程序設計語言的層次體系

1、1、程序設計語言的層次體系圖說明了程序設計語言的層次體系。 圖中將程序設計語 言分為低級語言和高級語言兩類?！凹墶笔侵赋绦騿T與計算機對話的復雜程度。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“做什么”，而不必涉及到計算機“怎樣做”。 在高級語言中，程序員必須提供詳細說明“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 員詳細說明由計算機執(zhí)行的每一級操作。在使用高級程序設計語言 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的邏輯， 以便監(jiān)視數(shù)據(jù)在主存中的物理位置。(P75

2、)圖20.7.1 程序設計語言的層次體系?低級語言雖然人們用COBOL PASCALS FORTRA來談論程序設計，但是 只有一種語言能夠在給定的計算機上執(zhí)行。那就是所謂的機器語言。所有其他語言都要被編譯（翻譯成機器語言），并 且最終用機器語言來執(zhí)行。機器語言是很繁瑣的，因為指令（又稱操作碼或OP碼）和運算數(shù) 據(jù)的單元是用二進制（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）具有一個本質上與機器語言一一對應的指 令系統(tǒng)。匯編語言的優(yōu)點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

3、器級和匯編級語言常常用于應用程序的開發(fā)， 特別用于系統(tǒng)軟件的開發(fā)。當時信息服務人員認為目標程序利用計 算機的效率高。自那時以來使用高級語言無論在發(fā)揮人或是計算機 的效率上都超過了機器語言。由于這一原因，多數(shù)現(xiàn)行的程序設計 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

4、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該程序流程的順序。 有三種主要的POL科學計 算的、商用的以及多用途的。下面我們分別討論每一種POL。（1）科學計算的語言?？茖W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計算處理要求 （矩陣操作、精度計算 以及其它方面 ）而設計的。 第一個而且仍然是最為流行的科學計算語 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 算機不支持任何其它語言的情況下）FORTRANE作為一種商用語言來 使用了，但是FORTRA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

5、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 ）。它是一種功能很強而又極為冗長的語言。發(fā)展 COBO語言的前提是：該語言的語句應該近似于英語。 有些程序員發(fā) 現(xiàn)語言使用起來很麻煩。然而， COBO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)對它進行改進。在若干年內，COBO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。COBO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)操縱量相當大的環(huán)境。美國國家標準研究所（ANSI）已經(jīng)對COBO和其他語言建立了標

6、準。建立這些標準的目的是使得在一臺計算機上編寫的程序可以移 植到另一臺 （ 即另一個廠商制造的 ） 機器上去。不幸的是， ANSI 標準 很少被遵循；因此，COBO程序只是部分可移植的。報表程序生成程序（RPG）可能是僅次于COB0的最為流行的商業(yè) 語言了。最初設計的 RPG是在IBM公司數(shù)據(jù)錄入級的計算機上使用 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 設計者的最意圖體現(xiàn)在該語言的名字上 初學者通用的符號 指令碼（Baginers All-Purpos

7、e Symbolic Instructional Code）。最初它被當作講授程序設計的一個工具，但是在這個“初學者”語言的能力被充分擴充后，它變得如此流行，以致目前BASIC是小型計算機系統(tǒng)上用于應用程序設計的一種上要語言。在大系統(tǒng) 上也使用擴展BASIC但不是用于生產系統(tǒng)。由于BASIC通常也用來 進行少量的科學計算，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IB

8、M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)有程序設計語言的許多缺點而受到歡迎。然而， PL/1 仍然 沒有得到（原先期望那樣 ）普遍地接受。 其原因并非它的質量和能力， 而是由于許多公司已花了巨大投資用COBO和 FORTA編制了大量應用軟件。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世紀的數(shù)學家 Blaise Pascal來命名的。PASCALS看成是一種最新的 POL盡管只 有1%-2%勺商業(yè)生產程序是用 PAS-CAL寫的，但是它的能力、靈活性 以及自我說明結構是不可忽略的。 致使

9、這個語言被廣泛接受 （而且接 受面還在繼續(xù)增大 ） 的原因或許是因為絕大多數(shù)的學院和大學的計 算機科學教程主張將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，它的設計者們是很樂觀的。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)計分析而設計

10、 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)學上。數(shù)學是嵌入在語言中的。已經(jīng)為幾十種應用設計了各種面向問題的語言，這些語言正在 被用戶使用。這些應用是：離散和連續(xù)模擬（例如，GPSSSIMSCRIPT GASP-IV），程控機器刀具（例如，APT），輔助工程師進行建筑和橋梁 上的受力點分析（例如，GOGO）輔助系統(tǒng)分析（例如，SAS）以及輔助 辦公人員進行字處理 （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用 的靈活性。然而，一種面向問題的語言總是局限于某種應用。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

11、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)過幾個小時的培訓和實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 或產生出一張報表。而通常這點時間只夠用來向一個系統(tǒng)分析員或 程序員說明技術要求。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 接與計算機通信 ） 。執(zhí)行程序產生的輸出直接在終端上顯示出來，或 者產生一份硬拷貝。查詢語言具有以下特色：類似

12、于英語的命令， 對數(shù)據(jù)的有限的數(shù)學運算操作，對報表的自動編排、排序以及按關 鍵字挑選記錄等。下面的例子說明一種查詢語言及其使用方法。一個人事經(jīng)理查 看圖 20.7.2 所示的報表。為了實現(xiàn)這個報表，這個經(jīng)理使用一種叫 做EASYTRIEVB由Pansophic System公司銷售的一個軟件產品）的查 詢語言來編制他請求的 “程序”表 20.7.1 說明了這個程序。表的第一句說明工資數(shù)據(jù)儲存在叫做“FILEA”的文件中，盡管在此例中只使用了一個文件，但是要求使用幾個文件，或 一個數(shù)據(jù)庫是沒有更多困難的。 第二行描述了產生圖 20.7.2 中的報 表所要求的文件中的數(shù)據(jù)元。用戶事先需要知道記錄的

13、格式。記錄 格式指出每個數(shù)據(jù)元在記錄中的相對位置，它的類型，以及它是字 母的，還是字母數(shù)字的。第一項 DEPARTMEN部門），從記錄的第98 個字符位置開始，占三個字符長度（N表示數(shù)字，而A表示字母數(shù)字）。 名字字段從第 17個字符位置開始，占 20個字符（字母數(shù)字）長度， 語句終止于一串9,如第三語句號中所示，用一個“IF”語句來規(guī)定 挑選記錄的關鍵字值。經(jīng)理所感興趣的只是在部門 911 和 914 中的 那些職工。如果想挑選更多的記錄，還可以再使用若干“IF” 語句。語句 說明應該按部門來排序輸出；也就是說，部門號為911的職工應排在部門號為 914的職工前面。通過再使用一個 “排序”

14、語句可以將一個部門的職工按其名字的字母順序排序。語句(5)指出應該計算總計和打印輸出的那些點。本例中，對每 個部門要求計算總計。語句(6)和(7)允許人事經(jīng)理規(guī)定報表的標題以及有關的列的標 題。語句(6)是第一層標題。語句 規(guī)定了用更加明顯的列標題來替換程序中縮寫的標識 (如，將用“ EMPOLO YEE NAM代替“ NAME)。對于“快速和非正 式”的報表可以省略語句(6)和。在COBO程序中，與上述人事 經(jīng)理的請求相等價的程序將要求 150行以上的源程序語句?？梢园唇换ナ绞褂貌樵冋Z言，來請求如下的信息：自1月1日以來，哪些職工的病假超過20次?今天有沒有騰出高級的單間病房？ 某年級學生的

15、所有數(shù)學課程的平均分是多少？按照部門標題名的字母順序列出已超過預算的那些部門等等。通過查詢語言可以很容易 地完成對于多少個文件和數(shù)據(jù)庫的少量查詢，例如，對于一個不知 道Pat Brown(伯特凡祭e)性別的秘書來說，查詢數(shù)據(jù)庫將比進行麻 煩的電話詢問要快得多。4. 應用程序生成程序盡管應用程序生成程序的概念至今沒有嚴格的定義，但是目前 已經(jīng)使用的那些應用程序生成程序的目標以及各種開發(fā)步驟的目標 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) 的所有程序設計任務的一種語言。某些應用程序生成程序(通過與程 序員進行交互式對話)已經(jīng)接近這一目標。當用應用程序生成程序還 在早期的開發(fā)階段?，F(xiàn)有的應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)。然而當用于 預期的用途時，它將能成倍地提高程序員的生產效率。當它們成熟 時