Конструкция языков программирования
Назначение языков программирования
Языки программирования
Языки программирования предназначены для связи человека с микропроцессорной системой. Эта связь заключается в передаче от человека в систему набор команд (инструкций), которые необходимо выполнить. Упорядоченный набор таких команд называется программа .
Т.о. языки программирования предназначены для написания компьютерных программ, содержащих инструкции по выполнению определённого процесса и организации управления какими-либо устройствами.
Языки программирования рассчитаны на использование ASCII , т. е. доступность всех графических символов ASCII является необходимым и достаточным условием для записи любых конструкций языка.
Программу на языке записывают в текстовом редакторе. Т.к. процессор понимает только цифровой двоичный код, написанные команды преобразуются в машинный код с помощью программы – переводчика, называемого транслятор. Различают два вида трансляторов:
1) интерпретаторы – обрабатывают текст непосредственно во время написания программы, т.е. каждую строку по отдельности;
2) компиляторы – преобразуют весь текст программы одновременно.
Работа программы состоит в обработке данных – констант и переменных . Действия над константами и переменными определяют операторы. Оператор являетсяинструкцией языка.
Программа представляет собой последовательность операторов, записанных друг за другом. По своей структуре программы могут быть линейными, циклическими и ветвящимися.
Различают уровни (по отношению к естественному, человеческому) языков программирования:
Низкого уровня – машинные языки;
Языки ассемблера – близки к машинному;
Языки высокого уровня – приближены к человеку.
Пользование машинным языком , единственно понятным микропроцессору, вызывает трудности, связанные с необходимостью записи громоздких, трудно запоминаемых двоичных кодовых комбинаций, со сложностью поиска ошибок в составленной программе, представляющую собой последовательность цифровых кодов, с трудностью внесения изменений в составленную программу.
Наряду с указанными недостатками язык кодовых комбинаций имеет и достоинства. Программа на этом языке оказывается наиболее эффективной, она занимает минимальный объем памяти и быстрее исполняется.
Пример: Для представления машинного языка используем DOS программу DEBUG - специальная программа, входящая в состав утилит MS-DOS, для ввода и пошагового выполнения программ, написанных на машинном языке или с помощью команд ассемблера (рис. 3.16).
Рисунок 3.16 – Просмотр содержимого ячеек памяти в окне программы DEBUG
Уровни языков программирования
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | Уровни языков программирования |
| Рубрика (тематическая категория) | Программирование |
Компиляторы и интерпретаторы
С помощью языков программирования создается не готовая программа, а только ее текст, описывающий ранее разработанный алгоритм.
Программы, которые принято называть – компиляторами.
Программы - интерпретаторы используют машинный код отдельно от исходного текста͵ либо сразу выполняют команды языка, указанные в тексте программы.
Интерпретато р берет очередной оператор языка из текста программы, анализирует его структуру и затем сразу исполняет (обычно после анализа оператор транслируется в неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ промежуточное представление или даже машинный код для более эффективного дальнейшего исполнения). Только после того как текущий оператор успешно выполнен, интерпретатор перейдет к следующему.
Компиляторы автоматически переводят текст программы в машинный код (полностью обрабатывают весь текст программы). Οʜᴎ просматривают его в поисках синтаксических ошибок (иногда несколько раз), выполняют определенный смысловой анализ и затем автоматически переводят (транслируют) на машинный язык - генерируют машинный код. В реальных системах программирования перемешаны технологии и компиляции, и интерпретации.
Разные типы процессоров имеют разные наборы команд. В случае если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности, то он принято называть языком программирования низкого уровня. В данном случае ʼʼнизкий уровеньʼʼ не значит ʼʼплохойʼʼ. Имеется в виду, что операторы языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора.
Языком самого низкого уровня является язык ассемблера, который просто представляет каждую команду машинного кода, но не в виде чисел, а с помощью условных символьных обозначений, называемых мнемониками. Однозначное преобразование одной машинной инструкции в одну команду ассемблера принято называть транслитерацией. Так как наборы инструкций для каждого модели процессора отличаются, конкретной компьютерной архитектуре соответствует свой язык ассемблера, и написанная на нем программа должна быть использована только в этой среде.
С помощью языков низкого уровня создаются очень эффективные и компактные программы, так как разработчик получает доступ ко всем возможностям процессора. С другой стороны, при этом требуется очень хорошо понимать устройство компьютера, затрудняется отладка больших приложений, а результирующая программа не должна быть перенесена на компьютер с другим типом процессора. Подобные языки обычно применяют для написания небольших системных приложений, драйверов устройств, модулей стыковки с нестандартным оборудованием, когда важнейшими требованиями становятся компактность, быстродействие и возможность прямого доступа к аппаратным ресурсам. В некоторых областям (к примеру, в машинной графике), на языке ассемблера пишутся библиотеки, эффективно реализующие требующие интенсивных вычислений алгоритмы обработки изображений.
Языки программирования высокого уровня значительно ближе и понятнее человеку, нежели компьютеру. Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, в связи с этим создаваемые программы на уровне исходных текстов легко переносимы на другие платформы, для которых создан транслятор этого языка. Разрабатывать программы на языках высокого, уровня с помощью понятных и мощных команд значительно проще, а ошибок при создании программ допускается гораздо меньше.
Программирование - ϶ᴛᴏ процесс составления компьютерной программы на базе некоторого алгоритма. Компьютерная программа - ϶ᴛᴏ закодированная информация о действиях, которые предписывается выполнить компьютеру, записанный или на языке машинных двоичный кодов, или на специальном языке программирования.
Переменная в программировании: тип, имя и значение . Мы знаем что в математике переменные - ϶ᴛᴏ данные которые меняют свои значения. В программировании переменная - ϶ᴛᴏ небольшая область в оперативной памяти компьютера, куда во время работы программы можно занести и хранить в закодированном виде неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ значение, которым при крайне важно сти можно пользоваться и ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ можно изменять.
Имя переменной - ϶ᴛᴏ название места (ячейки) в общем объёме ОЗУ используемое в программе на алгоритмическом языке вместо указания адреса , определяемого номером в шестнадцатеричной системе счисления. Языки программирования позволяют работать с простыми переменными и индексированными (элементами массива).
Типы переменных. Значение переменной, занесенное и хранимое в ячейке с ее именем, должна быть, как уже отмечалось, различным по типу числом либо символьным текстом. В соответствии со значением переменные называются целыми, действительными, символьными . Очевидно, что операции, которые можно произвести с числами, нельзя осуществить с символьным текстом. Объем памяти для хранения разных по типу значений тоже потребуется различный. По этой причине в некоторых языках программирования предусмотрены операторы, объявляющие тип переменной с указанным именем, в других языках программирования прямо в имени переменной употребляют значки, чтобы указать транслятору, сколько может понужнобиться места для хранение значения данной переменной.
Основные этапы решения задач на ЭВМ:
Вне зависимости от того, на каком алгоритмическом языке создается программа, этапы подготовки и решения задач на ЭВМ выглядят следующим образом:
1. Математическая постановка задачи - это формулировка задачи как задачи некоторого раздела математики.
2. Построение математической модели.
Модель - Это замещение изучаемого объекта другим объектом, который отражает существенные стороны данного объекта. Изучаемый объект может иметь несколько моделей исходя из требуемой точности результатов вычислений.
Пример . Определить периметр крышки стола.
 |
|||
 |
рисунок 1 рисунок 2
Здесь нас интересуют лишь размеры крышки стола, в связи с этим заменим реальный объект - “стол” плоской геометрической фигурой, размеры и конфигурация которой соответствуют поверхности крышки. Это должна быть такая фигура (рис.1)
При этом предварительно следует доказать, что радиусы закругления всех углов крышки стола, с точки зрения требуемой точности вычисления результатов, можно считать равными, и только после того фигура на рис.1 может считаться моделью крышки стола.
В случае если это доказано, то математическая постановка задачи имеет такой вид:
исходные данные : r- радиус закругления,
a, b, c, d- размеры прямолинейных частей фигуры;
результат : Р (периметр);
Вычислить значение Р: Р= 2Пr+a+b+c+d.
В случае если величина r такова, что при требуемой точности вычисления результатов закруглением углов можно пренебречь, то в качестве модели объекта можно взять четырехугольник общего вида (рис.2). В этом случае приходим к такой задаче:
исходные данные : а, b, с, d- размеры прямолинейной части фигуры;
результат : Р (периметр).
Вычислить значение Р: Р=a+b+c+d.
В качестве модели объекта задачи можно взять прямоугольник со сторонами а и b. В случае если окажется, что при заданной точности вычисления противоположенные стороны крышки можно считать равными, как и диагонали ее, МПЗ имеет такой вид:
исходные данные: a, b - размеры прямоугольника;
результат : P (периметр)
Вычислить значение Р:
3. Выбор метода решения.
4. Построение алгоритма.
5. Запись алгоритма на языке программирования.
6. Отладка программы на ЭВМ.
Пример решения задачи . Составить программу начисления зарплаты согласно следующему правилу:
если стаж сотрудника менее 5 лет, то зарплата 130 руб., при стаже работы от 5 до 15 лет - 180 руб., при стаже свыше 15 лет зарплата повышается с каждым годом на 10 руб.
Сформулируем задачу в математическом виде: Вычислить
130, в случае если ST< 5;
ZP < 180, в случае если 5 180 +(T-15)10, в случае если 15 ZP - заработанная плата͵ ST - стаж работы. Описание алгоритма на естественном языке: 2. В случае если
ST< 5, то
ZP:=130, перейти в п.5, 3. В случае если
ST< 15, то
ZP:=180, перейти к п. 5 4. ZP = 180+(ST-15)‣‣‣10 5. Сообщить значение, ST Пример
блок-схемы алгоритма решения задачи Уровни языков программирования - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Уровни языков программирования" 2017, 2018. Меня иногда спрашивают, что нужно выучить, чтобы стать программистом. Вопрос несколько наивный, т.к. нормально ответить на него по-моему невозможно. Т.е. для начала нужно выяснить, каким программистом нужно стать. Да и вообще, программистом ли? Кроме того, на рынке востребованы как высококвалифицированные дорогие специалисты, так и “рабочая сила”. Пакет знаний и опыта первых и вторых отличается в значительной степени. Но, не смотря на такую расплывчатость вопроса, дать ответ на него все же можно. Можно описать примерный максимум знаний, которые так или иначе относятся к программированию. Собственно, этот максимум обычно и стремятся преподать в ВУЗах на специальностях, в названии которых фигурирует слово “программист”. Я учился на программиста в колледже, потом в университете. Именно университет немного разложил по полочкам понимание и взаимосвязь дисциплин, относящиеся к так называемым компьютерным наукам. Пусть знания, которые там давали, были недалекими и немного устаревшими, но системный подход у них был сформирован неплохой. Спустя годы практики после окончания обучения я пришел к выводу, что ВУЗовская классификация дисциплин вполне хороша и позволяет ответить на вопрос, что же следует знать любому программисту. Конечно, знать все невозможно. Да и не нужно. Кроме того, какие-то вопросы нужно знать глубоко, а в других достаточно поверхностного обзорного понимания. По-этому в зависимости от специализации некоторые дисциплины более актуальны, некоторые менее. Но общие базовые знания необходимы почти по всем из них для любого инженера-программиста, от системщика до веб-разработчика. В предыдущем абзаце я нарочно ввел термин “инженер-программист”. Как-то получается так, что программист - это не обязательно инженер. Даже из определения Википедии следует, что инженер - это в первую очередь проектировщик. Это тот, кто создает, т.е. проектирует системы. А в практике программирования проектирование нужно не всегда. Иногда достаточно кодирования: используя данный набор технологий, слепить что-то работающее. Типичный пример - стадо корпоративных или маркетинговых сайтов на джумлах, ворпрессах, друпалах и т.д. Это уровень техника, не инженера. Это уровень среднего образования. И работать техником можно даже после окончания курсов какого-либо языка программирования, крепкая теоретическая база там не нужна. И, возвращаясь к инженерам-программистам, я хочу предложить свой граф дисциплин, которые изучают программисты. Очевидно, что одни дисциплины активно используют знания других, либо вовсе вырастают из других. Соответственно для полного понимания “верхнего” предмета, необходим какой-то уровень понимания нижнего. Граф состоит из предметов (дисциплин) и разбит на уровни. Самый нижний - Общая база
- вообще отношения к компьютерным наукам не имеет. Он приведен только для того, чтобы показать, на чем базируются дисциплины компьютерных наук. Между дисциплинами существуют 2 вида связей: использование
(обычная стрелка) и расширение
(контур стрелки). Использование подразумевает необходимость фрагментарных знаний другого предмета, а расширение - необходимость как минимум обзорных, но полных знаний расширяемой дисциплины. Первый уровень из CS (computer science) - Специальная база
. Это стартовая площадка для любого программиста по четырем фронтам: арифметические основы ЭВМ
(системы счисления и операции с числами, логические операции); физические основы ЭВМ
(полупроводники, транзисторы, логические элементы, схемы, интегральные микросхемы); теория алгоритмов
(алгоритмы и структуры данных; сложность, эффективность; способы представления информации в памяти);
(архитектура ОС, процессы, межпроцессное взаимодействие, потоки, планирование, работы с памятью и переферией, POSIX-системы); системный анализ
(предметная область, бизнес-процессы, потоки, диаграммы, принципы и теория системного анализа); базы данных
(теория множеств, виды СУБД, реляционные СУБД, модели данных, SQL, конкретные БД). Следующий уровень - Уровень 2
- развивает предыдущий. Кстати, попали в него только по той причине, что для их изучения желательно (но не обязательно) предварительно освоить операционные системы. По развитости этот предмет ближе все-таки к первому уровню. Уровень 2 включает: разработку ПО
(жизненный цикл ПО, этапы разработки, основы ведения программных проектов, инструменты); анализ данных
(Data Mining, OLAP, машинное обучение, нейронные сети, ИИ); компьютерные сети
(по уровням стеков TCP/IP и/или ISO/OSI “от и до”, протоколы, сетевое программирование на C/C++); языки программирования с управляемым кодом
(управляемый код, виртуальные машины, сборщики мусора, юнит-тестирование, собственно практика на C# или Java); Уровень 3
- последний уровень для среднего программиста. Он самый объемный и включает только те дисциплины, которые непосредственно связаны с разработкой ПО. Всего их получилось 6: разработка UI и юзабилити
(принципы построения интерфейсов пользователя); управление командами и проектами
(методологии разработки и другие вопросы управления); тестирование ПО
(обзорно: виды тестирования, инструменты); веб-технологии
(HTTP-протокол, веб-сервер, CGI, кэширование и проксирование, клиентское программирование); распределенные системы
(архитектуры распределенных систем, протоколы сетевого взаимодействия компонентов, инструменты, принципы, подходы к построению распределенных систем, отказоустойчивость, большие данные, высокие нагрузки); интерпретируемые языки программирования
(особенности, основы по двум-трем языкам, практика по одному-двум языкам: JS, PHP, Python, Ruby). Все, что идет выше, - расширенные Экспертные знания
. По большому счету этот уровень можно расширять неограниченно, добавляя в него смежные с разработкой дисциплины и наиболее сложные аспекты разработки ПО. Я привел 3 примера - разработка компиляторов, разработка операционных систем и построение архитектур больших программно-аппаратных систем, либо архитектур, рассчитанных на особо высокие нагрузки. Зависимости к нижним уровням на графе не рисовал, т.к. получится слишком много стрелок, идущих через все уровни, вплоть до Общей базы. Наверное, широкие зависимости - это один из признаков вопросов экспертного характера. Здесь как раз подтверждается то, что экспертный уровень требует самых широких знаний и хорошего опыта. Интересно в графе то, что он не только показывает предпочтительный порядок изучения предметов, но также: дает возможность понять, какие дисциплины нужны больше, какие меньше для работы в определенной специализации (просто выбрать основной предмет специализации и смотреть по связям и удаленности до других); дает понимание, как изучать компьютерные науки, если начинать не с фундаментальных основ, а с прикладных знаний (например, PHP) - можно двигаться по связям в стороны и вниз - собственно именно таким был мой личный путь развития (и я никак не могу назвать его самым легким, эффективным и оптимальным). Граф - это модель. А хорошая модель как правило дает ответы сразу на множество вопросов. Я поставил перед собой задачу сделать хороший граф, близкий к реальности. Естественно, он основан на моем личном опыте и не претендует на идеал. Я старался сделать его наиболее объективным. И еще раз напоминаю, что это граф для программиста. Т.е. для тестировщика, сисадмина и других близких к программированию профессий он будет более или менее близким, но явно другим. Разные типы процессоров имеют разные наборы команд. Если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности, то он называется языком программирования низкого уровня.
В данном случае «низкий уровень» не значит «плохой». Имеется в виду, что операторы языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора. Языком самого низкого уровня является язык ассемблера,
который просто представляет каждую команду машинного кода, но не в виде чисел, а с помощью символьных условных обозначений, называемых, мнемониками.
Однозначное преобразование одной машинной инструкции в одну команду ассемблера называется транслитерацией.
Так как наборы инструкций для каждого модели процессора отличаются, конкретной компьютерной архитектуре соответствует свой язык ассемблера, и написанная на нем программа может быть использована только в этой среде. С помощью языков низкого уровня создаются очень эффективные и компактные программы, так как разработчик получает доступ ко всем возможностям процессора. С другой стороны, при этом требуется очень хорошо понимать устройство компьютера, затрудняется отладка больших приложений, а результирующая программа не может быть перенесена на компьютер с другим типом процессора. Подобные языки обычно применяют для написания небольших системных приложений, драйверов устройств, модулей стыковки с нестандартным оборудованием, когда важнейшими требованиями становятся компактность, быстродействие и возможность прямого доступа к аппаратным ресурсам. В некоторых областях, например в машинной графике, на языке ассемблера пишутся библиотеки, эффективно реализующие требующие интенсивных вычислений алгоритмы обработки изображений. Языки программирования высокого уровня
значительно ближе и понятнее человеку, нежели компьютеру. Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому создаваемые программы на уровне исходных текстов легко переносимы на другие платформы, для которых создан транслятор этого языка. Разрабатывать программы на языках высокого уровня с помощью понятных и мощных команд значительно проще, а ошибок при создании программ допускается гораздо меньше. 2. Поколения языков программирования
Языки программирования принято делить на пять поколений.
В первое поколение входят языки, созданные в начале 50-х годов, когда первые компьютеры только появились на свет. Это был первый язык ассемблера, созданный по принципу «одна инструкция - одна строка». Расцвет второго поколения языков программирования пришелся на конец 50-х - начало 60-х годов. Тогда был разработан символический ассемблер, в котором появилось понятие переменной. Он стал первым полноценным языком программирования. Благодаря его возникновению заметно возросли скорость разработки и надежность программ. Появление третьего поколения языков программирования принято относить к 60-м годам. В это время родились универсальные языки высокого уровня, с их помощью удается решать задачи из любых областей. Такие качества новых языков, как относительная простота, независимость от конкретного компьютера и возможность использования мощных синтаксических конструкций, позволили резко повысить производительность труда программистов. Понятная большинству пользователей структура этих языков привлекла к написанию небольших программ (как правило, инженерного или экономического характера) значительное число специалистов из некомпьютерных областей. Подавляющее большинство языков этого поколения успешно применяется и сегодня. С начала 70-х годов по настоящее время продолжается период языков четвертого поколения. Эти языки предназначены для реализации крупных проектов, повышения их надежности и скорости создания. Они обычно ориентированы на специализированные области применения, где хороших результатов можно добиться, используя не универсальные, а проблемно-ориентированные языки, оперирующие конкретными понятиями узкой предметной области. Как правило, в эти языки встраиваются мощные операторы, позволяющие одной строкой описать такую функциональность, для реализации которой на языках младших поколений потребовались бы тысячи строк исходного кода. Рождение языков пятого поколения произошло в середине 90-х годов. К ним относятся также системы автоматического создания прикладных программ с помощью визуальных средств разработки, без знания программирования. Главная идея, которая закладывается в эти языки, - возможность автоматического формирования результирующего текста на универсальных языках программирования (который потом требуется откомпилировать). Инструкции же вводятся в компьютер в максимально наглядном виде с помощью методов, наиболее удобных для человека, не знакомого с программированием. 3. Обзор языков программирования высокого уровня
Fortran (Фортран).
Это первый компилируемый язык, созданный Джимом Бэкусом в 50-е годы. Программисты, разрабатывавшие программы исключительно на ассемблере, выражали серьезное сомнение в возможности появления высокопроизводительного языка высокого уровня, поэтому основным критерием при разработке компиляторов Фортрана являлась эффективность исполняемого кода. Хотя в Фортране впервые был реализован ряд важнейших понятий программирования, удобство создания программ было принесено в жертву возможности получения эффективного машинного кода. Однако для этого языка было создано огромное количество библиотек, начиная от статистических комплексов и кончая пакетами управления спутниками, поэтому Фортран продолжает активно использоваться во многих организациях, а сейчас ведутся работы над очередным стандартом Фортрана F2k, который появится в 2000 году. Имеется стандартная версия Фортрана HPF(High Performance Fortran) для параллельных суперкомпьютеров со множеством процессоров. Cobol (Кобол)
. Это компилируемый язык для применения в экономической области и решения бизнес-задач, разработанный в начале 60-х годов. Он отличается большой «многословностью» - его операторы иногда выглядят как обычные английские фразы. В Коболе были реализованы очень мощные средства работы с большими объемами данных, хранящимися на различных внешних носителях. На этом языке создано очень много приложений, которые активно эксплуатируются и сегодня. Достаточно сказать, что наибольшую зарплату в США получают программисты на Коболе. Algol (Алгол).
Компилируемый язык, созданный в 1960 году. Он был призван заменить Фортран, но из-за более сложной структуры не получил широкого распространения. В1968 году была создана версия Алгол 68, по своим возможностям и сегодня опережающая многие языки программирования, однако из-за отсутствия достаточно эффективных компьютеров для нее не удалось своевременно создать хорошие компиляторы. Pascal (Паскаль).
Язык Паскаль, созданный в конце 70-х годов основоположником множества идей современного программирования Никлаусом Виртом, во многом напоминает Алгол, но в нем ужесточен ряд требований к структуре программы и имеются возможности, позволяющие успешно применять его при создании крупных проектов. Basic (Бейсик).
Для этого языка имеются и компиляторы, и интерпретаторы, а по популярности он занимает первое место в мире. Он создавался в 60-х годах в качестве учебного языка и очень прост в изучении. С (Си).
Данный язык был создан в лаборатории Bell и первоначально не рассматривался как массовый. Он планировался для замены ассемблера, чтобы иметь возможность создавать столь же эффективные и компактные программы, и в то же время не зависеть от конкретного типа процессора. Си во многом похож на Паскаль и имеет дополнительные средства для прямой работы с памятью (указатели).
На этом языке в 70-е годы написано множество прикладных и системных программ и ряд известных операционных систем (Unix). C++ (Си++). Си++ - это объектно-ориентированное расширение языка Си, созданное Бьярном Страуструпом в 1980 году. Множество новых мощных возможностей, позволивших резко повысить производительность программистов, наложилось на унаследованную от языка Си определенную низкоуровневость, в результате чего создание сложных и надежных программ потребовало от разработчиков высокого уровня профессиональной подготовки. Java (Джава, Ява).
Этот язык был создан компанией Sun в начале 90-х годов на основе Си++. Он призван упростить разработку приложений на основе Си++ путем исключения из него всех низкоуровневых возможностей. Но главная особенность этого языка - компиляция не в машинный код, а в платформно-независимый байт-код (каждая команда занимает один байт). Этот байт-код может выполняться с помощью интерпретатора - виртуальной Java-машины JVM(Java Virtual Machine), версии которой созданы сегодня для любых платформ. Благодаря наличию множества Java-машин программы на Java можно переносить не только на уровне исходных текстов, но и на уровне двоичного байт-кода, поэтому по популярности язык Ява сегодня занимает второе место в мире после Бейсика. Особое внимание в развитии этого языка уделяется двум направлениям: поддержке всевозможных мобильных устройств и микрокомпьютеров, встраиваемых в бытовую технику (технология Jini) и созданию платформно-независимых программных модулей, способных работать на серверах в глобальных и локальных сетях с различными операционными системами (технология Java Beans). Пока основной недостаток этого языка - невысокое быстродействие, так как язык Ява интерпретируемый. 2 года назад я написал статью о классификации знаний в области программирования. Это было на волне интереса и моей активной деятельности по самообразованию в компьютерных науках. Написал статью и забыл о ней. Публиковать на Хабре не собирался. В конце концов, она базируется на моем личном опыте и знаних, которые могут оказаться весьма субъективны. Недавно, на фоне постоянно поступающих вопросов «как научиться программированию?», я вспомнил про этот материал и перечитал его. Прошло уже 2 года, пополнился опыт, добавились знания, изменились взгляды. Но эта статья для меня не утратила актуальности, и я не нашел почти ничего, что хотел бы в ней изменить. Мне показалось, что она все же достойна публикации. И, возможно, кому-то она поможет в собственном профессиональном развитии. Но прежде, чем «запустить» материал, еще небольшое отступление. О том, почему вообще я все это писал. Дело в том, что у нас в странах бывшего СССР с образованием в области IT очень туго. С одной стороны нет программ обучения, которые подготовят специалистов на должном уровне (наверное, за очень редкими исключениями, которые можно отнести к погрешности). С другой стороны, из-за широких возможностей самообразования, программисты и не спешат учиться в ВУЗах - все стремятся начать практиковать как можно раньше. Часто изучается только одно направление (например PHP+Mysql - самое популярное) и в бой. Причем, на этом все заканчивается. В итоге у нас огромное количество программистов, которые и базовых вещей не знают. Отсюда вытекают проблемы с качеством кода, и с эффекивностью алгоритмов, с велосипедированием. Но программирование - это полноценная область знаний, которая требует в том числе и инженерной подготовки. Точно так же, как строительство или телекоммуникации. Да, построить дом (особняк) можно своими руками и без образования. А поднять большинство сайтов можно прочитав пару книг по PHP и HTML. Но многоэтажку без специальной подготовки не построишь, как и Гугл не напишешь, не зная основ. Возможности для самообразования в компьютерных науках сейчас огромны. Единственное, чего не хватает, - это системности подготовки. Как разобраться, что и в какой последовательности изучать? Мне кажется, что этот материал поможет разложить по полочкам области знаний в компьютерных науках и составить для себя программу изучения по книгам. Выбор книг - тема отдельная, в рамки статьи не входит, но это можно обсудить в комментариях. Поехали. Но, не смотря на такую расплывчатость вопроса, дать ответ на него все же можно. Можно описать примерный максимум знаний, которые так или иначе относятся к программированию. Собственно, этот максимум обычно и стремятся преподать в ВУЗах на специальностях, в названии которых фигурирует слово “программист”. Я учился на программиста в колледже, потом в университете. Именно университет немного разложил по полочкам понимание и взаимосвязь дисциплин, относящиеся к так называемым компьютерным наукам. Пусть знания, которые там давали, были недалекими и немного устаревшими, но системный подход у них был сформирован неплохой. Спустя годы практики после окончания обучения я пришел к выводу, что ВУЗовская классификация дисциплин вполне хороша и позволяет ответить на вопрос, что же следует знать любому программисту. Конечно, знать все невозможно. Да и не нужно. Кроме того, какие-то вопросы нужно знать глубоко, а в других достаточно поверхностного обзорного понимания. По-этому в зависимости от специализации некоторые дисциплины более актуальны, некоторые менее. Но общие базовые знания необходимы почти по всем из них для любого инженера-программиста, от системщика до веб-разработчика. В предыдущем абзаце я специально ввел термин “инженер-программист”. Как-то получается так, что программист - это не обязательно инженер. Даже из определения Википедии следует, что инженер - это в первую очередь проектировщик. Это тот, кто создает, т.е. проектирует системы. А в практике программирования проектирование нужно не всегда. Иногда достаточно кодирования: используя данный набор технологий, слепить что-то работающее. Типичный пример - стадо корпоративных или маркетинговых сайтов на джумлах, ворпрессах, друпалах и т.д. Это уровень техника, не инженера. Это уровень среднего образования. И работать техником можно даже после окончания курсов какого-либо языка программирования, крепкая теоретическая база там не нужна. И, возвращаясь к инженерам-программистам, я хочу предложить свой граф дисциплин, которые изучают программисты. Очевидно, что одни дисциплины активно используют знания других, либо вовсе вырастают из других. Соответственно для полного понимания “верхнего” предмета, необходим какой-то уровень понимания нижнего. Граф состоит из предметов (дисциплин) и разбит на уровни. Самый нижний - Общая база
- вообще отношения к компьютерным наукам не имеет. Он приведен только для того, чтобы показать, на чем базируются дисциплины компьютерных наук. Между дисциплинами существуют 2 вида связей: использование (обычная стрелка) и расширение (контур стрелки). Использование подразумевает необходимость фрагментарных знаний другого предмета, а расширение - необходимость как минимум обзорных, но полных знаний расширяемой дисциплины. Первый уровень из CS (computer science) - Специальная база
. Это стартовая площадка для любого программиста по четырем фронтам: Специальная база предлагает фундаментальные теоретические знания, на которых строятся дисциплины более высоких уровней. Для среднего программиста необходимы обзорные знания по всем предметам специальной базы. Для некоторых специализаций требуется углубленное понимание теории алгоритмов (прежде всего - разработчикам разного рода библиотек). Уровнем выше располагаются дисциплины, которые являются базовыми именно в программировании. По-этому я назвал этот уровень Основы
. В него входят: Следом за Основами идет Уровень 1
. Это первый прикладной уровень, и особо нетерпеливые могут начать коммерческую практику, овладев этим уровнем. Он включает 5 дисциплин: Следующий уровень - Уровень 2
- развивает предыдущий. Кстати, компьютерные сети попали в него только по той причине, что для их изучения желательно (но не обязательно) предварительно освоить операционные системы. По развитости этот предмет ближе все-таки к первому уровню. Уровень 2 включает: Уровень 3
- последний уровень для среднего программиста. Он самый объемный и включает только те дисциплины, которые непосредственно связаны с разработкой ПО. Всего их получилось 6: Все, что идет выше, - расширенные Экспертные знания
. По большому счету этот уровень можно расширять неограниченно, добавляя в него смежные с разработкой дисциплины и наиболее сложные аспекты разработки ПО. Я привел 3 примера - разработка компиляторов, разработка операционных систем и построение архитектур больших программно-аппаратных систем, либо архитектур, рассчитанных на особо высокие нагрузки. Зависимости к нижним уровням га графе не рисовал, т.к. получится слишком много стрелок, идущих через все уровни, вплоть до Общей базы. Наверное, широкие зависимости - это один из признаков вопросов экспертного характера. Здесь как раз подтверждается то, что экспертный уровень требует самых широких знаний и хорошего опыта. Интересно в графе то, что он не только показывает предпочтительный порядок изучения предметов, но также: Граф - это модель. А хорошая модель как правило дает ответы сразу на множество вопросов. Я поставил перед собой задачу сделать хороший граф, близкий к реальности. Естественно, он основан на моем личном опыте и не претендует на идеал. Я старался сделать его наиболее объективным. И еще раз напоминаю, что это граф для программиста. Т.е. для тестировщика, сисадмина и других близких к программированию профессий он будет более или менее близким, но явно другим. P.S. Убедительная просьба не развивать холивары на тему, что должен
и что не должен
знать программист. Это личный выбор каждого и статья совсем не об этом. Здесь приведена классификация знаний и взаимосви между ними. Это интересно не всем, это нужно не всем.
Меня иногда спрашивают, что нужно выучить, чтобы стать программистом. Вопрос несколько наивный, т.к. нормально ответить на него по-моему невозможно. Т.е. для начала нужно выяснить, каким программистом нужно стать. Да и вообще, программистом ли? Кроме того, на рынке востребованы как высококвалифицированные дорогие специалисты, так и “рабочая сила”. Пакет знаний и опыта первых и вторых отличается в значительной степени.
