всего наглядной формой реализации алгоритма в виде программы, поскольку используют привычную математическую символику и ограниченный набор понятных ключевых слов. Основным достоинством алгоритмических языков является их универсальность, то есть независимость от конкретного типа машин (машинно-независимые языки).
Поскольку машина "понимает" только свой машинный язык, программа на алгоритмическом языке перед выполнением переводится на этот язык с помощью специальной программы транслятора, название которой происходит от английского слова translator (переводчик). В программе трансляторе "заложены" все правила алгоритмического языка и способы преобразования различных его конструкции на машинный язык.
Существуют два способа трансляции:
1. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ (Interpretation) - метод выполнения в ЭВМ программы, заданной на языке программирования, при котором инструкция исходной программы переводится и сразу выполняется.
2. КОМПИЛЯЦИЯ (Compile - собирать) - метод выполнения в ЭВМ программы, но не сразу, а лишь тогда, когда собран перевод всего текста программы.
Разницу между компиляцией и интерпретацией можно выяснить с помощью аналогии. Фармацевты в аптеке приготовляют микстуру по старинному рецепту, написанному на латыни. Есть два пути: можно сначала перевести (скомпилировать) рецепт на родной язык и лишь затем готовить лекарство на родном языке. А можно, по мере чтения перевода рецепта, сразу готовить лекарство, но не записывать сам текст перевода (т.е. только интерпретировать). В последнем случае мы не получим текста рецепта на родном языке. А можно, по мере чтения перевода рецепта, сразу готовить лекарство, но не записывать сам текст перевода (т.е. только интерпретировать). В последнем случае мы не получим текста рецепта на родном языке, а сразу получим микстуру, правда, если лекарство нужно готовить несколько раз, рецепт придется переводить многократно.
Интерпретация используется в простых языках, где требуется несложная трансляция (Бейсик), или там, где компиляция слишком сложна или даже невозможна (язык ЛИСП). Часто используют оба эти способа совместно: интерпретатор - для отладки и компилятор - для трансляции отлаженной программы.
Работа с программой, написанной на алгоритмическом языке, очень упрощается за счет относительной простоты написания программы, удобной читаемости, возможности ее подкорректировать. Однако при этом всплывают и недостатки: требуется дополнительное время на трансляцию и дополнительная память для размещения транслятора.
Итак, в 1955 году увидел свет первый алгоритмический язык Фортран. Он использовался для решения научно-технических и инженерных задач. Слово "Фортран" образовано от начальных слогов английских слов - formula translator (переводчик формул). Он был разработан сотрудниками фирмы IBM под руководством Джона Бэкуса. Основным назначением этого языка является программирование численных расчетов на ЭВМ.
Как и многие естественные языки (украинский, русский, английский и т.д.), Фортан (и другие языки) имеет много "диалектов" (их называют версиями), различающихся правилами записи некоторых команд, но по сути одинаковых.
За прошедшие годы было много новых версий языка Фортан. Он все время менялся и развивался. Одна из последних версий - Фортран-77. Благодаря простоте и тому, что этим языком написаны большие библиотеки программ, Фортран и в наши дни является одним из самых распространенных в мире языков программирования.
Затем в 1960 г. появился Алгол (Algoritmic language - алгоритмический язык), также ориентированный на научное применение, в него было введено множество новых понятий, подхваченных позднейшими языками, например, понятие блочной структуры.
Также при поддержке фирмы IBM появился язык Кобол (Cobol - сокращенное от английских слов Comnon business oriented language - общепринятый деловой ориентированный язык). Он был ориентирован на решение экономических задач, а точнее - на обработку информации.
Язык Бейсик (Basic - beginners all-parpouse sumbolic instraction code, что в переводе с английского означает "многоцелевой язык символических инструкций для начинающих") был разработан профессорами Дартмутского колледжа (СИГА) Т.Куртцем и Дж. Кемени в 1965 году для обучения студентов, незнакомых с вычислительной техникой. Этот язык, напоминающий Фортран, но более простой, быстро стал очень популярным. Особенно его популярность повысилась благодаря "взрыву микроинформатики" - появлению персональных микрокомпьютеров, где Бейсик стал основным языком программирования.
Достоинствами Бейсика являются удобные средства ввода, отладки и испытания программ, а также возможность доступа ко всем основным ресурсам компьютера. Его отличает простота конструкций и возможность осуществления диалогового режима работы с ЭВМ.
Вместе с тем Бейсик имеет и ряд недостатков. Это прежде всего отсутствие явных ограничений на составление запутанных программ (этот недостаток присущ и Фортрану). Его оператор Goto при бездумном применении сильно запутывает программу и порой делает ее совсем непонятной с точки зрения логики выполнения. Кроме того, программы на языке Бейсик обычно выполняются относительно медленно, поскольку ЭВМ применяют, как правило, не компиляторы, а интерпретаторы языка.
Но последние диалекты языка Бейсик все больше устраняют перечисленные недостатки и приближают его к языку Паскаль и другим процедурным языкам (т.е. основанным па понятиях алгоритмов, программ, инструкции).
С его помощью можно решать достаточно сложные задачи. Например, так называемая версия расширенного Бейсика, имеющая матричные операции, позволяет с помощью одного оператора преобразовывать большие таблицы (матрицы). Есть версии Бейсика, работающие в режиме компиляции, что значительно ускоряет прогон программ, написанных на этом языке.
Итак, простота, совмещенная с мощными инструментальными возможностями, а также наличие у всех без исключения персональных ЭВМ интерпретатора этого языка, делают его самым распространенным среди начинающих пользователей ЭВМ.
В 1967-1968 гг. появился язык PL/1 (Programming language - универсальный программно-ориентированный). Он также был создан на фирме IBM, но уже в качестве универсального языка программирования. Этот язык, как языки программирования СИ, Ада и Паскаль, может использоваться как для научных задач, так и для задач управления. Он очень мощный, но и очень сложный, используется лишь в высших учебных заведениях и научно-исследовательских центрах.
В 1970 г. профессор Никлаус Вирт создал в Цюрихском политехническом университете язык Паскаль (Pascal). Создатель языка назвал его в честь Блеза Паскаля первого конструктора устройства, которое теперь относится к классу цифровых вычислительных машин. Он создавался как язык, который, с одной стороны, был бы хорошо приспособлен для обучения программированию, а с другой - давал бы возможность эффективно решать самые разнообразные задачи на современных ЭВМ. При создании этого языка Вирт большое внимание уделял хорошему стилю программирования (так называемое структурное программирование), благодаря которому конструкции Паскаля позволяют писать надежные, легко проверяемые программы с ясной и четкой структурой.
В 1980 г. появился язык Ада. Назван он в память об Аде Лавлейс - дочери английского поэта Лорда Байрона, первой программистки в истории вычислительной техники. Он был создан во Франции по заказу американского министерства обороны как универсальный язык программирования. Это самый новый и самый мощный из языков программирования, он унаследовал качества языков Паскаль и Алгол-68 и дополнительно приобрел многие другие качества: системное программирование, параллельность и т.д.
Языки Лисп (List procssing language - язык обработки списков), разработанный американским профессором Джоном Маккарти в 1961 г., и Пролог (Prolog - programmation en logique - логическое программирование), разработанный Колмероэ и другими учеными университета Люммини во Франции в 1973 г., - это основные языки для задач, связанных с искуственным интеллектом. Липс оперирует списками (цепная последовательность элементов), а Пролог - деревьями (логическими разветвлениями).
Работая в среде данных языков, компьютер решает задачу, а программист лишь ее формулирует. ЭВМ пробегает все рабочее пространство в поисках решения специальным способом, но зато полностью исчерпывающим (возможен обратный ход).
Существует огромное множество специализированных языков, позволяющих эффективно решать задачи в некоторых областях: моделирования (языки Симула, Симкрит и GPSS), управления аппаратурой (ФОРТ), для написания системных программ (СИ), написания баз данных (Кодасил), обучения программированию (Лого, Робик, алгоритмический язык А.П.Ершова) и другие.
Но в целом эволюция машинных языков происходит в направлении естественного языка - идеальное решение, состоящее в том, что пользователю надо будет только сформулировать задачу на естественном языке, а все остальное сделает компьютер. Конечно, в настоящее время это всего лишь мечта, но тем не менее языки последних поколений более близки к языку человеческих рассуждений.