Первые языки программирования

На картинке представлен список актуальных языков программирования, которые популярны в наше нынешнее время, но было ли так всегда? Ведь у всего есть своё начало. Так же и случилось с языками программирования: были такие языки программирования, что по сложности были сравнимы с написанием книги, а не программы. В этой лекции мы разберём эту тему подробнее: рассмотрим эволюцию первых языков программирования, их характеристики и значимость.

Первые языки программирования возникли в середине XX века, став началом новой эры в вычислительной технологии и компьютерных науках. Изначально программирование осуществлялось с помощью машинного языка, состоящего из двоичных кодов, которые были сложно воспринимаемы и требовали глубоких знаний архитектуры компьютера. В ответ на потребность в более понятных инструментах появились ассемблеры, позволяющие программистам работать с мнемоническими обозначениями, облегчая процесс написания инструкций для машин.

С развитием вычислительных систем начали появляться высокоуровневые языки программирования, такие как FORTRAN и COBOL. Эти языки предлагали более абстрактный подход к программированию, что значительно упрощало задачу разработки приложений и систем. FORTRAN, например, стал лидером в области научных вычислений, в то время как COBOL нашел применение в бизнесе благодаря своей способности обрабатывать большие объемы данных.

Машинный код

Машинный код — это самый низкоуровневый язык программирования, который представляет инструкции для процессора в виде двоичных чисел. Этот язык программирования напрямую взаимодействует с аппаратным обеспечением компьютера и является основой всех программ. Машинный код состоит из последовательностей битов (нулей и единиц), которые интерпретируются процессором как команды. Каждая команда или инструкция в машинном коде задается определенной последовательностью битов, и каждая команда соответствует определенной операции, которую должен выполнить процессор.

Примеры команд на машинном коде

Пример такой команды: 10110000 01100001. Этот набор двоичных цифр может, например, означать загрузку числа 97 в определенный регистр процессора. Вот как это выглядит:

• 10110000 — инструкция, которая может указывать процессору загрузить значение в регистр.
• 01100001 — значение, которое загружается (в данном случае это десятичное число 97).

Сложности программирования на машинном коде

Программирование на машинном коде требует глубоких знаний архитектуры процессора и особенностей работы с памятью. Любая ошибка в последовательности битов может привести к сбою программы или неправильной работе компьютера. Из-за этого программирование на машинном коде было чрезвычайно сложным и подверженным ошибкам процессом.

Почему машинный код был важен?

Машинный код был первой ступенью к созданию программ, которые могли выполнять полезные операции. Программисты писали инструкции, которые определяли, как должна работать машина. Однако этот процесс был чрезвычайно трудоемким и требовал глубокого понимания устройства компьютера. Даже малейшая ошибка могла привести к сбою системы.

Из-за сложности машинного кода возникла необходимость в создании более удобных для человека языков программирования. Так появился ассемблер, который позволял использовать символические коды вместо двоичных чисел. Например, вместо длинной последовательности 10110000 01100001, программа могла использовать мнемоническую команду MOV A, 61h, что значительно упрощало процесс разработки.

Основные языки программирования и даты их выхода

Эта таблица отражает эволюцию языков программирования, начиная с первых в 1950-х годах до более современных вариантов. Каждый из представленных языков имеет свои особенности и области применения, которые определяли их популярность и актуальность в различные времена.

Разберем их более подробно.

FORTRAN

Фортран (FORTRAN, от FORmula TRANslation) — это один из самых ранних языков программирования, разработанный в 1950-х годах для решения задач, связанных с математикой и научными вычислениями. Он оставил заметный след в мире программирования благодаря своей простоте и эффективности в обработке числовых данных, что делает его популярным в области инженерии и научных исследований.

Фортран поддерживает структурированное программирование и обладает мощными средствами для работы с массивами и матрицами, что было революционным для своего времени. На сегодняшний день существует несколько версий языка, включая Fortran 77, Fortran 90 и более современные варианты.

Ниже представлен простой пример кода на языке Фортран, который вычисляет сумму первых N натуральных чисел:

PROGRAM SumNaturalNumbers
  INTEGER :: N, Sum, I
  Sum = 0
  PRINT *, 'Введите значение N:'
  READ *, N
  DO I = 1, N
    Sum = Sum + I
  END DO
  PRINT *, 'Сумма первых', N, 'натуральных чисел равна', Sum
END PROGRAM SumNaturalNumbers

Этот код позволяет пользователю ввести число N и вычисляет сумму всех натуральных чисел от 1 до N, демонстрируя основные конструкции языка.

LISP

Язык программирования LISP, разработанный в 1958 году Джоном Макаратом, является одним из самых старых и влиятельных языков в мире вычислений. LISP выделяется своей уникальной синтаксической конструкцией, основанной на идее кодирования данных и программ в виде списков. Это позволяет легко манипулировать кодом как данными, что делает язык особенно мощным для задач в области искусственного интеллекта и обработки языков.

Основной строительный блок программ на LISP — это выражения, которые записываются в виде списков. Простой пример кода, вычисляющего сумму двух чисел, выглядит следующим образом:

(defun sum (a b)
  (+ a b))

(sum 3 5) ; Возвращает 8

В этом примере определяется функция sum, которая принимает два параметра a и b, а затем возвращает их сумму. LISP также поддерживает мощные механизмы для создания абстракций, таких как макросы, которые позволяют разработчикам определять новые синтаксические конструкции. Этот язык стал классикой и продолжает оказывать влияние на современные языки программирования, такие как Clojure и Racket.

COBOL

(Common Business-Oriented Language) — это язык программирования, разработанный в 1959 году для обработки бизнес-данных. Он стал популярен благодаря своей простоте и читабельности, что позволяет даже неспециалистам понимать программный код. COBOL используется в основном для разработки приложений в финансовых учреждениях, государственных установках и системах управления.

Формат COBOL включает четкую структуру, что облегчает его поддержку и модификацию. Программный код разделен на четыре раздела: IDENTIFICATION, ENVIRONMENT, DATA и PROCEDURE DIVISION.

Пример простой программы на COBOL, которая выводит приветствие:

       IDENTIFICATION DIVISION.
       PROGRAM-ID. HelloWorld.
       ENVIRONMENT DIVISION.
       DATA DIVISION.
       WORKING-STORAGE SECTION.
       01  Greeting       PIC X(30) VALUE 'Hello, World!'.
       PROCEDURE DIVISION.
           DISPLAY Greeting.
           STOP RUN.

Эта программа определяет переменную Greeting и выводит на экран сообщение "Hello, World!". Несмотря на свой возраст, COBOL продолжает использоваться благодаря своей стабильности и надежности в критически важных системах.

ALGOL

ALGOL, сокращение от Algorithmic Language, стал одним из первых языков программирования, оказав огромное влияние на последующие языки, такие как C, Pascal и Java. Разработанный в 1950-х годах, ALGOL был предназначен для описания алгоритмов и предоставления более формального и понятного способа записи программ. Его синтаксис оказался настолько элегантным, что лег в основу многих концепций в мире программирования.

Одной из ключевых характеристик ALGOL является использование блочной структуры, которая позволяет организовывать код в четко определенные блоки. Ниже приведен простой пример программы на ALGOL, вычисляющий факториал числа:

begin
   integer n, result;

   procedure factorial(m);
   begin
       if m = 0 then
           factorial := 1
       else
           factorial := m * factorial(m - 1);
   end;

   n := 5;
   result := factorial(n);
   output(result);
end

Этот код иллюстрирует, как ALGOL позволяет использовать рекурсию, что делает процесс написания алгоритмов интуитивно понятным. Несмотря на то что ALGOL сегодня не так широко используется, его наследие продолжает жить в современных языках программирования, подтверждая важность его концепций в вычислительной сфере.

BASIC

Язык программирования BASIC (Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code) был разработан в начале 1960-х годов для упрощения процесса обучения программированию. Его основная цель заключалась в том, чтобы предоставить ученикам доступный и интуитивно понятный инструмент для создания программ. BASIC быстро завоевал популярность благодаря своей простоте и удобству, что сделало его идеальным для начинающих программистов.

Код на BASIC часто характеризуется своей читаемостью и логической структурой. Вот пример простейшей программы, которая запрашивает у пользователя имя и выводит приветственное сообщение:

10 INPUT "Введите ваше имя: "; имя$
20 PRINT "Привет, "; имя$; "!"
30 END

В данном примере программа начинает с команды INPUT, которая запрашивает ввод имени. Затем командa PRINT отображает приветственное сообщение, используя переменную имя$. Эта простота делает BASIC отличной отправной точкой для тех, кто хочет освоить основы программирования. BASIC продолжает оставаться важной частью истории вычислительной техники, и его влияние ощущается в многих современных языках программирования.

PL/I

Язык программирования PL/I (Programming Language One) был разработан компанией IBM в начале 1960-х годов и предназначен для обработки больших объемов данных, а также для выполнения расчетов и управления системами. Он стал одним из первых языков, предлагающих функции для работы как с научными, так и с коммерческими приложениями, что сделало его универсальным инструментом в мире программирования.

PL/I сочетает в себе возможности различных парадигм программирования, включая процедурное, структурное и даже объектно-ориентированное программирование. Основная сильная сторона языка — это его мощная система обработки ошибок и управление памятью, что делает его идеальным для крупномасштабных корпоративных приложений.

Пример простого кода на PL/I, который вычисляет сумму чисел от 1 до N:

      DCL N FIXED BIN(31);
      DCL SUM FIXED BIN(31) INITIAL(0);
      DCL I FIXED BIN(31);

      PUT SKIP LIST('Введите N:');
      GET LIST(N);

      DO I = 1 TO N;
         SUM = SUM + I;
      END;

      PUT SKIP LIST('Сумма от 1 до', N, ' равна', SUM);

Этот код демонстрирует простоту и лаконичность синтаксиса PL/I, а также его способности к обработке данных.

Итоги

Первые языки программирования сыграли ключевую роль в становлении компьютерной науки и технологии, открыв новые горизонты для автоматизации и вычислений. С начала 1950-х годов, когда появились такие языки, как Fortran и LISP, разработчики смогли писать код, который стал более доступным и понятным, чем предыдущие машинные команды. Эти ранние языки заложили основы для дальнейшего развития сферы программирования, предлагая абстракции, которые значительно упростили процесс разработки.

Ключевыми итогами исследования первых языков программирования можно считать следующие моменты: во-первых, они положили начало концепции алгоритмов в виде программного кода, что изменило подходы к решению задач. Во-вторых, развитие этих языков продемонстрировало важность стандартизации и документирования, что способствовало созданию и распространению лучших практик программирования. Наконец, первые языки стали отправной точкой для создания более сложных и мощных языков, таких как C, Java и Python, которые продолжают активно использоваться и развиваться в современном мире, подтверждая свою значимость и сегодня.

Перейти к следующему шагу