Урок 20
Алгоритмы, структуры алгоритмов, структурное программирование
Содержание урока
Паскаль — язык структурного программирования
Паскаль — язык структурного программирования
 |
 |
 |
|
|
|
Программирование для ЭВМ — процесс создания программ управления работой компьютера.
Эволюция программирования
С изобретением программно управляемых вычислительных машин появилась новая профессия — программист. На ламповых ЭВМ первого поколения программисты составляли свои программы, используя непосредственно команды процессора. При этом программисту приходилось самому распределять ячейки памяти под данные и под команды программы. Нужно было знать систему команд процессора и коды всех команд. Исходные данные и команды представлялись в форме двоичного кода, т. е. непосредственно в том виде, в котором они хранились в памяти ЭВМ. Для сокращения записи программ на специальных бланках обычно использовали двоично-восьмеричный или двоично-шестнадцатеричный код. Вот пример команды программы для одного из компьютеров первого поколения:
Такая команда называется трехадресной. Код 0216 относится к команде сложения. 1-й и 2-й адреса — это адреса ячеек ОЗУ, в которых хранятся слагаемые, 3-й адрес — адрес ячейки, куда заносится сумма. Сама команда хранится в ячейке ОЗУ с адресом 2816.
Программирование в машинных кодах представляло собой сложный процесс. По этой причине производительность работы программистов была довольно низкой. В 1950-х годах возникает направление, которое получило название «автоматизация программирования». Основная его цель — создание средств, облегчающих и ускоряющих процесс создания программы для ЭВМ. Появляются первые языки программирования.
Первыми языками программирования были машинно-ориентированные автокоды. Позднее за языками такого уровня закрепилось название ассемблеры. Первоначально ассемблером называли программу-переводчик с языка ассемблера в машинные команды. Позднее и сам язык ассемблера стали называть именем ассемблер. Программирование на ассемблере снимает с программиста заботу о распределении памяти под данные и команды программы. Программист не должен помнить внутренние коды всех команд процессора. Вот пример той же команды сложения на ассемблере (автокоде):
ADD а, Ь, с
Слово ADD обозначает команду «сложить», а и b — имена переменных-слагаемых, с — переменная, куда помещается результат.
Язык ассемблер называется машинно-ориентированным по той причине, что для каждой команды процессора существует свой аналог команды на ассемблере. Поскольку разные типы ЭВМ имели разные системы команд процессора, ассемблеры у них тоже отличались. Современные ассемблеры точно так же ориентированы на определенные типы процессоров. Позже появились так называемые макроассемблеры, в языке которых существуют макрокоманды, соответствующие сериям команд (подпрограммам) на языке процессора.
Составление программы на ассемблере проще, чем на языке команд процессора. Работу по распределению памяти под данные и команды, перевод команд ассемблера в машинные команды берет на себя специальная системная программа — транслятор.
Из машинной ориентированности программ на ассемблере следует, что такие программы нельзя переносить для исполнения на другие типы ЭВМ с другой системой команд процессора. Эта проблема создавала серьезные ограничения для прикладных программистов. Кроме того, само программирование на ассемблере является достаточно сложным для массового освоения, что ограничивало использование ЭВМ в прикладных областях.
Языки программирования высокого уровня
Следующим этапом развития программирования стало создание языков программирования высокого уровня — ЯПВУ. Примеры ЯПВУ: Паскаль, Бейсик, Фортран, Си, Java и др. Все названные ЯПВУ относятся к так называемой процедурной парадигме программирования. Поэтому их называют процедурными языками программирования. Программы на таких языках представляют собой последовательности команд, описывающих действия (процедуры) компьютера по обработке информации. Существуют другие парадигмы программирования. Относящиеся к ним языки называют декларативными языками программирования (Пролог, Лисп и др.). Однако мы их рассматривать не будем.
Для каждого языка существует машинно-независимый стандарт. Возможность программирования на данном ЯПВУ зависит от наличия на вашем компьютере транслятора с этого языка. Трансляторы для каждого типа компьютера создают системные программисты.
Текст программы на ЯПВУ по своей форме ближе к естественным языкам (чаще всего — английскому), к языку математики. Та же команда сложения двух величин на ЯПВУ похожа на привычную форму математического равенства:
с:=а+b (на Паскале);
с=а+Ь (на Фортране, Бейсике, Си).
Освоить программирование на языке высокого уровня гораздо проще, чем на ассемблере. Поэтому с появлением ЯПВУ значительно возросло число прикладных программистов, расширилось применение ЭВМ во многих областях.
Большое количество языков программирования появилось в 1960-1970-х годах. В 1965 году в Дартмутском университете был разработан язык Бейсик. По замыслу авторов это простой, легко изучаемый язык, предназначенный для программирования несложных расчетных задач. Наибольшее распространение Бейсик получил с появлением микроЭВМ и персональных компьютеров.
История Паскаля
Язык программирования Паскаль был создан швейцарским профессором Никлаусом Виртом в 1969 году как язык для обучения студентов структурной методике программирования. Язык получил свое название в честь Блеза Паскаля, изобретателя первого вычислительного механического устройства. Позднее фирма Borland International, Inc (США) разработала систему программирования Турбо Паскаль для персональных компьютеров, которая вышла за рамки учебного применения и стала использоваться для научных и производственных целей. В Турбо Паскаль были внесены некоторые дополнения к базовому стандарту Паскаля, описанному Н. Виртом.
Со временем язык развивался. Начиная с версии 5.5, в Турбо Паскаль вводятся средства поддержки объектно- ориентированного программирования (ООП). В дальнейшем это привело к созданию Object Pascal — языка с возможностями объектно-ориентированного программирования. В начале 1990-х годов объединение элементов ООП в Паскале с визуальной технологией программирования привело к созданию системы программирования Delphi.
Структура процедурных языков программирования высокого уровня
Во всяком языке программирования определены способы организации данных и способы организаций действий над данными. Кроме того, существует понятие «элементы языка», включающее в себя множество символов (алфавит), служебных слов и других изобразительных средств языка программирования. Несмотря на разнообразие процедурных языков, их изучение происходит приблизительно по одной схеме. Это связано с общностью структуры различных процедурных языков программирования высокого уровня, которая схематически отражена на рис. 3.9.
Всякий язык программирования образуют три его основные составляющие: алфавит, синтаксис и семантика.
Алфавит — это множество символов, допустимых в записи текстов программ.
Синтаксис — это правописание языковых конструкций (имен, констант, выражений, операторов и пр.).
Семантика — это смысловое содержание языковой конструкции.
Соблюдение правил в языке программирования должно быть более строгим, чем в разговорном языке. Человеческая речь содержит значительное количество избыточной информации. Не расслышав какое-то слово, можно понять смысл фразы в целом. Слушающий или читающий человек может додумать, дополнить, исправить ошибки в воспринимаемом тексте. Компьютер же — автомат, воспринимающий всё буквально. В текстах программ нет избыточности, компьютер сам не исправит даже очевидной (с точки зрения человека) ошибки. Он может лишь указать на место, которое «не понял», и вывести замечание о предполагаемом характере ошибки. Исправить же ошибку должен программист.
Структура программы на Паскале
По определению стандартного Паскаля, программа состоит из заголовка программы и тела программы (блока), за которым следует точка — признак конца программы. В свою очередь, блок содержит разделы описаний (меток, констант, типов, переменных, подпрограмм) и раздел операторов.
Раздел операторов имеется в любой программе и является основным. Предшествующие разделы носят характер описаний и не все обязательно присутствуют в каждой программе.
В Турбо Паскале, в отличие от базового стандарта Паскаля, возможно:
• отсутствие заголовка программы;
• разделы Const, Type, Var, Label могут следовать друг за другом в любом порядке и повторяться в разделе описаний сколько угодно раз.
Вопросы и задания
1. В каком виде составлялись программы для первых компьютеров?
2. Чем отличались программы на автокодах (ассемблерах) от программ в машинных кодах?
3. Почему ЯПВУ являются машинно-независимыми языками программирования?
4. Что такое трансляция?
5. В какой парадигме программирования реализован язык Паскаль?
6. Что входит в структуру любого процедурного ЯПВУ?
7. Из каких основных разделов состоит программа на Паскале?
