Для получения решения некоторой задачи необходимо описать алгоритм ее решения. Алгоритм — заранее определенная последовательность правил, процедур, указаний или команд, которая за конечное количество шагов приводит к достижению поставленной цели.
Для решения задач по преобразованию представления и содержания информации используют ЭВМ — комплекс аппаратуры, способный выполнять некоторый набор команд, как правило, достаточно примитивных. Для реализации алгоритма необходимо описать его в виде последовательности команд, которые могут быть выполнены на ЭВМ. Алгоритм, выраженный в терминах команд, называют программой. Таким образом, любое применение ЭВМ предполагает ее комплектацию некоторым набором программ.
Для однозначного описания алгоритма перед реализацией его на ЭВМ используют систему правил и обозначений, называемую алгоритмическим языком, или языком программирования.
Машинный язык описывает возможности, предоставляемые аппаратурой ЭВМ, которая, как правило, предоставляет ограниченный набор команд и обрабатываемых структур данных. Основными компонентами ЭВМ являются процессорное устройство и память, представляющая собой массив адресуемых двоичных данных. Работа процессорного устройства заключается в выборке данных из памяти, модификации их и записи обратно в память. Программирование на машинном языке требует точного знания того, как те или иные данные представлены в виде последовательности битов и какие машинные команды нужно применять для реализации требуемых операций. Язык большинства ЭВМ достаточно беден и состоит из небольшого набора команд-указаний типа «сложить числа», «прочитать число, размещенное в определенном месте памяти», «запомнить число в определенном месте памяти», «перейти к команде, расположенной в определенном месте» и т. д. Чем проще машинные команды и чем меньше предусматривается команд, тем более эффективно они могут быть реализованы аппаратурой. Синтаксически машинные команды — это не более чем последовательности двоичных цифр, плохо запоминаемые человеком.
В то же время для человека, разрабатывающего программу, желательно, чтобы используемый им язык максимально отражал его потребности, давал возможность реализовывать средства управления и работы со структурами данных, максимально соответствующие решаемой задаче. Такой язык программирования называют языком высокого уровня. Ссылка на объекты в языке высокого уровня производится с помощью определенных пользователем имен, а не адресов памяти. Для манипуляции данными используют множество синтаксических конструкций, называемых операторами:
· операторы присваивания — это формулы, значения которых запоминаются в выделенных для этой цели переменных;
· операторы цикла обеспечивают многократное повторение групп операторов;
· условные операторы управляют изменением порядка вычислений в зависимости от значений данных;
· операторы ввода-вывода необходимы для организации обмена программы с внешним миром;
· сравнительно мощные операторы описания данных, обрабатываемых программой.
Чем разнообразнее конструкции, которые можно определить с помощью языка, тем сложнее задача будет реализована на данном языке.
Для перевода исходной программы в машинную, написанной на языке высокого уровня, используют программу или систему, называемую транслятором. Для выполнения программы, написанной на языке высокого уровня, необходимо ее откомпилировать.
Транслятор, преобразующий всю программу, называют компилятором. Если программа преобразуется отдельными операторами и сразу выполняется, такой транслятор называют интерпретатором.
Процесс разработки программ, таким образом, заключается в разработке алгоритма, записи этого алгоритма на некотором языке программирования и трансляции подготовленного таким образом текста для получения работающей машинной программы.
Кроме того, в процессе разработки производят проверки правильности разработанного алгоритма и его реализации в виде программы, соответствия получаемых с помощью программы результатов изначально поставленной задаче, поиск и исправление выявленных ошибок, т.е. тестирование и отладку программы.
