تحقیق مقاله زبان های سیستم کامپیوتر

اجرا و عملی ساختن الگوریتم‌های انتزاعی وابسته به هم به‌وسیله برای تولید یک برنامه رایانه‌ای مشخص با ابزار زبان برنامه‌نویسی ممکن است. گرچه نزدیک‌ترین راه برای بازسازی این قوانین در رایانه کار روی مدارهای الکترونیکی سخت‌افزار آن است. اما این کاری طاقت‌فرسا و زمان‌بر و درنتیجه کمابیش ناممکن است. واسط‌هایی ساخته شدند تا میان سخت‌افزار و انسان قرار گیرد. طبیعی است یک واسط به ساده کردن و انتزاعی کردن رویدادهای ممکن درون سخت افزار می‌‌پردازد. این انتزاعی کردن، سازنده سطوح گوناگون یا لایه‌بندی در معماری زیرساخت برنامه‌ها است. به همین ترتیب زبان‌های برنامه‌نویسی گوناگون هم هرکدام برای ساخت برنامه‌های یک یا شماری اندک از این لایه‌ها قابل استفاده هستند.

با متفاوت بودن آنچه برنامه‌نویس برای آسانی استفاده خود آفریده با ورودی واقعی‌سخت افزار برای اجرای فرامین (که به زبان ماشین معروف است) برنامه واسط باید شیوهٔ خط برنامه نویس را به زبان ماشین برگرداند

زبان‌های برنامه نویسی

تعدادی از زبان‌های برنامه‌نویسی به شمار زیر هستند :

اسمبلی (Assembly)

لیسپ (LISP)

بی سی پی ال (BCPL)

سی (C)

سی‌پلاس‌پلاس (++C)

سی پلاس پلاس/سی ال آی(C++/CLI)

پاسکال (Pascal)

جاوا (Java)

سی‌شارپ (#C)

جی شارپ (#j)

بیسیک (Basic)

پایتون (Python)

پرل (Perl)

پی‌اچ‌پی (PHP)

Matlab

وی بی دات نت (VB .Net)

دلفی (Delphi)

ویژوال بیسیک (visual basic)

لینگو (Lingo)

اسمبلی

Assembly

اَسِمبلی یک زبان‌ برنامه‌نویسی سطح پایین است و از بالاترین سرعت نسبت به سایر زبانها برخوردار است. زیرا سایر زبانها ابتدا به اسمبلی و سپس به زبان ماشین(0و1) کامپایل میشوند ولی اسمبلی مستقیما به زبان ماشین کامپایل میشود. برای هر خانواده CPU یک زبان اسمبلی وجود دارد. مثلا اسمبلی Intel با AMD فرق دارد. این زبان به طور مستقیم با سخت افزار، حافظه اصلی، CPU و غیره در ارتباط است.

زبانهای برنامه‌نویسی سطح بالا علی رغم توانایی‌های زیادی که دارند همیشه برای کار با سخت افزار مناسب نیستند(به جز C که برای کار باسخا افزار از همه حتی اسمبلی بهتر است) در حالی که اسمبلی قدرت زیادی برای کار با سخت افزار دارد.

میزان استفاده از حافظه

برنامه‌های نوشته‌شده به زبان اسمبلی نسبت به برنامه‌های معادل در زبانهای سطح بالا، حافظه کمتری را اشغال می‌کنند. البته این امر بستگی به انخاب اندازه سگمنت حافظه در زمان نوشتن برنامه دارد.

برنامه‌هایی که نیاز به زمان بلادرنگ دارند در اس۰۲:۵۲، ۷ نوامبر ۲۰۰۷ (UTC)۰۲:۵۲، ۷ نوامبر ۲۰۰۷ (UTC)~~مبلی به خوبی نوشته می‌شوند و همچنین برنامه‌های مقیم در حافظه.در ضمن برنامه نویس با اسمبلی کارهایی می‌تواند انجام دهد که با زبانهای سطح بالا نمی‌شود آن کارها را انجام داد. از جمله دستکاری مستقیم VGA و یا RAM.

لیسپ

لیسپ یک زبان برنامه‌نویسی رایانه است که در سال ۱۹۵۸ به وسیلهٔ جان مک‌کارتی ابداع شده است. این زبان، مانند زبان برنامه‌نویسی پرولوگ، بیشتر برای برنامه‌نویسی هوش مصنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توجه به اینکه زبان لیسپ از نحو ساده‌ای برخوردار است، تجزیه و پیاده‌سازی آن نسبتاً با سهولت انجام می‌شود.

متن برنامه‌های لیسپ عموماً از نمادها و لیست‌هایی از نمادها تشکیل می‌شود و بدین خاطر است که این زبان لیسپ (مخفف پردازش لیست) نامیده شده است. یکی از ویژگی‌های جالب زبان لیسپ این است که خود برنامه‌های لیسپ نیز لیست هستند و بنا بر این، می‌توان با برنامه‌ها به عنوان داده‌ها رفتار کرد و یا داده‌ها را به عنوان برنامه ارزیابی نمود.

لیسپ دارای گویش‌های مختلفی است که بعضی از آنها دارای قابلیت‌های شیءگرا نیز هستند. از این میان می‌توان به کامن لیسپ اشاره کرد.

سی++

زبان برنامه‌نویسی ++C (تلفظ می شود: سی پلاس پلاس) یک زبان برنامه‌نویسی کامپیوتری عمومی با قابلیت‌های سطح بالا و سطح پایین می‌باشد. این زبان دارای قابلیت‌های کنترل نوع ایستا، نوشتار آزاد، چندمدلی، معمولا زبان ترجمه شده با پشتیبانی از برنامه‌نویسی ساخت‌یافته، برنامه‌نویسی شی‌گرا، برنامه نویسی جنریک است.

زبان ++c یک زبان سطح میانی در نظر گرفته می‌شود. این زبان دارای قابلیت زبان‌های سطح بالا و پایین بصورت همزمان است.

زبان ++C توسط بی‌یارنه استراس‌تروپ دانمارکی در سال ۱۹۷۹ در آزمایشگاه های بل (Bell Labs) و بر مبنای زبان سی ساخته شد و آن را "C با کلاس" نام‌گزاری نمودند. در سال ۱۹۸۳ به ++c تغییر نام داد. توسعه با اضافه نمودن کلاس‌ها و ویژگی‌های دیگری مانند توابع مجازی، سربارگزاری عملگرها، وراثت چندگانه، قالب توابع، و پردازش استثنا انجام شد. این زبان برنامه‌نویسی در سال ۱۹۹۸ تحت نام ISO/IEC 14882:1998 استاندارد شد. نسخه فعلی استاندارد این زبان ISO/IEC 14882:2003 است. نسخه جدیدی از استاندارد (که به صورت غیررسمی C++0x نامیده می‌شود) در دست تهیه است.

تاریخچه زبان

استراس‌تروپ کار بر روی زبان «c با کلاس» را در سال ۱۹۷۹ آغاز کرد.ایده ساخت این زبان جدید در زمان کار بر روی تز دکترای خود به ذهن استراس‌تروپ خطور نمود. او متوجه شد که سیمولا دارای ویژگی‌های مناسب برای ساخت برنامه‌های بسیار بزرگ است اما برای استفاده عملی بسیار کند است اما BCPL با وجود سرعت بسیار زیاد برای ساخت برنامه‌های بزرگ بسیار سطح پایین است. زمانی که استراس‌تروپ کار خود را در آزمایشگاه های بل (Bell Labs) آغاز نمود با مشکل تحلیل هسته unix با توجه به محاسبات توزیع شده روبرو شده بود. با یادآوری تجربیات خود در دوران دکترا، او زبان C را با استفاده از ویژگی‌های سیمولا گسترش داد. C به این دلیل انتخاب شد که C یک زبان عمومی، سریع، قابل حمل، و بصورت گسترده در حال استفاده بود. علاوه بر C و سیمولا زبان‌های دیگری مانند ALGOL 68، ADA، CLU، ML نیز بر ساختار این زبان جدید اثر گذاشت. در ابتداویژگی‌های کلاس، کلاس‌های مشتق شده، کنترل نوع قوی، توابع درون خطی، و آرگومان پیش‌فرض از طریق Cfront به C اضافه شد. اولین نسخه تجاری در سال ۱۹۸۵ ارائه شد.

در سال ۱۹۸۳ نام زبان از «C با کلاس» به ++C تغییر یافت. ویژگی‌های دیگر شامل توابع مجازی، سربارگزاری عملگر و نام تابع، ارجاعات، ثوابت، کنترل حافظه توسط کاربر بصورت آزاد، کنترل نوع بهتر، و توضیحات یک خطی به صورت BCPL با استفاده از «//» نیز به آن اضافه شد. در سال ۱۹۸۵ اولین نسخه زبان برنامه‌نویسی ++C انتشار یافت و مرجع مهمی برای این زبان فراهم شد در حالی که هیچ استاندارد رسمی وجود نداشت. در سال ۱۹۸۹ ویرایش 2.0 از زبان ++C ارائه شد. ویژگی‌های جدیدی مانند ارث‌بری چندگانه، کلاس‌های انتزاعی، اعضای ایستای توایع، اعضای ثابت تابع، و اعضای حفاظت شده به آن اضافه شد. در سال ۱۹۹۰ «راهنمای مرجع ++C » منتشر شد. این کار بنیان استانداردهای بعدی شد. آخرین ویژگی‌های اضافه شده شامل موارد زیر بودند: قالب توابع، استثناها، فضاهای نام، تبدیلات جدید، و یک نوع داده منطقی.

در حین تکامل ++C کتابخانه استاندارد نیز بوجود آمد. اولین نسخه کتاب استاندارد شامل کتابخانه جریانات I/O بود که جایگزین printf و scanf شد. در ادامه مهم‌ترین ویژگی اضافه شده Standard Template Library بوده است.

استاندارد زبان

بعد از سال‌ها کار کمیته مشترک ANSI–ISO در سال ۱۹۹۸ ++C را استاندارد نمودند (ISO/IEC 14882:1998). به مدت چند سال پس از انتشار استاندارد این کمیته گزارشات معایب را مورد بررسی قرار داده نسخه اصلاح شده استاندارد ++C منتشر شد. در سال ۲۰۰۵ گزارشی فنی بنام «گزارش فنی کتابخانه ۱» (که معمولا بصورت اختصار TR1 خوانده می‌شود) انتشار یافت. با وجود این که گزارش بخشی رسمی از استاندارد نیست ولی بخش‌هایی را به آن اضافه نموده که انتظار می‌رود در نسخه‌های بعدی استاندارد در نظر گرفته شود. پشتیبانی از این گزارش در حال افزایش بین تمام کامپایلرهای فعلی است.

در حالی که ++C به هیچ موسسه‌ای وابسته نیست این مستندات بصورت آزادانه در دسترس نیستند.

نام ++C

این نام منسوب به ریک ماسکیتی (اواسط ۱۹۸۳) است و برای اولین بار در دسامبر سال ۱۹۸۳ به کار برده شد. در طول مدت تحقیق این زبان بنام «C جدید» و بعدها «C با کلاس» خوانده شد. در علوم کامپیوتر هنوز هم ++C به عنوان ابرساختار C شناخته می‌شود. آخرین نام از عملگر ++ در زبان C (که برای افزایش مقدار متغیر به اندازه یک واحد بکار می‌رود) و یک عرف معمول برای نشان دادن افزایش قابلیت‌ها توسط + ناشی گشته است. با توجه به نقل قولی از استراس‌تروپ: «این نام ویژگی‌ها تکاملی زبان در C را نشان می‌دهد.» +C نام زبانی غیرمرتبط به این زبان است.

استراس‌تروپ مبدا این نام را در فصل اول کتاب خود «زبان برنامه‌نویسی ++C» اشاره می‌نماید که معنی دیگر ++C را می‌توان در ضمائم کتاب جرج ارول بنام ۱۹۸۴ یافت. در سه قسمت از زبان تخیلی Newspeak «کلمات C» برای اشاره به لغات فنی و حرفه‌ای بکار می‌رود. «دو علامت +» برای ایجاد صفات عالی از صفات Newspeak به کار می‌رفت بنابراین ++C به معنای زبانی با بیشترین شباهت به C است.

وقتی که به صورت خصوصی از ریک ماسکیتی در مورد این اسم سوال شد او در جواب گفت که این اسم بصورت خودمانی در بین آنها به کار می‌رفته است و تصور نمی‌کردند که این نام بصورت نام رسمی این زبان درآید.

توسعه آینده

++C همچنان در حال تکامل است تا نیازهای آینده را پاسخگو باشد. نسخه جدید استاندارد ++C در حال بررسی است و تحت عنوان C++0x است که انتظار می‌رود در سال ۲۰۱۰ منتشر گردد. تغییرات کنونی نشان می‌دهد که که همچنان به صورت چندمدلی ++C تاکید می‌گردد. توسعه‌های مهم پشتیبانی از چندرشته‌ای و مفاهیمی برای راحت نمودن کار با قالب‌هاست. اضافه نمودن ویژگی جمع‌آوری زباله به آن به شدت مورد بحث است. Boost.org گروهی برای بیشترین استفاده از ویژگی‌های فعلی ++C می‌باشد. آنها ویژگی‌های تابعی و فرابرنامه‌نویسی آن را گسترش می‌دهند و در مورد ++C به کمیته استاندارد نصیحت‌هایی نموده است که کدام ویژگی‌ها خوب عمل نمی‌کنند و کدام‌ها نساز به توسعه دارند.

فلسفه

در کتاب «طراحی و تکامل ++C» بی‌یارنه استراستروپ قوانین مورد استفاده در طراحی ++C را بیان می‌نماید. دانستن این قوانین به فهمیدن نحوه عملکرد ++C و چرایی آن کمک می‌کند. جزئیات بیشتر در کتاب قابل دسترسی است:

++C طراحی شده است تا یک زبان عمومی با کنترل نوع ایستا و همانند C قابل حمل و پربازده باشد.

++C طراحی شده است تا مستقیما و بصورت جامع از چندین شیوه برنامه‌نویسی (برنامه‌نویسی ساخت‌یافته، برنامه‌نویسی شی‌گرا، انتزاع داده، و برنامه‌نویسی جنریک)

++C طراحی شده است تا به برنامه‌نویس امکان انتخاب دهد حتی اگر این انتخاب اشتباه باشد.

++C طراحی شده است تا حداکثر تطابق با C وجود داشته باشد و یک انتقال راحت از C را ممکن سازد.

++C از بکاربردن ویژگی‌های خاص که مانع از عمومی شدن است خودداری می‌نماید.

++C از ویژگی‌هایی که بکار برده نمی‌شوند استفاده نمی‌کند.

++C طراحی شده است تا بدون یک محیط پیچیده عمل نماید.

کتابخانه استاندارد

در سال ۱۹۹۸ استاندارد ++C شامل دو بخش هسته زبان و کتابخانه استاندارد ++C است. این کتابخانه شامل بیشتر بخش‌های STL و کتابخانه استاندارد C است. بیشتر کتابخانه‌های ++C در استاندارد وجود ندارند و یا استفاده از تعریف قابلیت پیوند کتابخانه‌ها را می‌توان در زبان‌هایی مانند فرترن، C، پاسکال، بیسیک نوشته شوند. البته با توجه به ویژگی‌های کامپایلر مشخص خواهد شد که کدام زبان را می‌توان استفاده نمود.

کتابخانه استاندارد ++C شامل کتابخانه استاندارد C با یک سری تغییرات برای بهبود عملکرد است. بخش بزرگ بعدی این کتابخانه STL است. STL شامل ابزار بسیار قدرتمندی مانند نگه‌دارنده‌ها (مانند vector و list)، تکرارکننده‌ها (اشاره‌گرهای عمومی شده) برای شبیه‌سازی دسترسی مانند آرایه الگوریتم‌هایی برای جستجو و مرتب‌سازی در آنها وجود دارند. نقشه‌ها (نقشه‌های چندگانه) (آرایه شرکت‌پذیر) و مجموعه‌ها (مجموعه‌های چندگانه) واسط‌های عمومی فراهم می‌سازند. در نتیجه با استفاده از قالب تابع، الگوریتم‌های جنریک با هر نگه‌دارنده و دارای تکرارکننده عمل نماید. همانند C ویژگی‌های کتابخانه را می‌توان با استفاده از شبه دستور include# شامل یک سرآیند استاندارد اضافه نمود. c دارای ۶۹ کتابخانه استاندارد است که ۱۹ تا از آنها نامناسب تشخیص داده شده‌اند.

استفاده از کتابخانه استاندارد - مانند std::vector یا std::string به جای آرایه‌های C- موجب ایجاد برنامه‌های مطمئن‌تر شده است.