Основные понятия языков программирования. Развитие языков программирования

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.

Fortran (Фортран).Это первый компилируемый язык, созданный Джимом Бэкусом в 50-е годы. 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 появился очередной стандарт Фортрана F2k.

Cobol (Кобол).Это компилируемый язык для применения в экономической области и решения бизнес - задач, разработанный в начале 60-х годов. 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.

PL/1.В 1964 году все та же корпорация IBM создала язык PL/1, который был призван заменить Cobol и Fortran в большинстве приложений. Язык обладал исключительным богатством синтаксических конструкций. В нем впервые появилась обработка исключительных ситуаций и поддержка параллелизма. Надо заметить, что синтаксическая структура языка была крайне сложной. Пробелы уже использовались как синтаксические разделители, но ключевые слова не были зарезервированы. Язык так и не стал популярен вне мира IBM.

Algol (Алгол).Компилируемый язык, созданный в 1960 году. Он был призван заменить Фортран, но из-за более сложной структуры не получил широкого распространения.

Basic (Бейсик).В 1963 году в Дартмутском колледже был создан язык программирования BASIC (Beginners' All-Purpose Symbolic Instruction Code -- многоцелевой язык символических инструкций для начинающих). Язык задумывался в первую очередь как средство обучения и как первый изучаемый язык программирования. Было создано несколько мощных реализаций BASIC, поддерживающих самые современные концепции программирования (ярчайший пример -- Microsoft Visual Basic).Для этого языка имеются и компиляторы, и интерпретаторы, по популярности он занимает первое место в мире. Он создавался в качестве учебного языка и очень прост в изучении.

Pascal (Паскаль).Язык Паскаль по сути, это первый широко распространенный язык для структурного программирования. Впервые оператор безусловного перехода перестал играть основополагающую роль при управлении порядком выполнения операторов. В этом языке также внедрена строгая проверка типов данных, что позволило выявлять многие ошибки на этапе компиляции.

Отрицательной чертой языка было отсутствие в нем средств для разбиения программы на модули. Вирт осознавал это и разработал язык Modula-2 (1978), в котором идея модуля стала одной из ключевых концепций языка. В 1988 году появилась Modula-3, в которую были добавлены объектно-ориентированные черты. Логическим продолжением Pascal и Modula являются язык Oberon и Oberon-2.

С (Си). Данный язык был создан в 1972 году Керниганом и Ритчи 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. Он создавался как язык для разработки операционной системы UNIX.

В 1986 году Бьярн Страуструп создал первую версию языка Cи++,добавив в язык Си объектно-ориентированные черты, и исправив некоторые ошибки и неудачные решения языка.Cи++продолжает совершенствоваться и в настоящее время.

Java (Джава, Ява).Этот язык был создан компанией Sun в начале 90-х годов на основе языка 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.

Назначение и основы использования систем искусственного интеллекта; базы знаний, экспертные системы, искусственный интеллект

Естественно-языковый интерфейс был наиболее привлекателен для общения с ЭВМ с момента ее появления. Это позволило бы исключить необходимость обучения конечного пользователя языку команд или другим приемам формулировки своих заданий для решения на компьютере, поскольку естественный язык является наиболее приемлемым средством общения для человека. Поэтому работы по созданию такого рода интерфейса начались с середины 20-го века. Однако, несмотря на весь энтузиазм исследователей и проектировщиков, эта задача не решена и по сей день из-за огромных сложностей, связанных с пониманием предложений естественного языка и связного текста в целом. Некоторые программные продукты, которые появлялись на рынке, носили скорее экспериментальный характер, имели множество ограничений и не решали задачу кардинально. Тем не менее, несмотря на кажущийся застой в этой сфере, данная проблема остается актуальной и по сей день и вошла в состав проблематики, связанной с проектом ЭВМ пятого поколения.

Экспертные системы впервые появились в области медицины. Возникла идея интеграции знаний экспертов в области медицины или ее отдельных разделов в некоторую электронную форму, которая позволила бы начинающему врачу иметь своеобразного электронного советника при принятии решений по тому или иному врачебному случаю. Выбор области медицины объясняется слишком большой ценой ошибок, которые касаются жизни и здоровья людей. Постепенно от области медицины эта технология распространилась и на другие сферы деятельности человека, например, производство. Технология использования экспертных систем предполагает первоначальное "обучение" системы, т.е. заполнение ее конкретными знаниями из той или иной проблемной области, а потом уже эксплуатацию наполненной знаниями экспертной системы для решения прикладных задач. Эта идеология проявила себя в проекте ЭВМ пятого поколения в части привлечения конечного пользователя к решению своих задач и связана с проблемой автоформализации знаний.

Интеллектуальные пакеты прикладных программ позволяют, аналогично экспертным системам, предварительно создавать базу знаний, включающую совокупность знаний из той или иной области деятельности человека, а затем решать практические задачи с привлечением этих знаний. Различие этих видов пакетов состоит в том, что экспертные системы, в отличие от интеллектуальных ППП, позволяют интегрировать знания из так называемых слабо формализуемых предметных областей, в которых сложно определить входные и выходные параметры задачи, а также невозможно сформировать четкий алгоритм ее решения. Кроме того, экспертные системы не формируют алгоритм решения задачи как в случае интеллектуальных ППП, а лишь выдают "советы" пользователю на основании его запроса.

База знаний.

БЗ (англ. Knowledge base,KB) -- это особого рода база данных, разработанная для управления знаниями (метаданными), то есть сбором, хранением, поиском и выдачей знаний. Раздел искусственного интеллекта, изучающий базы знаний и методы работы со знаниями, называется инженерией знаний.

Наиболее важный параметр БЗ -- качество содержащихся знаний. Лучшие БЗ включают самую релевантную и свежую информацию, имеют совершенные системы поиска информации и тщательно продуманную структуру и формат знаний.

Одними из первых в русскоязычном Интернете (1998 год) термин База Знаний стал использовать Институт Геоэкологии Российской Академии Наук.

В зависимости от уровня сложности систем, в которых применяются базы знаний, различают:

БЗ всемирного масштаба

БЗ национальные

БЗ отраслевые

БЗ организаций

БЗ специалистов

Применение баз знаний.

Простые базы знаний могут использоваться для хранения данных об организации: документации, руководств, статей технического обеспечения. Главная цель создания таких баз -- помочь менее опытным людям найти существующее описание способа решения какой-либо проблемы предметной области.

Онтология может служить для представления в базе знаний иерархии понятий и их отношений. Онтология, содержащая еще и экземпляры объектов не что иное, как база знаний.

База знаний -- важный компонент интеллектуальной системы. Наиболее известный класс таких программ -- экспертные системы. Они предназначены дляпостроения способа решения специализированных проблем, основываясь на записях БЗ и на пользовательском описании ситуации.

Создание и использование систем искусственного интеллекта потребует огромных баз знаний.

Базы знаний в интеллектуальной системе.

Ниже перечислены интересные особенности, которые могут(но не обязаны) быть у интеллектуальной системы, и которые касаются баз знаний. Машинное обучение: Это модификация своей БЗ в процессе работы интеллектуальной системы, адаптация к проблемной области. Аналогична человеческой способности «набирать опыт».

Автоматическое доказательство (вывод): способность системы выводить новые знания из старых, находить закономерности в БЗ. Некоторые авторы считают, что БЗ отличается от базы данных наличием механизма вывода.

Интроспекция: нахождение противоречий, нестыковок в БЗ, слежение за правильной организацией БЗ.

Доказательство заключения: способность системы «объяснить» ход её рассуждений по нахождению решения, причем «по первому требованию».

Экспертная система (ЭС, expert system)- компьютерная программа, способная заменить специалиста-эксперта в решении проблемной ситуации. ЭС начали разрабатываться исследователями искусственного интеллекта в 1970х годах, а в 1980х получили коммерческое подкрепление.

Похожие действия выполняет программа-мастер (wizard). Как правило, мастера применяются в системных программах для интерактивного общения с пользователем (например, при установке ПО). Главное отличие мастеров от ЭС - отсутствие базы знаний; все действия жестко запрограммированы. Это просто набор форм для заполнения пользователем.

Искусственный интеллект(англ.Artificial intelligence,AI) - раздел информатики, изучающий возможность обеспечения разумных рассуждений и действий с помощью вычислительных систем и иных искусственных устройств. При этом в большинстве случаев заранее неизвестен алгоритм решения задачи.

Теорией явно не определено, что именно считать необходимыми и достаточными условиями достижения интеллектуальности. Хотя на этот счёт существует ряд гипотез, например, тест Тьюринга или гипотеза Ньюэлла - Саймона. Обычно к реализации интеллектуальных систем подходят именно с точки зрения моделирования человеческой интеллектуальности. Таким образом, в рамках искусственного интеллекта различают два основных направления:

символьное (семиотическое, нисходящее) основано на моделировании высокоуровневых процессов мышления человека, на представлении и использовании знаний;

нейрокибернетическое (нейросетевое, восходящее) основано на моделировании отдельных низкоуровневых структур мозга (нейронов).

Таким образом, сверхзадачей искусственного интеллекта является построение компьютерной интеллектуальной системы, которая обладала бы уровнем эффективности решений неформализованных задач, сравнимым с человеческим или превосходящим его. В качестве критерия и конструктивного определения интеллектуальности предложен мысленный эксперимент, известный как тест Тьюринга. В современной постановке можно рассматривать эту задачу как задачу приближения сингулярности в её сверхинтеллектуальном понимании.

На данный момент не существует систем искусственного интеллекта, однозначно отвечающих основным задачам, обозначенным выше. Успехи в исследовании аналоговых и обратимых вычислений позволят совершить большой шаг вперёд в построении систем искусственного интеллекта.

Наиболее часто используемые при построении систем искусственного интеллекта парадигмы программирования - функциональное программирование и логическое программирование. От традиционных структурного и объектно-ориентированного подходов к разработке программной логики они отличаются нелинейным выводом решений и низкоуровневыми средствами поддержки анализа и синтеза структур данных.

Компьютерные коммуникации и коммуникационное оборудование

Только с появлением компьютеров развитие коммуникаций приобретает поистине небывалый размах. Новая среда позволяет обмениваться электронными копиями информации со сказочными скоростями и хранить их в виде, удобном для корректировки.

Однако, чтобы пользоваться этими новыми средствами коммуникаций, необходимы определенные знания. Компьютеры соединяются между собой в глобальную систему, создавая единую информационную среду. Появляется глобальное информационное поле, доступное с любого расстояния. Все владельцы компьютеров, имеющие доступ к этому полю, могут обеспечиваться любой информацией. Участники коммуникаций могут вступать в дискуссию по любым вопросам с людьми из разных точек нашей планеты. Компьютерные коммуникации дают возможность проявить себя, корректировать свои идеи. Совместная обработка информации на огромных расстояниях открывает границы между народами для совместной деятельности. Таким образом, мы пришли к понятию компьютерной коммуникационной среды.

Компьютерная коммуникационная среда-совокупность условий и средств обмена информацией между людьми с помощью компьютеров.Рассмотрим, какие технические средства необходимы для коммуникации в компьютерной среде. Развитие компьютерных коммуникаций во многом было связано с тем, что людям приходилось работать сообща над весьма сложными и обширными задачами, а также пользоваться общими базами данных. Понадобилось объединить несколько компьютеров, чтобы передавать информацию с одного из них на другой, совместно использовать или изменять ее. Так появились компьютерные сети.

Компьютерная сеть-система взаимосвязанных компьютеров, предназначенных для передачи, хранения и обработки информации.

В небольших сетях все компьютеры обычно равноправны, т.е. пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера сделать общедоступными по сети. Такие сети называются одноранговыми. Если к сети подключено более 10 компьютеров, одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной. Для увелтчния производительности , а также в целях обеспечения большей надежности при хранении информации в сети, некоторые компьютеры специально выделяют для хранения файлов или программ-приложений. Такие компьютеры называются серверами.Сервер должен быть мощным, иметь весьма значительный объем оперативной и дисковой памяти.

Сервер-главный компьютер сети, который предоставляет доступ к общей базе данных, обеспечивает совместное использование устройств ввода-вывода и взаимодействие пользователей.

Компьютеры, подключенные к сети, имеют доступ ко всем сервисным услугам сервера. Но это возможно лишь тогда, когда каждая машина занесена в список клиентов сервер. Это означает. Что ему выделяется регистрационное имя и пароль.

Клиент-компьютер- компьютер сети, который имеет доступ к информационным ресурсам или устройствам сервера.

Коммуникационное оборудование предназначено для подключения персональных компьютеров, а также других устройств к технологическим сетям, построенным на базе выделенных каналов тональной частоты, радиоканалов и цифровых каналов передачи данных, а также позволяет построить многоуровневые технологические сети с применением различных физических каналов передачи данных в различных сегментах сети.

Сетевой адаптер - это специальное устройство, которое предназначено для сопряжения компьютера с локальной сетью и для организации двунаправленного обмена данными в сети. Сетевая карта вставляется в свободный слот расширения на материнской плате и оборудована собственным процессором и памятью, а для подключения к сети имеет разъем типа RJ-45. Наиболее распространены карты типа PCI, которые вставляются в слот расширения PCI на материнской плате. В зависимости от применяемой технологии Ethernet, Fast Ethernet или Gigabit Ethernet и сетевой карты скорость передачи данных в сети может быть: 10, 100 или 1000 Мбит/с.

Сетевые кабели

В качестве кабелей соединяющих отдельные ПК и коммуникационное оборудование в локальных сетях применяются:

1. Витая пара - передающая линия связи, которая представляет собой два провода, перекрученных друг с другом с определенным шагом с целью снижения влияния электромагнитных полей.

2. Коаксиальный кабель - кабель, который состоит из одного центрального проводника в изоляторе и второго проводника расположенного поверх изолятора.

3. Оптический кабель - это кабель, в котором носителем информации является световой луч, распространяющийся по оптическому волокну.

Кроме того, в качестве передающей среды в беспроводных локальных сетях используются радиоволны в микроволновом диапазоне. К коммуникационному оборудованию локальных сетей относятся: трансиверы, повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

Часть оборудования (приемопередатчики или трансиверы, повторители или репитеры и концентраторы или hubs) служит для объединения нескольких компьютеров в требуемую конфигурацию сети. Соединенные с концентратором ПК образуют один сегмент локальной сети, т.е. концентраторы являются средством физической структуризации сети, так как, разбивая сеть на сегменты, упрощают подключение к сети большого числа ПК.

Другая часть оборудования (мосты, коммутаторы) предназначены для логической структуризации сети. Так как локальные сети являются широковещательными (Ethernet и Token Ring), то с увеличением количества компьютеров в сети, построенной на основе концентраторов, увеличивается время задержки доступа компьютеров к сети и возникновению коллизий. Поэтому в сетях построенных на хабах устанавливают мосты или коммутаторы между каждыми тремя или четырьмя концентраторами, т.е. осуществляют логическу структуризацию сети с целью недопущения коллизий.

Третья часть оборудования предназначена для объединения нескольких локальных сетей в единую сеть: маршрутизаторы (routers), шлюзы (gateways). К этой части оборудования можно отнести и мосты (bridges), а также коммутаторы (switches).

Повторители(repeater) - устройства для восстановления и усиления сигналов в сети, служащие для увеличения ее длины.

Приемопередатчики(трансиверы) - это устройства, предназначенные для приема пакетов от контроллера рабочих станций сети и передачи их в сеть. Трансиверы (конверторы) могут преобразовывать электрические сигналы в другие виды сигналов (оптические или радиосигналы) с целью использования других сред передачи информации.

Концентраторы или хабы (Hub) - устройства множественного доступа, которые объединяет в одной точке отдельные физические отрезки кабеля, образуют общую среду передачи данных или сегменты сети, т.е. хабы используются для создания сегментов и являются средством физической структуризации сети.

Мосты(bridges) - это программно - аппаратные устройства, которые обеспечивают соединение нескольких локальных сетей между собой. Мосты предназначены для логической структуризации сети или для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия.

Коммутаторы(switches) - программно - аппаратные устройства являются быстродействующим аналогом мостов, которые делят общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту коммутатора. При поступлении данных с компьютера - отправителя на какой-либо из портов коммутатор передаст эти данные, но не на все порты, как в концентраторе, а только на тот порт, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер - получатель данных.

Маршрутизаторы(routers). Эти устройства обеспечивают выбор маршрута передачи данных между несколькими сетями, имеющими различную архитектуру или протоколы. Они обеспечивают сложный уровень сервиса, так как могут выполнять “интеллектуальные” функции: выбор наилучшего маршрута для передачи сообщения, адресованного другой сети; защиту данных; буферизацию передаваемых данных; различные протокольные преобразования. Маршрутизаторы применяют только для связи однородных сетей.

Шлюзы(gateway) - устройства (компьютер), служащие для объединения разнородных сетей с различными протоколами обмена. Шлюзы выполняют протокольное преобразование для сети, в частности преобразование сообщения из одного формата в другой.

Информационная безопасность и ее составляющие

Информационная безопасность-- состояние защищенности информационной среды общества, обеспечивающее ее формирование, использование и развитие в интересах граждан, организаций, государства (определение согласно ст. 2. Федерального закона от 04.07.96 № 85 «Об участии в международном информационном обмене»).

В качестве стандартной модели безопасности часто приводят модель CIA:

конфиденциальность (англ.confidentiality);

целостность (integrity);

доступность (availability).

Под конфиденциальностью понимается доступность информации только определённому кругу лиц, под целостностью -- гарантия существования информации в исходном виде, под доступностью -- возможность получение информации авторизованным пользователем в нужное для него время.

Выделяют и другие категории:

аутентичность -- возможность установления автора информации;

апеллируемость -- возможность доказать что автором является именно заявленный человек, и не никто другой.

"Общие критерии" описывают 11 классов, 66 семейств и 135 компонентов функциональных требований безопасности. Кроме этого содержатся сведения о том, каким образом могут быть достигнуты цели безопасности при современном уровне информационных технологий.

Классам присвоены следующие названия:

1. FAU - аудит безопасности;

2. FIA - идентификация/аутентификация;

3. FRU - использование ресурсов;

4. FCO - связь;

5. FPR - приватность;

6. FDP - защита данных пользователя;

7. FPT - защита функций безопасности объекта оценки;

8. FCS - криптографическая поддержка;

9. FMT - управление безопасностью;

10. FTA - доступ к объекту оценки;

11. FTP - доверенный маршрут/канал.

Классы функциональных требований к элементарным сервисам безопасности

К элементарным сервисам безопасности относятся следующие классы FAU, FIA и FRU.

Класс FAU включает шесть семейств (FAU_GEN, FAU_SEL, FAU_STG, FAU_SAR, FAU_SAA и FAU_ARP), причем каждое семейство может содержать разное число компонентов.

Назначение компонент данного класса следующее.

FAU_GEN - генерация данных аудита безопасности. Содержит два компонента FAU_GEN.1 (генерация данных аудита) и FAU_GEN.2 (ассоциация идентификатора пользователя).

Список литературы

Гук М. Аппаратные средства IBM PC./Спб.,Питер,1999г

Хорошилов А.В., Селетков С.Н. Мировые информационные ресурсы: Учебное пособие. - СПб: Питер, 2004

Дубнов П.Ю. Access 2000. Про ектирование баз данных. Ecom 2000

www.microinform.ru /Учебный центр компьютерных технологий «Микроинформ»

www.google.com/Поисковая система “Google”

www.yandex.ru/Поисковая система “Yandex”

www.gpntb.ru/Государственная публичная научно-техническая библиотека.

Размещено на Allbest.ru