歷史回顧與語言分類

1、第1頁,第1章 歷史回顧與語言分類,PL簡史 三個計算時代 語言分類 重要語言18種,第2頁,1.1 PL簡史,50年代高級語言出現(xiàn) 60年代奠基性研究 70年代完善的軟件工程工具 80年代面向?qū)ο蟀l(fā)展 90年代多范型、持久化、多媒體、平臺無關(guān),第3頁,數(shù)學(xué)表示法,單元記錄設(shè)施,符號名稱,1950,數(shù)據(jù)規(guī)格說明,結(jié)構(gòu)化控制,COBOL（1958）,1960,非算法規(guī)格說明,交互使用,結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),面向?qū)ο缶幊?1970,并發(fā),數(shù)據(jù)抽象,1980,1985,符 號 匯編 （ 1950年代中期 ）,FORTRAN（1956）,ALGOL-58,APL （1962）,ALGOL-60,MAD（1959

2、）,RPG（1964）,BASIC（1964）,CPL（1963）,ALGOL-68,BCPL （1967）,PL/1 （1966）,Simula （1967）,Pascal(1973),B(1970),C (1972),并發(fā)Pascal (1975),Modula,CLU(1977),Smalltalk,Ada(1982),True BASIC(1980s),C+,1995,Ada(95),多范式型,java,1996,平臺無關(guān),第4頁,1.2 程序語言的計算背景,55 85 單主機(jī)計算 85 95 C/S計算 96 網(wǎng)絡(luò)計算,5,信息社會與計算機(jī),什么是信息 人們對客觀事物的感知，客觀事物

3、理解所作的再現(xiàn)和應(yīng)用 處理，信息的本質(zhì)是傳遞 信息表示（再現(xiàn)）/信息處理/信息傳遞 信息社會 信息經(jīng)濟(jì) 知識經(jīng)濟(jì) 特征：知識經(jīng)濟(jì)是社會的主導(dǎo) 處理、生產(chǎn)、應(yīng)用信息為 主要的活動 高數(shù)/農(nóng)業(yè)/工業(yè)/信息 第一產(chǎn)業(yè) 第二產(chǎn)業(yè) 第三產(chǎn)業(yè)（服務(wù)） 第四產(chǎn)業(yè)（IT） 計算機(jī)數(shù)字化、信息化對社會的作用,社會快速發(fā)展的原動力 摩爾定理：18目芯片集成度增加一倍成本下降一半，10年性能 提高100倍 10Intel4004,95IBMPC,DC-AT286,386,486 586(Pentum),pII,pIII（350MHZ，S：600mps,RAM 64M, D 8G) 從計算工具到信息工具 傳統(tǒng)應(yīng)用 科

4、學(xué)計算/數(shù)據(jù)處理/工程控制 計算機(jī)模擬 虛擬現(xiàn)實(shí) 多媒體 出版業(yè)、娛樂業(yè) 信息管理 一體化制造，一體化運(yùn)輸，無庫存零售，完善的服務(wù)業(yè),6,信息服務(wù) 改變我們的傳統(tǒng)生活 Internet 網(wǎng) 教育新概念 全球貿(mào)易 信息戰(zhàn)爭 全球信息服務(wù) 改變?nèi)说纳a(chǎn)、生活、交往的方式 進(jìn)一步節(jié)省人類勞力和資金、優(yōu)化活動過程 數(shù)字化改變?nèi)藢κ澜绲恼J(rèn)識，沖擊傳統(tǒng)的生產(chǎn)、交往 模式，傳統(tǒng)的道德和結(jié)果。,計算機(jī)科學(xué)與工程 計算機(jī)1945年第一臺ENIAC它是電子、自動、實(shí)現(xiàn)計算 過程（計算）的機(jī)器。 原理馮諾依曼 Von Neumann,運(yùn)算器 控制器,CPU,數(shù)據(jù) 指令,寄存器,逐條取出指令，加工數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)算法,7,

5、計算機(jī)科學(xué)圍繞算法的六個方面發(fā)展。,算法,限制,執(zhí)行,通信,分析,發(fā)現(xiàn),表示,探求規(guī)律性的東西,過程的元件構(gòu)造符合需求的產(chǎn)品，且費(fèi)用不超過隨著元件的革新 工程技術(shù)面貌快速改變,系統(tǒng)工程,硬件工程,軟件工程,信息工程,工程的構(gòu)造（即創(chuàng)造）性導(dǎo)致了計算機(jī)科學(xué)落后,計算技術(shù)的發(fā)展,單主機(jī)計算 55-85 客戶/服務(wù)器計算 85-95 網(wǎng)絡(luò)計算 95,第8頁,30年大致可分為以下三個時代。,1 單主機(jī)計算,程序設(shè)計時代 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計時代 軟件工程時代,第9頁,程序設(shè)計時代,55-65頭十年是單主機(jī)計算形成期。此時的硬件是CPU、內(nèi)、外存儲器、各種外設(shè)。軟件的操作系統(tǒng)成熟、并有少量的庫函數(shù)和系統(tǒng)支持程

6、序。應(yīng)用方式是編程計算。應(yīng)用領(lǐng)域是大型科學(xué)計算和大量數(shù)據(jù)處理。 編譯理論、技術(shù)成熟、大量高級語言涌現(xiàn)。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法、可計算理論完善。 高級程序設(shè)計語言的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員的第一次分工。 計算機(jī)是科學(xué)家的工具，開始人工智能研究。,第10頁,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計時代,65-75年是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計時代。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計使程序開發(fā)的速度、開發(fā)出程序的規(guī)模都有大幅度提高。 結(jié)構(gòu)化設(shè)計天然支持自頂向下逐步細(xì)化設(shè)計方法。 計算機(jī)的商業(yè)應(yīng)用奠定了計算機(jī)工業(yè)的基石。 60年代中期開始了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的研究。數(shù)據(jù)庫的成功被認(rèn)為是計算機(jī)界70年代一大成就。 計算機(jī)是各種專業(yè)人員的工具。,11,程序,文件,數(shù)

7、據(jù)庫數(shù)據(jù),第12頁,軟件工程時代,75-85年，是軟件工程時代。軟件工程實(shí)則是將系統(tǒng)工程用于計算機(jī)軟件。軟件也是工業(yè)產(chǎn)品。 為設(shè)計制造這個產(chǎn)品要定出規(guī)程、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。有了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)就可以作出設(shè)計、制造、管理的工具和驗(yàn)證測試工具。工程活動必然涉及人力組織，進(jìn)度、調(diào)配，投資和效益。 文檔開發(fā)也成為軟件開發(fā)的一部分，所以: 軟件=程序+文檔 計算機(jī)系統(tǒng)自成產(chǎn)業(yè),13,系統(tǒng)分析,設(shè)計,實(shí)現(xiàn),交付,測試,維護(hù),第14頁,應(yīng)用開發(fā)者又一次分工：程序員(按設(shè)計編碼測試)，高級程序員(按規(guī)格說明做設(shè)計)，系統(tǒng)分析員(按用戶需要寫需求規(guī)格說明書)。 軟件開發(fā)有了工程規(guī)范。人們自然想到利用軟件工具使本階段工作做得

8、更快更好。于是，大量涌現(xiàn)計算機(jī)輔助軟件工程(CASE)工具。 軟件工程使軟件制作從手工業(yè)進(jìn)入現(xiàn)代化大生產(chǎn)，軟件規(guī)模和開發(fā)效率隨之大增。1974年出現(xiàn)了4000萬句規(guī)模的軟件（美國航天飛機(jī)系統(tǒng)）。 70年代終端普及。要求在統(tǒng)一工作界面上操縱所有的工具。數(shù)據(jù)，出現(xiàn)了系統(tǒng)集成的概念。,續(xù),第15頁,面向?qū)ο蠹夹g(shù),1980年出現(xiàn)了Smalltalk系統(tǒng)為代表的面向?qū)ο蠹夹g(shù)。 結(jié)構(gòu)化程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+數(shù)據(jù) 面向?qū)ο蟪绦?對象+消息,算法,數(shù)據(jù),16,面向?qū)ο蟮姆庋b、抽象(類對象是實(shí)例對象的制造工廠)，繼承、多態(tài) 和動態(tài)束定的良好性能，它天然地符合軟件工程要求軟件的局部性、概括性、易維護(hù)、可重用、易擴(kuò)充等性

9、能。加上對象實(shí)體易于和客觀世界實(shí)體對應(yīng)(易設(shè)計，修改)，它成為過程塊程序模型之后最理想的軟件結(jié)構(gòu)模型。 對象通信模型還天生來和分布式計算的各節(jié)點(diǎn)通信機(jī)制對應(yīng)。 面向?qū)ο笥殖蔀榧绍浖?shí)現(xiàn)互操作(Interoperation)理想模型。,第17頁,2 分布式客戶/服務(wù)器計算,微機(jī)應(yīng)用 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 客戶/服務(wù)器應(yīng)用,第18頁,微機(jī)應(yīng)用,70年代末個人計算機(jī)開辟了個人應(yīng)用的新領(lǐng)域。微機(jī)軟件制造商按傳統(tǒng)的模式發(fā)展了大量微機(jī)軟件。這些微機(jī)CASE工具一直沿著“用戶友好”、“所見即所得”的方向發(fā)展。 最終用戶的出現(xiàn)標(biāo)志著人人使用計算機(jī)的全社會信息化的時代到來。然而，早期微機(jī)上的應(yīng)用開發(fā)者和傳統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)者的所

10、需知識結(jié)構(gòu)沒什么兩樣：熟悉一門高級程序設(shè)計語言、懂得開發(fā)方法，會建立應(yīng)用程序框架，利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法實(shí)現(xiàn)各計算模塊；作局部和總體測試；編制各種文檔。,第19頁,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本質(zhì)上是通過電路聯(lián)接將各處理單元的信息傳輸變換以達(dá)到整體信息處理和資源共享的目的。 70年代中期出現(xiàn)了一批局域網(wǎng)LAN(Local Area Network)。以后十年，以太網(wǎng)、3+網(wǎng)、Novell網(wǎng)得到充分發(fā)展?？梢员ＷC多種不同機(jī)型、不同操作系統(tǒng)、不同通信方式的機(jī)器作信息交換。 局域網(wǎng)特別適合一般企事業(yè)單位的信息管理。廠長、經(jīng)理可以隨時知道產(chǎn)品進(jìn)度和雇員情況。企業(yè)管理信息系統(tǒng)(MIS)一時成為一個非常有生命力的

11、應(yīng)用方向。 80年代，在局域網(wǎng)成熟的基礎(chǔ)上廣域網(wǎng)（WAN）出現(xiàn)即在不同協(xié)議的局域網(wǎng)之間加上網(wǎng)關(guān)（Gateway）和網(wǎng)橋（Bridge）,路由器（Router）使網(wǎng)間信息通暢無阻，并實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的通信。,20,Domain,Domain,第21頁,局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)應(yīng)用屬于分布式應(yīng)用。所謂分布式計算是多個用戶以獨(dú)立的計算機(jī)互連，共同完成某個任務(wù)。借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源共享，且地域不受限制，計算是高度并行的。 分布式計算首先要共享數(shù)據(jù)資源。某一站點(diǎn)上設(shè)一數(shù)據(jù)庫為其它站點(diǎn)的應(yīng)用服務(wù)開始了客戶（Client）和服務(wù)器（Server）應(yīng)用概念 局域網(wǎng)時代和第四代語言(4GL)成熟，在程序自動生成器幫助下，用戶可

12、以不編程序，以點(diǎn)菜單，填表格，甚至觸摸上機(jī)。只提要求不設(shè)計實(shí)現(xiàn)要求的程序，計算機(jī)使用大大簡化。,續(xù),第22頁,客戶/服務(wù)器應(yīng)用,既然數(shù)據(jù)庫服務(wù)器能簡化客戶端的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用。其它功能軟件（如排版，通郵，有限元計算，甚至整個圖書館管理系統(tǒng)）都可以放在單獨(dú)的服務(wù)器上由網(wǎng)絡(luò)上所有客戶共享。于是，大量服務(wù)器涌現(xiàn)。 85年開始了分布式客戶/服務(wù)器計算時代，計算資源高度共享，用戶使用極其簡單。又一次分工：系統(tǒng)開發(fā)者，應(yīng)用開發(fā)者，最終用戶。 服務(wù)器站點(diǎn)上的服務(wù)器程序，一般由軟件、設(shè)備制售商提供開發(fā)工具并帶有大量實(shí)用程序，由專業(yè)人員開發(fā)，客戶端的應(yīng)用程序一般是二次開發(fā)。 分布式客戶服務(wù)器計算模型與人類生產(chǎn)、交流、

13、生活中各種群體協(xié)作活動模型天然一致。,第23頁,多媒體技術(shù)的實(shí)用,85-95年又是多媒體技術(shù)滲入計算機(jī)的時代，基于信息表示和收集(電視、攝像、傳真、鍵盤，打印機(jī)、音響等)、信息的傳輸（衛(wèi)星電視、電話，無線、光纜通信網(wǎng)絡(luò))、信息處理（計算機(jī))三位一體的信息系統(tǒng)成為這個時代應(yīng)用的主流。 分布式客戶服務(wù)器計算時代的這些系統(tǒng)，使計算機(jī)的應(yīng)用能力進(jìn)一步擴(kuò)大：信息檢索可以達(dá)到聯(lián)網(wǎng)的任何地方；視頻會議；電子出版物；可視電話；遠(yuǎn)程教學(xué)；辦公室自動化；旅游服務(wù)系統(tǒng)；銀行儲蓄業(yè)務(wù)；各種信用卡。 出現(xiàn)聲控計算、觸摸計算、手寫輸入、數(shù)字照相、彩色打印、程控電話、VCD、DVD、漢顯傳呼等全新技術(shù)的產(chǎn)品和個人數(shù)字助理（

14、PDA）、電子排版、廣告制作、動畫制作等新興行業(yè)。,第24頁,多媒體與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)結(jié)合為新興領(lǐng)域發(fā)展提供可能，為基于衛(wèi)星定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)的城市交通控制、汽車駕駛自動化；停機(jī)坪調(diào)度；交通安全；軍事偵察。 多媒體與計算機(jī)模擬的綜合應(yīng)用是虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)。它使人與虛擬事物交互。虛擬大學(xué)、虛擬商場、虛擬銀行、虛擬將從根本上改變?nèi)藗兊纳罟ぷ鞣绞健?續(xù),第25頁,3 網(wǎng)絡(luò)計算,局域網(wǎng)時代應(yīng)用以單機(jī)計算為主，協(xié)作計算為輔。分布式客戶/服務(wù)器時代，以協(xié)作計算為主，一個客戶程序?qū)懖涣税偈?，其中大部分計算是在各種服務(wù)器中完成，只把結(jié)果傳回該客戶。應(yīng)用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)是廣域網(wǎng)(WA

15、N，若干局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)即為廣域網(wǎng))。 若干廣域網(wǎng)連成地區(qū)網(wǎng)(省、市)，由地區(qū)網(wǎng)再聯(lián)成主干網(wǎng)(按業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如交通部、教育部)，然后，全中國的主干網(wǎng)聯(lián)到一起再上國際互聯(lián)網(wǎng)(Internet)。 網(wǎng)絡(luò)就是計算機(jī)。 大量復(fù)雜計算，看似在自己的客戶機(jī)上做的，實(shí)際上都是在Internet網(wǎng)上的服務(wù)器上完成的。,第26頁,Internet上有幾十萬個各種各樣的服務(wù)器。有些服務(wù)器只提供專用的計算，另一些服務(wù)器在全網(wǎng)上提供用戶使用網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)。 萬維網(wǎng)WWW是在Internet網(wǎng)上裝上了Web服務(wù)器，使每個站點(diǎn)都認(rèn)識、傳遞標(biāo)準(zhǔn)化的主頁，使信息暢通無阻。 客戶與服務(wù)器之間遵照超文本傳輸協(xié)議（HTTP)傳遞信息。用戶要查

16、詢某個信息或作計算，他向本機(jī)的瀏覽器（Browser）指定主頁（Homepage）的URL地址，向相應(yīng)的Web服務(wù)器提出請求。HTTP把URL換成所在服務(wù)器上的文件路徑名，并按名找到服務(wù)器的主頁。如果查出該名是所在服務(wù)器上為客戶提供的HTML主頁，則Web服務(wù)器把該主頁傳回客戶機(jī)。用戶即可在自己的屏幕上看到結(jié)果。如果按文件路徑名查出的是通用網(wǎng)關(guān)接口(CGI)文件。則該文件由Web服務(wù)器“執(zhí)行”。Web服務(wù)器將執(zhí)行結(jié)果（以HTML格式）傳回請求的客戶。,續(xù),第27頁,續(xù),第28頁,主頁格式目前統(tǒng)一在超文本置標(biāo)語言(HTML)之下。HTML規(guī)定了主頁上何處放圖，何處放聲、象。何處放與此主頁相關(guān)的程

17、序。 平臺無關(guān)語言Java誕生（1995.5）使HTML主頁不僅能傳遞多媒體數(shù)據(jù)還能傳遞程序，使動畫也能傳遞。 網(wǎng)絡(luò)計算時代以WWW網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)、主頁文檔標(biāo)準(zhǔn)化和Java語言三大技術(shù)的成熟為標(biāo)志。 網(wǎng)絡(luò)上公開發(fā)布各種不同操作系統(tǒng)的Netscape和其它瀏覽器，各站點(diǎn)機(jī)按自己的操作系統(tǒng)下載瀏覽器就可以加入Internet用戶行列。 幾乎所有軟件工具，應(yīng)用軟件都能找到，下載（DownLoad)到本機(jī)直接應(yīng)用，或作二次開發(fā)。,續(xù),第29頁,96年網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)NC(Network Computer)問世，NC機(jī)只有一個簡單的操作系統(tǒng)有接各種多媒體的接口，快CPU，大內(nèi)存，好顯示器。不設(shè)硬盤，不用維護(hù)、升級個

18、人擁有的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，可節(jié)省大量維護(hù)費(fèi)。 客戶端的客戶程序越來越簡單。除了寫一個程序頭和程序尾之外，中間嵌入若干對各種服務(wù)器的請求，程序就編寫完了。善于將各服務(wù)器的各種功能組織到本專業(yè)的應(yīng)用(即目標(biāo)系統(tǒng))上，提出合理解決方案(Solution)是網(wǎng)絡(luò)計算時代應(yīng)用者的基本素質(zhì)。,續(xù),第30頁,Intranet與瘦PC,信息共享導(dǎo)致各企業(yè)機(jī)關(guān)信息無隱私。Intranet在Internet上圍上防火墻（Firewall）只讓認(rèn)定的信息輸入/輸出，防止黑客入侵。對使用者無任何影響。 沒有硬盤難于存放有個人隱私的個人數(shù)據(jù)庫。再者對于日常使用頻度較大的軟件人們習(xí)慣是私人有一套。97年瘦PC之說大為風(fēng)

19、行。它是對NC機(jī)的補(bǔ)充。即公眾業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，如教學(xué)系統(tǒng)，銀行系統(tǒng)，用NC，而私人PC（近年發(fā)展的HPC）用瘦PC。 由于近年P(guān)C快速降價，瘦PC呼聲并不高。低價位掌上型電腦（HPC）和高性能PDA快速發(fā)展。,第31頁,Java語言的平臺無關(guān)性,第32頁,Java向各行各業(yè)滲透,Java以編程語言出現(xiàn)，但它的平臺無關(guān)性使其成為通用的網(wǎng)絡(luò)平臺。它使網(wǎng)絡(luò)真正成為開放的，可伸縮的，動態(tài)的。這對于企業(yè)適應(yīng)千變?nèi)f化的市場。調(diào)整本企業(yè)的軟件，帶來極大方便。 目前Java應(yīng)用正突飛猛進(jìn)發(fā)展 學(xué)術(shù)研究：能即時得到最新技術(shù)成就；各種項(xiàng)目申請、評審快速批復(fù)。 金融業(yè)：虛擬證券交易所，動態(tài)股市行情服務(wù)；銀行全球業(yè)務(wù)運(yùn)

20、作合理化。 電信業(yè)：交互電視點(diǎn)播系統(tǒng)；以零管理的JavaStation代替PC。 政府行政：聯(lián)合國全球貿(mào)易節(jié)點(diǎn)中心（CTPNET）。將180多個國家買賣雙方聯(lián)系，使海關(guān)，保險，信貸，支付等50多個批文從3個多月縮短到一天，全球貿(mào)易基本設(shè)施。,第33頁,制造業(yè)：為定時供貨制造商節(jié)約成本，無倉儲準(zhǔn)時供貨。 運(yùn)輸業(yè)：提供航空，公路，鐵路，海運(yùn)，旅店一體化服務(wù)。借助交叉平臺靈活布置的優(yōu)點(diǎn)。 保健業(yè)：保健業(yè)全球每年2.3億美元。節(jié)約成本意義重大。合理化管理、臨床支持和決策。遠(yuǎn)程醫(yī)療、會診。完善的醫(yī)療檔案系統(tǒng)。擴(kuò)大醫(yī)師能力。 零售業(yè)：在競爭面前要頻繁改進(jìn)管理以增加銷售；電子購物。商品開到家庭和電子購貨亭（無傳統(tǒng)的商店）。