计算机编程语言的演变.pdf

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1、收稿日期：2009-10-23作者简介：邵长磊（1964-），男，硕士，副研究员，研究方向：农业信息管理。计算机编程语言的演变邵长磊，吾际舟，刘 斌，白玉宝（中国农业科学院农业信息研究所，北京100081）摘要：回顾了计算机语言发展的主要脉络，并对计算机语言的发展前景进行了展望。关键词：计算机语言；Assembly；FORTRAN；Cobol；C/C+；Java中图分类号：TP33文献标识码：A文章编码：1672 6251（2009）11 0112 04Evolutionof ComputerProgrammingLanguagesShao Changlei,Wu Jizhou,Liu Bin

2、,Bai Yubao（AgriculturalInformation Institute of Chinese Academy of AgriculturalSciences,Beijing 100081,China）Abstract:The main development vein of computer language was reviewed,and the development prospect presented.Key words:computer language;Assembly;FORTRAN;Cobol;C/C+;Java 农业网络信息2009年第11期交流园地世界第

3、一台电子计算机于1946 年在美国宾夕法尼亚大学诞生，从它诞生的那一刻起计算机软件就与其 形影 不 离，可 以 说 计 算 机 离 开 了 软 件 就 是 一 堆 废铁，软件离开了计算机就无所作为。1早期的计算机语言1.1机器语言最早的计算机语言是机器语言，这是一种与计算机硬件密切相关的语言。每台计算机都有自己的指令系 统，硬 件 设 计 一 旦 完 成，它 的 指 令 系 统 也 就 确 定了，即确定了它的机器语言系统。机器语言都是由0和 1 的序列所组成，包含指令、数据、地址等，它的优点是执行速度快、效率非常高，但与此同时要求编程人员对计算机的内部硬件结构要非常清楚，而且这样的指令系统也是

4、难于记忆的，要想修改和维护非常困难。1954 年前后，对程序员的投资接近计算机本身的价值，而且计算机的使用时间的1/41/2 是花在程序的排错上。那时，人与计算机的交互是使用卡片阅读机或者纸带机，程序员写好程序后把程序交给穿孔员，穿孔员将每一条指令在卡片或纸带上穿孔，然后通过光电设备读取上面的指令。一个好用的应用程序需要反复调试，因此，编程和排错占了一台计算机运行投资的3/4。该机器语言被称为第一代计算机语言。1.2汇编语言由于二进制代码难于记忆，因此人们自然而然地就 想 到 用一 些 助 记 符 来 代 替 这 些 难 于 记 忆 的 二 进 制码，比如用ADD 代表加法指令、SUB 代替减

5、法指令、MOV 代 表 数 据 传 送 指 令、JUMP 代 表 地 址 跳 转 指 令等。这样，虽然对编程人员是方便了，但是计算机本身是不识别ADD、SUB、MOV 这样的指令。因此人们发 明 了 将 这 些指 令 助 记 符 翻 译 成 机 器 语 言 的 汇 编 系统。汇编系统负责将这些助记符翻译成机器码，并将编译好的不同片段放到适当的位置，形成可执行的目标码，这就是第二代编程语言汇编语言。汇编语言本质上还是一对一地将程序转化为机器码，因此它具有机器语言的所有优点，即效率高、速度快。编程技术发展到今天，汇编语言仍有其存在的意义，因为对于硬件驱动的底层程序，虽然可以用C 语言来实现，有时程

6、序员还是使用汇编，原因是汇编语言编出的程序精简、高效，且与高级语言的库函数无关，因此便于向不同的硬件环境移植。汇编语言与机器语言相比，提高了编程效率，并一定程度上解决了软件业遇到的困扰。2高级语言2.1FORTRAN计算机被发明之初由于造价昂贵，它主要被用于112 农业网络信息2009年第11期交流园地科学计算和军事，比如炮弹和导弹弹道的计算、气象预报中大量的数值计算等。早在 1951 年，美 国 IBM公司约翰 贝克斯(John Backus)针对汇编语言的不足研究开发了另一种语言FORTRAN 语言，并于 1954年在纽约正式对外发布，被称为 FORTRAN 。FOR-TRAN 虽然功能简

7、单，但它的开创性工作在社会上引起了极大的反响。到 1957 年第一个FORTRAN 编译器在 IBM704 计算机上实现，首次编译并成功运行了FORTRAN 程 序。它的 全名 是 IBM Mathematical For-mula Translation System（机 器 公 式 翻 译 系 统），简 称FORTRAN。该语 言 的设 计 目 标 旨 在以 充 分 低 的 代 价把 含有 丰 富 数 学 表 达 式的 程 序 翻 译 成 高 效 的 目 标 程序。这个研究成果一经公布，受到了用户们的欢迎。IBM 公司将这种语言配备在IBM704 计算机上推给他的用户以后引起了很大的轰动。

8、这个语言版本已具备了当今 FORTRAN 标准的基本结构。1958 年，IBM 公司对FORTRAN 进行了扩充和完善，引进了子函数等概念，推出了商业化的FOR-TRAN 版 本，后 来 虽 然 研 制 了 FORTRANIII，但 是因 为 有 缺 陷 并 未 得 到 实 施。1962 年 推 出 FORTRAN。随着 FORTRAN 语言版本的不断更新和变化，语言不兼容性问题日益突出，语言标准化工作被提上了日 程。1962 年 5 月，美 国 标 准 化 协 会(简 称 ANSI)成 立 相 关 机 构 进 行 FORTRAN 语 言 标 准 化 的 研 究 工作，并于 1966 年正式公

9、布了两个标准文本：美国国家标准 FORTRAN(ANSI X3.9-1966)和美国国家标准基 本 FORTRAN（ANSI X3.10-1966），前 者 相 当 于FORTRAN ,后 者 相 当 于 FORTRAN 。基 本 FOR-TRAN 是美国国家标准FORTRAN 的一个子集，从而实现了语言的向下兼容，初步解决了语言的兼容性问题。通 常 称 美 国 国 家 标 准 FORTRAN 也 称 为 FOR-TRAN 66，FORTRAN 66 的推出在国际上产生了广泛影 响，1972 年 国 际 标 准 化 组 织(简 称 ISO)在 FOR-TRAN 66 基 础 上 制 定 了 F

10、ORTRAN 语 言 三 级 国 际 标准：基本级、中 间 级和 完 整 级。20 世 纪 60 年 代末，结构化程序设计方法提出后，具有结构化特征的程序设 计 语 言 开 始 出 现，许 多 计 算 机 厂 商 开 始 对 FOR-TRAN 66 进行不同程度的扩充，引入了结构化特征。针 对 这 种 情 况，ANSI 于 1976 年 对 FORTRAN66(ANSI X3.9-1966)进行了修订，吸收了计算机厂商所扩 充的 一 些 行 之 有 效 的 功 能，同 时 增 加 了 许 多 新 内容。ANSI 于 1978 年 4 月正式公布了新的美国国家标准(程序设计语言FORTRAN A

11、NSI X3.9-1978)，同时宣 布 撤 消 ANSI FORTRAN3.9-1966，称 新 标 准 为FORTRAN 77。FORTRAN 77 向下兼容FORTRAN 66。在 1980 年 FORTRAN 77 被 ISO 正式确 定为国际标准ISO 1539-1980，该标准分全集和子集。FORTRAN 77推出后，由于具有结构化特征，在社会上得到了广泛应用。同时由于扩充了字符处理功能，在非数值处理领域也能大显身手。20 世纪 80 年代末，FORTRAN 77 结构化和现代化的研究开始兴起，到 1991 年 5 月，ANSI 公布了新的 美 国 国 家 标 准 FORTRAN(

12、ANSI 3.198-1991)。此后，ISO 采 纳 该 标 准，并 确 定 为 国 际 标 准 ISO/IEC1539-1:1991，新国际标准还采纳了我国计算机和信息处理标准化技术委员会程序设计分会提出的多字节字符集数据类型及相应的内部函数，为非英语国家使用计 算 机 提 供 了 极 大 的 方 便。新 标 准 称 为 FORTRAN90，FORTRAN 90 向下兼容FORTRAN 77。不久又出现 了 FORTRAN 95、FORTRAN2003。FORTRAN 语 言是 最 早 出现 的 高 级 语 言 之 一，而 且 它 的 生 命 周 期 很长，从 20 世纪 50 年代一直延

13、续至今，在数值计算领域至今仍在使用，特别是在大型数组的矩阵计算中非常有特色，在计算机语言的发展中占有重要地位。在我国，清华大学的著名教授谭浩强20 世 纪后期出版的 FORTRAN 语言教材也曾多次再版，很受计算机人士的欢迎。2.2COBOLCOBOL 也是属于第三代计算机语言。虽然早期计算 机 的 主 要 目的 是 用 于 科 学 计 算，但 随 着 科 技 的 发展，计算机速度越来越快，价格也逐步降低，人们自然 就 想 到用 计 算 机 来 处 理 日 常 经 济 生 活 中 大 量 的 数据，尤其是银行和商业领域的数据。这些数据计算起来并不是特别复杂，但有其内在的规律，比如输入输出的量非

14、常巨大，而且所处理的对象主要以记录和文件的形式，显然使用FORTRAN 程序处理并不一定适合。因此，人们希望开发一种新的语言来解决这类问题。1959 年,由美国的一些计算机用户组织设计了专门用于商务处理的计算机语言COBOL,1959 年 12 月出现了第一个COBOL 语言文本，并于 1960 年 4 月正式发表，1961 年由美国数据系统语言协会公布，因此也 被 称 为 COBOL-60。1968 年 美 国 国 家 标 准 委 员 会（ANSI）又 通 过 了 新 的 标 准：ANSI COBOL X.3.23-1968。1972 年 国际 标 准 化 组 织（ISO）将 其 作 为 I

15、SOCOBOL-72 标准。1974 年 ANSI 对 COBOL-68 作出了修 订 扩 充，形 成 了 ANSI COBOL X3.23-1974，随 后113 农业网络信息2009年第11期交流园地1978 年 被 ISO 采 用，形成 ISO COBOL-78,后 来 又 提出了 ANSI X3.23-85，增加了很多结构化程序设计的内 容，ISO 标 准 ISO1989:1985 也 采 用 了 该 标 准。COBOL 语言经过不断的修改、丰富、完善和标准化,已发展为多种版本。目前，虽然很多新的语言不断涌现，但在一些大型机、ATM 机上仍在使用COBOL 语言。2.3C 语言每种语言

16、的出现，都有其背景和演变历程，C 语言也是如此。C 语言的原型是ALGOL 60 语言（取其第一个字母，也称为 A 语言）。1963 年，剑桥大学将ALGOL 60 语言发展成为CPL(Combined ProgrammingLanguage)语 言。1967 年，剑 桥 大 学 的 MartinRichards 对 CPL 语言进行了简化，于是 产生了BCPL语言。1970 年，美国贝尔实验室的Ken Thompson 将BCPL 进行了修改，并称它为“B 语言”，并且用 B 语言编写了第一个UNIX 操作系统。1973 年，美 国 贝 尔 实 验 室 的 D.M.RITCHIE在 B语言的

17、基础上设计出了一种新的语言，取 BCPL 的第二个字母作为这种语言的名字，即 C 语言。为了推广UNIX 操作系统，1977 年 Dennis M.Ritchie 发表了不依赖于具体机器系统的C 语言编译文本“可移植的C 语言编译程序”，即是著名的ANSI C。1978 年由美国电话电报公司(AT&T)贝尔实验室正 式 发 表 了 C 语 言。同 时 由 B.W.Kernighan 和 D.M.Ritchit 合 著 了 著 名 的“The C Programming Language”一 书，通 常 简 称 为“K&R”，也 有 人 称 之 为 K&R 标准。但是，在“K&R”中并没有定义一

18、个完整的标准 C 语言，后来由美国国家标准协会在此基础上制定了 一 个 C 语 言 标 准，于 1983 年 发 表，通 常 称 之 为ANSI C。1988 年，随着微型计算机的日益普及,C 语言出现了许多版本。由于没有统一的标准,不同版本C语言之间出现了不一致。为了改变这种情况,美国国家标准研 究协会(ANSI)为 C 语言制 定 了 一 套 ANSI 标准,即现行的C 语言标准。C 语言发展迅速,而且成为最受欢迎的语言之一,主要因为它具有强大的功能。有时把 C 语言称作“中级语言”，原因是它处于高级语言和汇编语言的中间。利 用 C 语 言可 以 做 到 许 多 高级 语 言 难 于 做

19、到 的“底层”操作，比如直接的内存访问、端口地址的访问、对某个字节的按位操作等。同时，它具有结构化的特征，不像低级语言那样读起来生涩难懂，从这个意义上来说它又有高级语言的某些优势。现在许多著名的系统软件是由C 语言编写的，如操作系统UNIX、Lin-ux、数据库产品、编辑软件、图形软件等。2.4C+语言C+语言是C 语言的延续和增强。美国贝尔实验室的 本 贾 尼斯 特劳 斯 特 卢 普（Bjarne Stroustrup）博士在 20 世纪 80 年代初期发明C+（最初这种语言被称作“C with Classes”）。C+是作为 C 语言的增强版出现的，从 C 语言的增加类开始，不断地增加新的

20、特性，如：虚函数（virtual function）、运算符重载（op-erator overloading）、多 重 继 承（multiple inheritance）、模板（template）、异常处理（exception）、运行中类型信 息 RTTI（Runtime Type Information）、名 字 空 间（name space）等并逐渐被加入标准。1998 年国际标准组 织（ISO）颁 布 了 C+程 序 设 计 语 言 的 国 际 标 准ISO/IEC 14882-1998。C+是 具 有 国 际 标 准 的 编 程 语言，通常称作ANSI/ISO C+。2.5Java语言

21、继 C 和 C+之后，近年来 Java语言逐步成为最热门、最流行的计算机语言。但是它的诞生却有着一段曲折经历。Java是在 20 世纪 90 年代初开始酝酿的，Java来自于Sun 公司的一个叫Green 的项目，其初衷是开发一款家用消费电子产品的分布式系统，以便让用户可以通过E-mail 发送信息给电冰箱、电视机等家用电器，并对他们进行控制。最初准备采用C+，但是 C+太复杂，安全性也不好，因此以C+为工具，开发了一种新的语言Oak，Oak 是一种用于网络的精巧的、安全的语言。Sun 公司以 Oak 为基础进行了投标，但是没被选中。但项目组受到Mosaic 和 Netscape（两种早期的浏

22、览器）的启发，使用 Oak 成功编制了Hotjava 浏览器。Oak 得到了 Sun 总裁的赏识，将 Oak改名为Java，Java在 1995 年的 3 月 23 日诞生，它的诞生标志着互联网时代的开始。Java 语言自1995 年发 布至 今，已 经 经 过了 十 多年，同时也进行了个版本的更新。现在很多高校都开设了 Java 语言的课程，培养了无数的程序设计人才，促进了计算机和互联网事业的发展。Java 语言自身也在世界编程语言中占有重要的地位，因为 Java的源代码是公开的。3计算机语言的未来发展方向综上所述，可以发现一种获得社会广泛认可和追捧的计算机语言一定是能够解决那个年代计算机应

23、用和发展中最迫切需要解决问题的：科学计算、商务应用、计算机自身系统开发、互联网应用。根据社会发114（上接第 98 页）!由教师独立操作完成。录制时，首先启动视频采集预览窗口，连接摄像机后，视频采集预览窗口可见到教师的形象，调整摄像机位置，使教师显示的范围为上半 身。教 师 面 对 采 集 预 览 窗 口 犹 如 对 着 镜 子 讲 课 一样，可自我选择最佳位置，任意发挥，录制出好的视频。5教学演示动态视频素材的编辑动态视频素材的编辑制作是依赖于采编卡自带的软件，如 Avid Liquid Pro 7，这是典型的非 线 性 编 辑系统，全中文操作界面，界面简单、容易操作，哪怕是 初 学者，借

24、助 说 明书 或 帮 助 文 件 也 很 快 能 熟 悉 起来。5.1素材的编辑素材的编辑是对教学内容出现的时间及位置进行编 排，也 就 是 对 素 材 进 行 剪 辑、编 辑 音 乐 和 音 响 效果、特技和叠加字幕等工作2。非线性编辑系统的特点是在编辑过程中，可以在任何时候删除节目中的一个或多个镜头，也可以在节目中的任一位置插入一段素材3。由此可见，利用非线性编辑系统制作教学录像较为简单。5.2教学演示动态视频的生成编辑制作完成后必须预览整体效果，首先看画面是否反映了全部教学内容，其次从组接上看衔接是否顺畅。完成整体预览和修改后，可参照精品课程教学录像的技术标准将视频文 件 生 成 wmv

25、、asf、rm 等 格式，这些格式可方便地在网上发布。在非线性编辑系统 里，同一 内 容 可 以 压 缩 成 不 同 文 件 格 式 的 多 种 视频，如 DVD、VCD、AVI、SVCD 等，也 可 以 生 成Windows Media 高清视频，但后者会占用更多的硬盘空间。参考文献1陈代武，郭广军，刘明珍.“动态屏幕捕获型”流媒体课件的制作与应用J.计算机时代，2008，(3)：61632王琴.非线性编辑系统在精品课程建设中的应用J.中国现代教育装备，2008,(6):29303王晓玲.从视觉文化的角度谈精品课程教学录像制作中非线性编辑的应用J.软件导刊（教育技术），2008，(9)：68

26、69 农业网络信息2009年第11期交流园地展 的规 律，Java 不 会 是 计 算机 的 终 极 语 言。进 入 21世纪以后，智能机器人的发展备受社会的瞩目，应用范围也在全面拓展。从早期的仅仅用于工业制造，发展到各种服务型、娱乐型的机器人。近年来又广泛用于军事领域，各类无人机、无人作战车、无人潜艇、登月机器人的报道频频出现。现在 CPU 发展速度也是异常神速，单核、双核、多核，32 位、64 位等。这些都需要新的编程语言予以配合，来解决人工智能的存储、提取，并提高和完善性能。参考文献1刘群.汇编语言程序设计M.海口：南海出版社公司，20032浩强，杨微，刘新彦.FORTRAN语言程序设计M.大连：大连理工大学出版社，20043黄德利.COBOL语言程序设计基础M.上海：复旦大学出版社,19924李刚，等.C/C+语言程序设计教程：基础 实例上机M.北京：中国宇航出版社，20045孙卫 琴.Java面 向对 象 编程/Java开发 专 家M.北 京：电 子 工 业出版社，2006115