Языки программирования. Как компьютер работает с информацией? Какой язык понимает компьютер

Язык программирования - формальная знаковая система, предназначенная для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, задающих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (компьютер) под её управлением.

Высокоуровневый язык программирования - язык программирования, разработанный для быстроты и удобства использования программистом. Основная черта высокоуровневых языков - это абстракция, то есть введение смысловых конструкций, кратко описывающих такие структуры данных и операции над ними, описания которых на машинном коде (или другом низкоуровневом языке программирования) очень длинны и сложны для понимания.

Низкоуровневый язык программирования (язык программирования низкого уровня) - язык программирования, близкий к программированию непосредственно в машинных кодах используемого реального или виртуального (например, Java, Microsoft .NET) процессора. Для обозначения машинных команд обычно применяется мнемоническое обозначение. Это позволяет запоминать команды не в виде последовательности двоичных нулей и единиц, а в виде осмысленных сокращений слов человеческого языка (обычно английских).

Языки программирования низкого уровня

Первым компьютерам приходилось программировать двоичными машинными кодами. Однако программировать таким образом - достаточно трудоемкая и сложная задача. Для упрощения этой задачи стали появляться языки программирования низкого уровня, которые позволяли задавать машинные команды в более понятном для человека виде. Для преобразования их в двоичный код были созданы специальные программы - трансляторы.

Рис.1. Пример машинного кода и представления его на ассемблере

Трансляторы делятся на:

компиляторы - превращают текст программы в машинный код, который можно сохранить и затем использовать уже без компилятора (примером являются исполняемые файлы с расширением *. exe);

интерпретаторы - превращают часть программы в машинный код, выполняют и после этого переходят к следующей части. При этом каждый раз при выполнении программы используется интерпретатор.

Примером языка низкого уровня является ассемблер. Языки низкого уровня ориентированы на конкретный тип процессора и учитывают его особенности, поэтому для переноса программы на ассемблере на другую аппаратную платформу ее нужно почти полностью переписать. Определенные различия имеются и в синтаксисе программ под разные компиляторы. Правда, центральные процессоры для компьютеров фирм AMD и Intel практически совместимы и отличаются лишь некоторыми специфическими командами. А вот специализированные процессоры для других устройств, например, видеокарт, телефонов содержат существенные различия.

Преимущества

С помощью языков низкого уровня создаются эффективные и компактные программы, поскольку разработчик получает доступ ко всем возможностям процессора.

Недостатки

Программист, работающий с языками низкого уровня, должен быть высокой квалификации, хорошо понимать устройство микропроцессорной системы, для которой создается программа. Так, если программа создается для компьютера, нужно знать устройство компьютера и, особенно, устройство и особенности работы его процессора;

результирующая программа не может быть перенесена на компьютер или устройство с другим типом процессора;

значительное время разработки больших и сложных программ.

Языки низкого уровня, как правило, используют для написания небольших системных программ, драйверов устройств, модулей стыков с нестандартным оборудованием, программирование специализированных микропроцессоров, когда важнейшими требованиями являются компактность, быстродействие и возможность прямого доступа к аппаратным ресурсам.

Ассемблер - язык низкого уровня, что широко применяется до сих пор.

1. Как компьютер обрабатывает информацию? 2. Язык, на котором «думает» компьютер – какой он? 3. Как вы думаете: есть ли такая профессия, в которой не используется компьютер? 4. Кто сегодня не может обойтись без компьютера? 5. Как компьютер передает и получает информацию? 6. Какое устройство компьютера обрабатывает информацию?

Программа – это последовательность команд, которую выполняет ПК в процессе обработки информации. Деятельность человека по созданию программ называется – программированием, а люди называются – программистами. Программное обеспечение (ПО) – все многообразие программ, используемых в современном ПК.

Системное ПО Прикладное ПО Инструментальное программирование Является основным ПО, неотъемленной частью ПК. Руководит сложной работой всех элементов компьютерной системы, как на аппаратном уровне, так и на программном Предназначено для выполнения конкретных задач пользователя, не прибегая к программированию (текстовый редактор, графический редактор, электронная таблица и др.) Это средство, предназначенное для создания ПО, т.е. того же системного и прикладного ПО. Его составляют разнообразные языки и среды программирования (Паскаль, С, С++ и др.) Таблица

Резидентные программы – это программы, на протяжении всей работы компьютера находящиеся в его оперативной памяти. Т.к. эти программы на протяжении всего периода включения компьютерной системы следят за ее состоянием (например, операционная система, антивирусная программа). Нерезидентные программы – это программы, которые по окончании своей работы выгружаются полностью или частично из ОЗУ (например, прикладные программы).

1.ПК работает с информацией по алгоритму, который задается программой, а программа в свою очередь написана на языке понятном компьютеру. 2. Для того, чтобы ПК мог работать с информацией необходимо не только аппаратное обеспечение – устройства компьютерной системы, но и программное обеспечение которое наделяет ПК мыслями и интеллектом. 3. ПО делится на: системное, прикладное и инструментальное программирование. 4. ПО систематизируется по длительности нахождения в оперативной памяти компьютера на резидентные программы и нерезидентные программы

Впишите пропущенные слова в предложениях: 1. Компьютер без ………………. – это бесполезный хлам, груда железа. И только ……………….. делают его нашим помощником, другом, советчиком. 2. Программирование – деятельность человека по …………………. программы. 3. Для обработки информации на компьютере необходимо иметь ……………………………………. - устройства компьютерной системы («hardware»), но и …………………………………. («software»), которое наделяет компьютер мыслями и интеллектом. 4. …………………… ПО – предназначено для выполнения конкретных задач пользователя. 5. Наиболее дружественно пользователю ………………….. ПО. программ программы созданию не только аппаратное обеспечение программное обеспечение Прикладное системное

1. Самые первые программы разрабатывались непосредственно на объектно- ориентированном языке и все люди могли заниматься их разработкой, а не только профессиональные программисты. 2. Программа – это последовательность команд, которую выполняет ПК в процессе хранения информации. 3. Все используемые в компьютере программы называются аппаратным обеспечением. 4. Прикладное ПО руководит слаженной работой всех элементов компьютерной системы как на аппаратном уровне, так и на программном уровне. 5. Системные программы – это средства, предназначенные для создания ПО. Найдите и исправьте ошибки в предложениях:

Машинном нетолько 1. Самые первые программы разрабатывались непосредственно на машинном языке и не все люди могли заниматься их разработкой, только профессиональные программисты. обработки 2. Программа – это последовательность команд, которую выполняет ПК в процессе обработки информации. программным обеспечением 3. Все используемые в компьютере программы называются программным обеспечением. Системное ПО 4. Системное ПО руководит слаженной работой всех элементов компьютерной системы как на аппаратном уровне, так и на программном уровне. Инструментальное ПО 5. Инструментальное ПО – это средства, предназначенные для создания ПО. Найдите и исправьте ошибки в предложениях:

1. Организация согласованного выполнения всех процессов в компьютере. 2. Обеспечение хранения информации во внешней памяти и обмен с устройствами ввода-вывода, т.е. ОС отвечает за правильный ввод информации с устройства ввода и ее вывод на монитор, принтер и т.д., а также за правильное распределение информации на дисках внешней памяти. 3.Реакция на ошибки и аварийные ситуации. 4. Осуществление диалога и общения с пользователем.

Этапы загрузки ОС Первую свою команду ПК получает от ПЗУ В ПЗУ находятся программы тестирования компьютера BIOS. Работа BIOS отображается на экране белыми бегущими строками. В этот момент ПК проверяет свои устройства - оперативную память, - жесткий диск - дисководы других дисков, - наличие клавиатуры - других устройств. Если что-то не работает, BIOS докладывает о неисправности, иначе заканчивает свою работу и дает команду загрузить с жесткого диска в оперативную память специальную программу, которая называется Master Boot (загрузчик ОС). Если системные диски отсутствуют в ПК, на экране монитора появляется сообщение Non system disk и загрузка ОС прекращается, ПК остается неработоспособным. Если же все в порядке, загрузчик считывает ОС с диска в оперативную память. После окончания загрузки ОС управления передается командному процессору и на экране появляется графический интерфейс.

1. Выучить основные определения и понятия. 2. Учебник §2.4 - §2.5, устно ответить на вопросы для размышления. 3. Используя новые термины и понятия предыдущего и сегодняшнего урока, составьте кроссворд. Оформите на отдельном листе в нескольких экземплярах. (Можно в электронном варианте)

Компьютеры появились достаточно давно. Первые из них были ламповыми и за­нимали очень много места. Для того чтобы управлять такой машиной требовалось много обслуживающего персонала. Со временем лампы были вытеснены электронными компонентами, и компьютеры стали значительно меньше. Сейчас системные блоки компьютеров занимают совсем мало места,а их производительность стала значительно выше.

Однако основные принципы работы компьютера, заложенные во времена их рождения, действуют до сих пор. Данные пере даются с помощью сигнала методом "имеется сигнал или нет". Так появился "бит" . Бит - это единица информации, которая может принимать значение 0 или 1. Восемь бит объединяются в байт, один байт равен 8 битам. Число 8 появилось из-за того что первые компьютеры были восьмиразрядными и могли работать одновременно только с 8 разрядами, например, 01011001. Первые нули можно убирать.

В один байт можно записать любое число от 0 до 255. Указанный диапазон чисел очень мал, поэтому чаще используют более крупные диапазоны: два байта = слово, два слова = двойное слово.

Компьютер стал работать в двоичной системе счисления. Любое десятичное число можно записать как двоичное. Подробное преобразование рассматривать не будем, если кому-то интересно, пишите в комментариях – расскажу.

В компьютере принято вести расчет в двоичной или шестнадцатеричной систе­ме. Вторая стала использоваться, когда компьютеры стали 16-разрядными. При написании программ на Delphi будем использовать привычную десятичную систему, потому что компилятор сам переведет все числа в нужный процессору вид, но понимать, с какими числами работает процессор, очень важно.

Шестнадцатеричная система выглядит по-другому. Каждый разряд со­держит шестнадцать состояний. Поэтому один разряд может принимать значения: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, А, В, С, D , Е, F . Буква "А" соответствует цифре 10 в десятичной системе, "В" - 11 и т. д.

Например, число 1 B в шестнадцатеричной системе равно 27 в десятичной.

На протяжении всех материалов мы будем иногда встречаться с шестнадцатеричной сис­темой исчисления. В этом случае, чтобы отличать шестнадцатеричное число от десятичного, перед ним будет стоять знак #, например, #25, так принято в Delphi .

С числами с плавающей точкой работа идёт совершенно не так, рассматривать это мы не будем.

Теперь разберемся отрицательными числами. Если заранее предусмотрено, что число может быть отрицательным, то его длина сокращается на один бит, который отводится под знак числа. Если первый бит равен 1, то число отрицательное, иначе положительное.

В дробных числах один байт может быть отведен для целой части и один для дробной. За счет это­го дробные числа всегда будут занимать больше памяти, и операции с ними будут проходить дольше.

1.2. Машинный язык

Все данные на диске, в том числе и текстовые файлы, хранятся в двоичном виде. Точно так же выглядит и любая программа, толь­ко ее называют машинным кодом. Рассмотрим его подробнее.

Любая программа – это последовательность команд, которые называются процессорными инструкциями. Во время запуска программы компьютер загружает ее машинный код в оперативную память и начинает выполнять команду за командой. Задача программиста – написать эти ин­струкции так, чтобы компьютер понял, что от него хотят.

Реальная программа, которую выполняет компьютер, представляет собой по­следовательность единиц и нулей. Такую последовательность называют машинным языком.

Например, команда сложения двух регистров в шестнадцатеричной системе выглядит так: $03С3. Это мало о чем го­ворит, и запомнить такую команду очень тяжело. Намного проще написать "сло­жить число 1 и число 2".

Сначала программисты писали программы в машинных кодах, затем появился первый компилятор - программа, которая переводила текст программ в машинный код. Таким образом, пользователи стали писать программы более осмысленно, а всю рутинную работу по переводу текста программы в машинный байт-код стал выполнять сам компьютер.

1.3. История языков программирования

Язык, на котором пишется программа, называется языком программирования.

Первым компилятором был Assembler (переводится как "сборщик"). Писать на нем почти так же сложно, как и в ма­шинных кодах, но теперь уже использовались не числа, а понятные человеку слова .

Текст на рисунке можно разделить на три колонки:

· адрес инструкции;

· машинный код инструкции;

· код на языке Ассемблера.

Например, команда копирования регистров выглядела так: mov еах, ebx . В данном случае mov - это команда языка программирования, еах и ebx - имена регистров.

На языке Assembler про­грамму писать легче, но программа, написанная в машинных кодах, ра­ботала быстрее и более гибко. При написании программы в машинных кодах программист ничем не ограничен, а при работе с ассемблером есть ограничения. Не всегда возможно повлиять на результат.

После создания ассемблера языки программирования стали появляться один за другим. Так появились С, ADA , FoxPro , Fortran , Basic , Pascal и др. Некоторые из них были предназначены только для обучения, другие были ориентиро­ваны на профессиональных программистов.

Язык Assembler в настоящее время в основном используется только в качестве вставок для языков высоко­го уровня, а машинные коды используются для написания того, что не может сделать компилятор.

Затем получило развитие объектно-ориентированное программирование. Язык С превратился в C++, Pascal в Object Pascal и т. д.

Последней крупной революцией, происходящей в программировании, считается переход на визуальное программирование. Этот переход происходит в настоящее время. Визуальность дает еще более удобные средства разработки для бы­строго написания кода, но проигрывает ООП по быстроте работы. Одни из часто используемых языков, поддерживающих визуальное программирование, являются Delphi и C #, хотя прогресс не стоит на месте и визуальные компоненты появляются для многих других языков.

Выбрать лучший язык невозможно. Каждый из них подходит для определённого круга задач, и программист должен сам выбрать наиболее удобный для себя язык.

1.4. Исполнение машинных команд

Кроме байта существуют и другие размерности:

· 1 килобайт = 1024 байт;

· 1 мегабайт = 1024 килобайт;

· 1 гигабайт = 1024 мегабайт.

· 1 терабайт = 1024 гигабайт.

· и т.д.

В компьютере большинство значений являются степенью числа 2, потому что компьютер оперирует двоичной системой, и таким образом можно максимально эффективно использовать его воз­можности. Именно из-за этого при расчёте размерностей используется 1024 (2 в степени 10).

Рассмотрим некоторые понятия.

Сегмент - это область внутренней памяти компьютера.

Когда операционные системы были 16-битными, процессор не мог работать с памя­тью размером более 64 килобайт, потому что это максимальный размер области памяти, который можно адресовать, используя в этих целях адрес длиной в два байта. Поэтому память делилась на сегменты по размеру и по назначению. В дан­ный момент используются 32-разрядныю ОС, которая может адресовать до 4 Гбайт оперативной памяти и 64-разрядные ОС. Поэтому можно сказать, что память стала сплошной. Однако деление ее по назначению все-таки осталось.

Существуют следующие сегмент s ы памяти:

· сегмент кода - область памяти, в которую загружается машинный код, который бу­дет потом выполняться процессором;

· сегмент данных - область памяти для хранения данных;

· сегмент стека - область памяти для хранения временных данных и адресов возврата из процедур.

Каждой запущенной программе отводится свой сегмент кода, данных и стека. Поэтому данные одной программы не могут пересекаться с данными или кодом другой программы.

Регистр - ячейка памяти в процессоре. Её размер зависит от разрядно­сти. В 32-разрядных процессорах ячейки 32-битные, но есть и 64-битные. Таких регистров у процессора несколько, и каждый из них предназначен для определен­ных целей. Существуют также регистры общего значения, которые программа мо­жет использовать на свое усмотрение.

Ещё вчера информатику считали в Советском Союзе лженаукой. А сегодня правительства некоторых стран жалуются на атаки российских хакеров.

И хоть в России пока что производится мало высокотехнологичных устройств и девайсов, умных программистов хватает и у нас.

Сегодня мы расскажем про компьютерные языки, их классификацию, суть, возможности и перспективы использования в будущем.

Начнем рассматривать тему с теории. Первым делом разберёмся с понятием.

Что такое компьютерные языки?

Это система знаков, символов, которая создана для "общения" человека с компьютером. Ведь мы не можем просто так взять, подойти к компьютеру и начать ему что-то объяснять. Для этого существуют специальные слова-коды и лексика, из которых состоят компьютерные языки. А они уже доносятся до компьютера в понятной ему форме.

На сегодняшний день существует более 8 тысяч различных языков для общения человека с компьютером. Конечно же, все их знать нельзя. Кто-то создаёт язык для себя, а кто-то занимается этим на коммерческой основе.

Но хороший программист должен знать в совершенстве хотя бы несколько базовых из них.

Какие языки программирования самые популярные?

Мир компьютерных технологий постоянно совершенствуется: появляются новые разработки, доводятся до ума прошлые. Вместе с этим появляются или упорядочиваются компьютерные языки программирования. Самыми популярными из них, которые используются глобально, можно отнести следующие:

Конечно же, языков на самом деле ещё больше, но мы выбрали самые основные, на которых написано более 90% всех компьютерных приложений. Далее рассмотрим подробнее каждый из них.

Процедурный С/С++

Языки С и C++ можно назвать двумя братьями. Есть утверждения о том, что это два абсолютно разных языка программирования, что неверно. С++ является некоторым усовершенствованием предыдущего языка, облегчающим написание программ и сохранившим прежний синтаксис.

С разрабатывали начиная с семидесятых годов прошлого века, в восьмидесятых приступили к созданию С++. На сегодняшний день последний можно назвать одним из самых популярных. Он настолько многофункционален, что с его помощью можно создать операционную систему, драйверы для устройств, игры и многое другое.

Говоря о достоинствах и недостатках этого языка, нельзя делать однозначные выводы. Есть его сторонники, а есть и беспощадные критики. Основой для споров является то, что в этом языке программирования нет ничего своего.

Его создатели, можно так сказать, объединили функции и возможности нескольких языков программирования в один. В итоге получился комплексный и масштабный инструмент программирования. Но если разбирать его по отдельно взятым функциям, то он уступает узкоспециализированным языкам.

Независимый и безопасный Java

Этот английский компьютерный язык разработали в компании Sun Microsystems. Благодаря тому, что написанная программа транслируется в особенный байт-код, она способна работать независимо от типа операционной системы или компьютерной архитектуры.

Это сделало язык Java самым популярным. Его можно встретить абсолютно во всей бытовой технике, банкоматах, городских автоматах и практически во всём, что связано с компьютерными технологиями. Именно на Java пишется большинство популярных приложений для смартфонов и телефонов.

Также у этого языка программирования достаточно высокий уровень безопасности. Выполнение программой действий в рамках своих полномочий контролируется которая передаёт команды на устройства. Поэтому при попытке выполнить какую-либо другую задачу работа программы тут же прекращается.

Если говорить о простоте языка, то стоит отметить исследования, которые показали, что аналогичные операции пишутся в 1,2-2 раза дольше, чем на языке C++. Также в несколько раз больше ресурсов требуется на выполнение команд. Но команда производителя постоянно выпускает множество обновлений, которые сводят к минимуму все недостатки этого языка программирования.

Покоривший Интернет PHP

Вы хотите создать свой сайт или заняться веб-программированием? В этом вам поможет отличный язык PHP, который способен создавать динамические страницы. Он является, пожалуй, самым популярным при создании сайтов и написании веб-приложений.

Благодаря тому, что этот язык программирования создавался разработчиками с открытым кодом, его удалось довести до совершенства, и он набрал бешеную популярность. PHP легко взаимодействует с самыми разными базами данных - от MySQL до Access.

Самые популярные сайты Интернета, такие как Facebook или Wikipedia, написаны именно на этом языке.

Писать на нём достаточно просто. Существует даже статистика, что более 60% программистов мира, которые работают на коде PHP, достаточно ограниченно знают (на базовом уровне) английский язык. Компьютерная грамотность в этом случае ограничивается лишь знанием необходимых функций и процедур.

Нельзя обойти стороной и критику языка. Несмотря на то что в рейтингах самых популярных языков 2015 года PHP занял 6-е место, в его адрес нередко высказывается недовольство.

Прежде всего, этот язык создавался не одной группой программистов, а несколькими. Из-за этого синтаксис языка не унифицирован и не имеет единой архитектуры. Встречаются разные процедуры, которые необходимо описывать по-особенному, а не по стандартизированному шаблону.

Также одной из главных проблем можно назвать отсутствие совместимости между разными версиями языков. Более ранние версии абсолютно отказываются работать с обновлениями, что часто создаёт проблемы по переносу кода из одной версии в другую.

Актуальность знания и понимания языков программирования

Тема умения "разговаривать" с компьютером в последнее десятилетие набирает все больше оборотов.

И это не удивительно, ведь информационные технологии неугомонно внедряются в нашу жизнь и уже даже зубная щетка не обходится без "мозгов". Программировать код и обслуживать устройства должен специалист. Поэтому спрос на грамотных программистов всегда есть.

Ещё одной причиной того, почему многие изучают компьютерные языки, можно назвать спад экономики страны. Человек, умеющий профессионально писать на Java, может удалённо работать на иностранную компанию по созданию приложений и зарабатывать за месяц такие деньги, которые в своей стране придётся копить в течение десятков лет.

Но если задуматься, то достаточно сложно начать успешно заниматься программированием и писать компьютерные программы. Английский язык - это главная преграда для начинающих. Ведь большинство программ и языков написаны именно с учётом лексики этого международного языка.

Изучить языки можно онлайн

Так что придётся изучить иностранный язык хотя бы на базовом уровне, пока русский компьютерный язык не придумали.

Но не переживайте, мир не стоит на месте. Сегодня можно обучаться, не выходя из дома. Главное - иметь компьютер и Интернет. Есть множество сайтов, которые проводят компьютерное обучение языкам. Самые популярные из них - это Codecademy, Code School и Udacity.

Сейчас мы просто не сможем представить свою жизнь без . Базы данных, компьютерные игры, операционные системы, социальные сети и многое другое.

Всего этого у нас не было бы, если бы люди не разработали специальные языки программирования, с помощью которых сейчас создаётся самое разнообразное программное обеспечение для компьютера.

Языки программирования исчисляются уже не десятками, а сотнями. Есть языки специально для разработки сайтов, игр, анимации.

Какие языки используются для создания обычных прикладных программ (т.е. программ, написанных непосредственно для пользователей)? Их бесчисленное множество, самые популярные из них – C++ и Delphi. Они предоставляют наибольшее количество возможностей для разработки программ на все случаи жизни. Именно их используют профессиональные программисты.

Однако и С++, и Delphi были созданы на основе более простых языков. Для C++ это язык C (называют «Си»). Предшественник Delphi – это Pascal. Многие их учат ещё в школе на уроках информатики. Язык Pascal был создан именно для обучения программированию, так как является очень простым и понятным. Сейчас он используется практически во всех школах, колледжах, университетах и институтах.

После освоения Pascal изучение Delphi проходит, что называется «на ура». Такая последовательность освоения языков, т.е. сначала именно Pascal, а потом Delphi или C, C++, является весьма желательной. На вопрос «Какой язык программирования лучше» можно ответить, что для обучения начинающим лучше всего подойдет Паскаль (Pascal).

Для разработки мультфильмов и анимации была создана специальная программа – Adobe (Macromedia) Flash. Также Flash используют при разработке сайтов и для создания компьютерных игр. Язык, применяемый во Flash, – ActionScript. Он получил огромную популярность в наши дни, так как используется во всех современных интернет-проектах.

HTML является сокращением от англ. HyperText Markup Language и переводится как «язык разметки гипертекста». С его помощью создается большинство веб-страниц. Знание HTML значительно упрощает работу со своим блогом или сайтом, но не является при этом обязательным.

Более совершенные и функциональные (но более сложные) языки, чем HTML, – это PHP, Ajax, SQL.

Для разработки игр и программ на телефоны используются, в основном, два языка – Java и C++. Про C++ мы уже говорили, а Java является языком программирования, созданным на основе C++.

Для создания 3D игр и фильмов используют язык Python. Он даёт огромнейший спектр возможностей для управления 3D графикой.

Язык Фортран был разработан для сложных математических вычислений, создан в 1954-1957 годах. Слово Fortran произошло от первых букв: FORmula TRANslator, то есть, переводчик формул. Он выполняет математические, инженерные и различные научные задачи и применяется в очень мощных компьютерах.

Как мы видим, программисты разработали языки программирования на все случаи жизни. Многие программисты являются поклонниками какого-то одного языка программирования, но это зависит от личных предпочтений. Создаются всё новые языки, усовершенствуются старые. Именно от функциональности языков программирования зависит будущее компьютерных технологий.

P.S. Статья закончилась, но можно еще прочитать.