程序設(shè)計語言的層次體系

1、程序設(shè)計語言的層次體系 程序設(shè)計語言分為低級語言和高級語言兩類?！凹墶笔侵赋绦騿T與計算機(jī)對話的復(fù)雜程度。例如，就查詢語言來說，程序員(經(jīng)常是用戶管理人員)只需要涉及到計算機(jī)“做什么”，而不必涉及到計算機(jī)“怎樣做”。在高級語言中，程序員必須提供詳細(xì)說明“做什么”和“怎樣做”的指令，而軟件工具將幫助簡化程序員的工作。低級語言要求程序員詳細(xì)說明由計算機(jī)執(zhí)行的每一級操作。在使用高級程序設(shè)計語言時，程序員不必記住數(shù)據(jù)在主存中的存儲單元。這是由系統(tǒng)自動做的。而在使用低級語言時，程序員必須在程序中提供相應(yīng)的邏輯，以便監(jiān)視數(shù)據(jù)在主存中的物理位置。 低級語言 雖然人們用COBOL、PASCAL和FORTRAN來

2、談?wù)摮绦蛟O(shè)計，但是只有一種語言能夠在給定的計算機(jī)上執(zhí)行。那就是所謂的機(jī)器語言。所有其他語言都要被編譯(翻譯成機(jī)器語言)，并且最終用機(jī)器語言來執(zhí)行。 機(jī)器語言是很繁瑣的，因?yàn)橹噶?又稱操作碼或OP碼)和運(yùn)算數(shù)據(jù)的單元是用二進(jìn)制(一串0和1)來表示的。符號語言(有時稱作匯編語言或匯編級的語言)具有一個本質(zhì)上與機(jī)器語言一一對應(yīng)的指令系統(tǒng)。匯編語言的優(yōu)點(diǎn)是它用助記符號而不是用0和1來表示指令。例如，匯編語言中直接用“A”來表示“加”指令，而不用一串0和1來表示。在1970年之前，機(jī)器級和匯編級語言常常用于應(yīng)用程序的開發(fā)，特別用于系統(tǒng)軟件的開發(fā)。當(dāng)時信息服務(wù)人員認(rèn)為目標(biāo)程序利用計算機(jī)的效率高。自那時以來

3、使用高級語言無論在發(fā)揮人或是計算機(jī)的效率上都超過了機(jī)器語言。由于這一原因，多數(shù)現(xiàn)行的程序設(shè)計都是用高級語言來完成的。 高級語言 1.面向過程的語言 面向過程的語言(POL)是極其靈活的，可以用來刻劃幾乎所有科學(xué)的和商業(yè)的過程。程序順序地編寫指令，而系統(tǒng)則根據(jù)用戶的規(guī)定進(jìn)行處理。例如，工資系統(tǒng)就是使用POL來編定的。除非由程序邏輯控制去做其他事情，否則程序中的每一條指令都是按順序執(zhí)行的。在一個工資單生成系統(tǒng)中，執(zhí)行程序指令的特定順序取決于被處理的職工的工資計算方法(是按月發(fā)工資，還是按工時計算工資)。對每個職工都要重復(fù)該程序流程的順序。有三種主要的POL：科學(xué)計算的、商用的以及多用途的。下面我們

4、分別討論每一種POL。 (1)科學(xué)計算的語言。科學(xué)計算的語言是代數(shù)或公式化的語言。這種語言是為了滿足典型的科學(xué)計算處理要求(矩陣操作、精度計算以及其它方面)而設(shè)計的。第一個而且仍然是最為流行的科學(xué)計算語言是FORTRAN(公式翻譯程序的縮寫)。盡管在沒有商業(yè)語言時(在計算機(jī)不支持任何其它語言的情況下)FORTRAN已作為一種商用語言來使用了，但是FORTRAN的商業(yè)處理能力是有限的。 APL語言很快地抓住了一些用戶(主要是工程師)。APL是唯一使用帶有專用符號的交互式鍵盤來編寫程序的語言。 (2)商用語言。目前很流行的第一個商用語言是COBOL(面向商業(yè)的公用語言的縮寫)。它是一種功能很強(qiáng)而又

5、極為冗長的語言。發(fā)展COBOL語言的前提是：該語言的語句應(yīng)該近似于英語。有些程序員發(fā)現(xiàn)語言使用起來很麻煩。然而，COBOL語言尚處于方興未艾的時期，而且被廣泛地接受。今天，人們正在繼續(xù)對它進(jìn)行改進(jìn)。在若干年內(nèi)，COBOL仍將是一種流行的商用語言，但是使用該語言的相對百分比將會下降。COBOL最適合于具有循環(huán)處理周期的環(huán)境(例如打印工資支票)以及數(shù)據(jù)操縱量相當(dāng)大的環(huán)境。 美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所(ANSI)已經(jīng)對COBOL和其他語言建立了標(biāo)準(zhǔn)。建立這些標(biāo)準(zhǔn)的目的是使得在一臺計算機(jī)上編寫的程序可以移植到另一臺(即另一個廠商制造的)機(jī)器上去。不幸的是，ANSI標(biāo)準(zhǔn)很少被遵循；因此，COBOL程序只是部分可

6、移植的。 報表程序生成程序(RPG)可能是僅次于COBOL的最為流行的商業(yè)語言了。最初設(shè)計的RPG是在IBM公司數(shù)據(jù)錄入級的計算機(jī)上使用的。它用于一些成批處理環(huán)境的小型商業(yè)工作。RPG與其它POL不同之處在于程序員還必須通過選擇所要求的程序設(shè)計特色來說明某些處理要求(例如何時打印小計記錄的選擇等等)。 BASIC設(shè)計者的最意圖體現(xiàn)在該語言的名字上初學(xué)者通用的符號指令碼(Baginers All-Purpose Symbolic Instructional Code)。最初它被當(dāng)作講授程序設(shè)計的一個工具，但是在這個“初學(xué)者”語言的能力被充分?jǐn)U充后，它變得如此流行，以致目前BASIC是小型計算機(jī)系

7、統(tǒng)上用于應(yīng)用程序設(shè)計的一種上要語言。在大系統(tǒng)上也使用擴(kuò)展BASIC，但不是用于生產(chǎn)系統(tǒng)。由于BASIC通常也用來進(jìn)行少量的科學(xué)計算，因此，有人可能把它劃歸為多用途POL一類。 (3)多用途語言。多用途語言對于商業(yè)和科學(xué)計算是同等有效的。最為明顯的多用途語言是程序計算語言1/(即PL/T)。PL/1是在1956年由IBM公司普制出來的，但是，與任何一種語言一樣，它需要幾年的時間來排錯。許多公司(主要是IBM公司的用戶)，已經(jīng)采用PL/1作為它們所使用的唯一的POL。在剛剛引入PL/1時，由于它克服了現(xiàn)有程序設(shè)計語言的許多缺點(diǎn)而受到歡迎。然而，PL/1仍然沒有得到(原先期望那樣)普遍地接受。其原因

8、并非它的質(zhì)量和能力，而是由于許多公司已花了巨大投資用COBOL和FORTAN編制了大量應(yīng)用軟件。同時也由于使用這兩種語言的勢頭還在增長。 以最快速度發(fā)展起來的語言是PASCAL，它是以17世紀(jì)的數(shù)學(xué)家Blaise Pascal來命名的。PASCAL被看成是一種最新的POL。盡管只有1%-2%的商業(yè)生產(chǎn)程序是用PAS-CAL寫的，但是它的能力、靈活性以及自我說明結(jié)構(gòu)是不可忽略的。致使這個語言被廣泛接受(而且接受面還在繼續(xù)增大)的原因或許是因?yàn)榻^大多數(shù)的學(xué)院和大學(xué)的計算機(jī)科學(xué)教程主張將PASCAL作為未來的POL。隨著畢業(yè)生將這種主張帶進(jìn)商業(yè)界，目前它已經(jīng)引起了各界的興趣。ADA是新近引入的一種語

9、言，它是美國國防部開發(fā)的一種多用途語言。盡管只有少數(shù)人知道和理解ADA的用法，然而對于它能否被廣泛接受(不僅在軍界，對其他部門也一樣)。這一點(diǎn)，它的設(shè)計者們是很樂觀的。 2.面向問題的語言 面向問題的語言，是專門為了滿足某種特定應(yīng)用或解決特定問題的一組語句。面向問題有的語言不要求像面向過程的語言的那種詳細(xì)說明。例如，有幾種面向問題的語言就是專為統(tǒng)計分析而設(shè)計的。這種語言的用戶將注意力更多地集中在輸入和輸出上，而不是在數(shù)學(xué)上。數(shù)學(xué)是嵌入在語言中的。 已經(jīng)為幾十種應(yīng)用設(shè)計了各種面向問題的語言，這些語言正在被用戶使用。這些應(yīng)用是：離散和連續(xù)模擬(例如，GPSS、SIMSCRIPT、GASP-IV)，

10、程控機(jī)器刀具(例如，APT)，輔助工程師進(jìn)行建筑和橋梁上的受力點(diǎn)分析(例如，GOGO)，輔助系統(tǒng)分析(例如，SAS)以及輔助辦公人員進(jìn)行字處理(例如，SCRIBE)。 面向問題的語言具有做統(tǒng)計、字處理和任何語言所滿足的應(yīng)用的靈活性。然而，一種面向問題的語言總是局限于某種應(yīng)用。 3.查詢語言 與其它高級語言相比，用戶和用戶管理人員更喜歡使用查詢語言。然而，根據(jù)不同的情況，某個用戶可能會發(fā)現(xiàn)某種特定的面向問題的語言對他更有用。查詢的語言是朝著用戶環(huán)境發(fā)展的典范。一個用戶管理人員經(jīng)過幾個小時的培訓(xùn)和實(shí)踐就能有效地使用一種查詢語言。然后，他用很短的時間就能從一個信息系統(tǒng)中抽取信息或產(chǎn)生出一張報表。而通

11、常這點(diǎn)時間只夠用來向一個系統(tǒng)分析員或程序員說明技術(shù)要求。用戶只需說明做什么，而查詢語言軟件將自動規(guī)定怎樣做。 查詢語言利用高級的、類似英語的命令來檢索和編排滿足管理查詢和制表要求的數(shù)據(jù)。用查詢語言可以交互式地完成一次詢問(直接與計算機(jī)通信)。執(zhí)行程序產(chǎn)生的輸出直接在終端上顯示出來，或者產(chǎn)生一份硬拷貝。查詢語言具有以下特色：類似于英語的命令，對數(shù)據(jù)的有限的數(shù)學(xué)運(yùn)算操作，對報表的自動編排、排序以及按關(guān)鍵字挑選記錄等。 4.應(yīng)用程序生成程序盡管應(yīng)用程序生成程序的概念至今沒有嚴(yán)格的定義，但是目前已經(jīng)使用的那些應(yīng)用程序生成程序的目標(biāo)以及各種開發(fā)步驟的目標(biāo)是相同的。即它是不需要過程級指令就能夠說明開發(fā)一個信息系統(tǒng)的所有程序設(shè)計任務(wù)的一種語言。某些應(yīng)用程序生成程序(通過與程序員進(jìn)行交互式對話)已經(jīng)接近這一目標(biāo)。當(dāng)用應(yīng)用程序生成程序還在早期的開發(fā)階段?，F(xiàn)有的應(yīng)用程序生成程序并不具備面向過程語言的那種靈活性，而且不能用來開發(fā)完善的信息系統(tǒng)。然而當(dāng)用于預(yù)期的用途時，它將能成倍地提高程序員的生產(chǎn)效率。當(dāng)它們成熟時，在信息系統(tǒng)的開發(fā)中應(yīng)用程序生成程序?qū)⑵鹬絹碓街匾淖饔谩?未來的語言 程序設(shè)計語言的