Развитие языков программирования

С развитием компьютерной техники появился машинный язык, с помощью которого программист мог задавать команды, оперируя с ячейками памяти, полностью используя возможности машины. Однако использование большинства компьютеров на уровне машинного языка затруднительно. В случае, когда нужно было иметь эффективную программу, вместо машинных языков стали использовать близкие к ним машинно-ориентированные языки — ассемблеры. Следующий шаг был сделан в 1954 году, когда был создан первый язык высокого уровня — Фортран. Языки высокого уровня имитируют естественные языки, используя некоторые слова разговорного языка и общепринятые математические символы. Однако легко понимаемый в коротких программах, этот язык становился нечитаемым и трудно управляемым, когда дело касалось больших программ. Решение этой проблемы пришло после изобретения языков структурного программирования, т.е. процедурных языков, таких как Алгол(1958), Паскаль(1970), Си(1972). Структурное программирование предполагает точно обозначенные управляющие структуры, программные блоки, отсутствие инструкций безусловного перехода (GOTO).Также создавались логические языки. Для того чтобы написать еще более сложную (и длинную) программу, нужен был новый подход к программированию. В итоге в конце 1970-х и начале 1980-х были разработаны принципы объектно-ориентированного программирования. Примерами объектно-ориентированных языков являются Object Pascal, C++, Java и др. ООП позволяет оптимально организовывать программы, разбивая проблему на составные части, и работая с каждой по отдельности.

РАЗВИТИЕ ЭВМ делится на несколько периодов. Поколения ЭВМ каждого периода отличаются друг от друга элементной базой и математическим обеспечением.

Первое поколение (1945-1954) - ЭВМ на электронных лампах. Это доисторические времена, эпоха становления вычислительной техники. Их вес и размеры требовали для себя отдельных зданий. Программное обеспечение компьютеров 1-го поколения состояло в основном из стандартных подпрограмм.

ЭВМ 2-го поколения были разработаны в 1950-60 гг. В качестве основного элемента были использованы уже не электронные лампы, а полупроводниковые диоды и транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны. Второе отличие этих машин - это то, что появилась возможность программирования на алгоритмических языках. Были разработаны первые языки высокого уровня - Фортран, Алгол, Кобол. Эти два важных усовершенствования позволили значительно упростить и ускорить написание программ для компьютеров. Все это позволило резко уменьшить габариты и стоимость компьютеров, которые тогда впервые стали строиться на продажу. На втором поколении компьютеров впервые появилось то, что сегодня называется операционной системой. Соответственно расширялась и сфера применения компьютеров. Теперь уже не только ученые могли рассчитывать на доступ к вычислительной технике; компьютеры нашли применение в планировании и управлении.

Разработка в 60-х годах интегральных схем - целых устройств и узлов из десятков и сотен транзисторов, выполненных на одном кристалле полупроводника привело к созданию ЭВМ 3-го поколения. В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной. Применение интегральных схем намного увеличило возможности ЭВМ. Теперь центральный процессор получил возможность параллельно работать и управлять многочисленными периферийными устройствами. ЭВМ могли одновременно обрабатывать несколько программ (принцип мультипрограммирования). В эти годы производство компьютеров приобретает промышленный размах. Пробившаяся в лидеры фирма IBM первой реализовала семейство ЭВМ. Еще в начале 60-х появляются первые миникомпьютеры. А в 1969 г. зародилась первая глобальная компьютерная сеть и одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С.

К сожалению, начиная с середины 1970-х годов стройная картина смены поколений нарушается. Все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров. Обычно считается, что период с 1975 г. принадлежит компьютерам четвертого поколения. Их элементной базой стали большие интегральные схемы (БИС). Появились микропроцессоры (1971 г. фирма Intel), микро-ЭВМ и персональные ЭВМ. Начиная с этого поколения ЭВМ стали называть компьютерами.

Программа разработки, так называемого, пятого поколения ЭВМ была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, и их элементной базой будут служить созданные на базе СБИС устройства с элементами искусственного интеллекта. Но японский проект ЭВМ пятого поколения не осуществился. Зато проведенные в ходе проекта исследования и накопленный опыт сильно помогли прогрессу в области систем искусственного интеллекта в целом. Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой.

АРХИТЕКТУРА ЭВМ — это множественный симбиоз совместного действия, конфигурации и взаимного соединения основных логических узлов. Необходимо принять во внимание, что увеличение скорости работоспособности отдельных элементов не безгранично, вот почему ведущие специалисты видят разрешение этого вопроса в модернизации архитектуры ЭВМ.

Основные виды архитектуры ЭВМ

Вся компьютерная система подразделяет виды архитектуры ЭВМ на три группы, обусловленные числом потоков команд и данных:

· Основоположником классической архитектуры ЭВМ 1-го и 2-го поколения был Джон фон Нейман, который и сформулировал основные принципы последовательности. К такой группе относятся однопроцессорные системы, в одном случае имеющие одиночный поток данных, а во втором - множественный поток данных.

· Следующая группа, включающая в себя виды архитектуры — MIMD - представляет собой многопроцессорную систему, имеющую множественный поток команд и такой же поток данных. Данная архитектурная система в основном используется в современных супер-ЭВМ.

И последние, третьи виды архитектуры — MISD, представляющие одну программу со множеством данных. К сожалению, MISD не имеет практической значимости. Данный вид причисляют не к компьютерной архитектуре, а к форме распараллеливания программ.

ПРИНЦИП ПРОГРАММНГО УПРАВЛЕНИЯ в упрощенном виде основывается на том, что программа должна быть представлена в числовом виде, размещена в памяти ЭВМ, а сама ЭВМ должна выполнять некоторую процедуру автоматической выборки и исполнения очередной команды вплоть до окончания программы. При этом следует еще раз подчеркнуть, что для представления программы в числовом виде необходимо предварительно распределить память, а также то, что подавляющее большинство современных ЭВМ построено на основе принципов Неймана, сформулированных ещё в 1945 году. Эти принципы сводятся к следующему:

· Основными блоками являются блок управления, арифметико-логическое устройство, память и устройство ввода-вывода.

· Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы, называемые словами.

· Алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов, которые определяют смысл операции. Эти управляющие слова называются командами. Совокупность команд называется программой. Команда состоит из кода операции, определяющего выполняемые действия, и нескольких адресных полей, содержащих указания на места расположения операндов команды. Способ вычисления адреса называется режимом адресации. Множество команд, выполняемых в конкретном типе ЭВМ, образуют её систему команд.

· Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Слова программы и данных различаются только по способу использования, но не по способу кодирования.

Устройство управления и арифметическое устройство обычно объединяются в одно, называемое центральным процессором. Они определяют действия, подлежащие выполнению, путем считывания команд из оперативной памяти. Обработка информации, предписанная алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке, однозначно определяемом программой.