研究生课程_程序语言设计原理教程_第01章.ppt
第1页,第1章 历史回顾与语言分类,PL简史 三个计算时代 语言分类 重要语言18种,第2页,1.1 PL简史,50年代高级语言出现 60年代奠基性研究 70年代完善的软件工程工具 80年代面向对象发展 90年代多范型、持久化、多媒体、平台无关,第3页,数学表示法,单元记录设施,符号名称,1950,数据规格说明,结构化控制,COBOL（1958）,1960,非算法规格说明,交互使用,结构化数据,面向对象编程,1970,并发,数据抽象,1980,1985,符 号 汇编 （ 1950年代中期 ）,FORTRAN（1956）,ALGOL-58,APL （1962）,ALGOL-60,MAD（1959）,RPG（1964）,BASIC（1964）,CPL（1963）,ALGOL-68,BCPL （1967）,PL/1 （1966）,Simula （1967）,Pascal(1973),B(1970),C (1972),并发Pascal (1975),Modula,CLU(1977),Smalltalk,Ada(1982),True BASIC(1980s),C+,1995,Ada(95),多范式型,java,1996,平台无关,第4页,1.2 程序语言的计算背景,55 85 单主机计算 85 95 C/S计算 96 网络计算,第5页,30年大致可分为以下三个时代。,1 单主机计算,程序设计时代 结构化程序设计时代 软件工程时代,第6页,程序设计时代,55-65头十年是单主机计算形成期。此时的硬件是CPU、内、外存储器、各种外设。软件的操作系统成熟、并有少量的库函数和系统支持程序。应用方式是编程计算。应用领域是大型科学计算和大量数据处理。 编译理论、技术成熟、大量高级语言涌现。 数据结构算法、可计算理论完善。 高级程序设计语言的出现实现了系统程序员和应用程序员的第一次分工。 计算机是科学家的工具，开始人工智能研究。,第7页,结构化程序设计时代,65-75年是结构化程序设计时代。结构化程序设计使程序开发的速度、开发出程序的规模都有大幅度提高。 结构化设计天然支持自顶向下逐步细化设计方法。 计算机的商业应用奠定了计算机工业的基石。 60年代中期开始了数据库管理系统的研究。数据库的成功被认为是计算机界70年代一大成就。 计算机是各种专业人员的工具。,第8页,软件工程时代,75-85年，是软件工程时代。软件工程实则是将系统工程用于计算机软件。软件也是工业产品。 为设计制造这个产品要定出规程、规范和标准。有了规范和标准就可以作出设计、制造、管理的工具和验证测试工具。工程活动必然涉及人力组织，进度、调配，投资和效益。 文档开发也成为软件开发的一部分，所以: 软件=程序+文档 计算机系统自成产业,第9页,应用开发者又一次分工：程序员(按设计编码测试)，高级程序员(按规格说明做设计)，系统分析员(按用户需要写需求规格说明书)。 软件开发有了工程规范。人们自然想到利用软件工具使本阶段工作做得更快更好。于是，大量涌现计算机辅助软件工程(CASE)工具。 软件工程使软件制作从手工业进入现代化大生产，软件规模和开发效率随之大增。1974年出现了4000万句规模的软件（美国航天飞机系统）。 70年代终端普及。要求在统一工作界面上操纵所有的工具。数据，出现了系统集成的概念。,续,第10页,面向对象技术,1980年出现了Smalltalk系统为代表的面向对象技术。 结构化程序=数据结构+数据 面向对象程序=对象+消息,算法,数据,11,面向对象的封装、抽象(类对象是实例对象的制造工厂)，继承、多态 和动态束定的良好性能，它天然地符合软件工程要求软件的局部性、概括性、易维护、可重用、易扩充等性能。加上对象实体易于和客观世界实体对应(易设计，修改)，它成为过程块程序模型之后最理想的软件结构模型。 对象通信模型还天生来和分布式计算的各节点通信机制对应。 面向对象又成为集成软件实现互操作(Interoperation)理想模型。,第12页,2 分布式客户/服务器计算,微机应用 网络应用 客户/服务器应用,第13页,微机应用,70年代末个人计算机开辟了个人应用的新领域。微机软件制造商按传统的模式发展了大量微机软件。这些微机CASE工具一直沿着“用户友好”、“所见即所得”的方向发展。 早期微机上的应用开发者和传统应用开发者的所需知识结构没什么两样：熟悉一门高级程序设计语言、懂得开发方法，会建立应用程序框架，利用数据结构和算法实现各计算模块；作局部和总体测试；编制各种文档。,第14页,网络应用,计算机联网技术本质上是通过电路联接将各处理单元的信息传输变换以达到整体信息处理和资源共享的目的。 70年代中期出现了一批局域网LAN(Local Area Network)。以后十年，以太网、3+网、Novell网得到充分发展。可以保证多种不同机型、不同操作系统、不同通信方式的机器作信息交换。 局域网特别适合一般企事业单位的信息管理。厂长、经理可以随时知道产品进度和雇员情况。企业管理信息系统(MIS)一时成为一个非常有生命力的应用方向。 80年代，在局域网成熟的基础上广域网（WAN）出现即在不同协议的局域网之间加上网关（Gateway）和网桥（Bridge）,路由器（Router）使网间信息通畅无阻，并实现点到点的通信。,第15页,局域网、广域网应用属于分布式应用。所谓分布式计算是多个用户以独立的计算机互连，共同完成某个任务。借助网络技术实现资源共享，且地域不受限制，计算是高度并行的。 分布式计算首先要共享数据资源。某一站点上设一数据库为其它站点的应用服务开始了客户（Client）和服务器（Server）应用概念 局域网时代和第四代语言(4GL)成熟，在程序自动生成器帮助下，用户可以不编程序，以点菜单，填表格，甚至触摸上机。只提要求不设计实现要求的程序，计算机使用大大简化。,续,第16页,客户/服务器应用,既然数据库服务器能简化客户端的数据库应用。其它功能软件（如排版，通邮，有限元计算，甚至整个图书馆管理系统）都可以放在单独的服务器上由网络上所有客户共享。于是，大量服务器涌现。 85年开始了分布式客户/服务器计算时代，计算资源高度共享，用户使用极其简单。又一次分工：系统开发者，应用开发者，最终用户。 服务器站点上的服务器程序，一般由软件、设备制售商提供开发工具并带有大量实用程序，由专业人员开发，客户端的应用程序一般是二次开发。 分布式客户服务器计算模型与人类生产、交流、生活中各种群体协作活动模型天然一致。,第17页,多媒体技术的实用,85-95年又是多媒体技术渗入计算机的时代，基于信息表示和收集(电视、摄像、传真、键盘，打印机、音响等)、信息的传输（卫星电视、电话，无线、光缆通信网络)、信息处理（计算机)三位一体的信息系统成为这个时代应用的主流。 分布式客户服务器计算时代的这些系统，使计算机的应用能力进一步扩大：信息检索可以达到联网的任何地方；视频会议；电子出版物；可视电话；远程教学；办公室自动化；旅游服务系统；银行储蓄业务；各种信用卡。 出现声控计算、触摸计算、手写输入、数字照相、彩色打印、程控电话、VCD、DVD、汉显传呼等全新技术的产品和个人数字助理（PDA）、电子排版、广告制作、动画制作等新兴行业。,第18页,多媒体与网络通信技术结合为新兴领域发展提供可能，为基于卫星定位系统和地理信息系统的城市交通控制、汽车驾驶自动化；停机坪调度；交通安全；军事侦察。 多媒体与计算机模拟的综合应用是虚拟现实（Virtual Reality）技术。它使人与虚拟事物交互。虚拟大学、虚拟商场、虚拟银行、虚拟将从根本上改变人们的生活工作方式。,续,第19页,3 网络计算,单主机时代应用以单机计算为主，协作计算为辅。分布式客户/服务器时代，以协作计算为主，一个客户程序写不了百十句，其中大部分计算是在各种服务器中完成，只把结果传回该客户。 应用系统的网络逐渐扩展到广域网(WAN，若干局域网联网即为广域网)。若干广域网连成地区网(省、市)，由地区网再联成主干网(按业务系统，如交通部、教育部)，然后，全中国的主干网联到一起再上国际互联网(Internet)。 网络就是计算机。 大量复杂计算，看似在自己的客户机上做的，实际上都是在Internet网上的服务器上完成的。,第20页,Internet上有几十万个各种各样的服务器。有些服务器只提供专用的计算，另一些服务器在全网上提供用户使用网络的服务。 万维网WWW是在Internet网上装上了Web服务器，使每个站点都认识、传递标准化的主页，使信息畅通无阻。 客户与服务器之间遵照超文本传输协议（HTTP)传递信息。用户要查询某个信息或作计算，他向本机的浏览器（Browser）指定主页（Homepage）的URL地址，向相应的Web服务器提出请求。HTTP把URL换成所在服务器上的文件路径名，并按名找到服务器的主页。如果查出该名是所在服务器上为客户提供的HTML主页，则Web服务器把该主页传回客户机。用户即可在自己的屏幕上看到结果。如果按文件路径名查出的是通用网关接口(CGI)文件。则该文件由Web服务器“执行”。Web服务器将执行结果（以HTML格式）传回请求的客户。,续,第21页,续,第22页,主页格式目前统一在超文本置标语言(HTML)之下。HTML规定了主页上何处放图，何处放声、象。何处放与此主页相关的程序。 平台无关语言Java诞生（1995.5）使HTML主页不仅能传递多媒体数据还能传递程序，使动画也能传递。 网络计算时代以WWW网络出现、主页文档标准化和Java语言三大技术的成熟为标志。 网络上公开发布各种不同操作系统的Netscape和其它浏览器，各站点机按自己的操作系统下载浏览器就可以加入Internet用户行列。 几乎所有软件工具，应用软件都能找到，下载（DownLoad)到本机直接应用，或作二次开发。,续,第23页,96年网络计算机NC(Network Computer)问世，NC机只有一个简单的操作系统有接各种多媒体的接口，快CPU，大内存，好显示器。不设硬盘，不用维护、升级个人拥有的系统软件和应用软件，可节省大量维护费。 客户端的客户程序越来越简单。除了写一个程序头和程序尾之外，中间嵌入若干对各种服务器的请求，程序就编写完了。善于将各服务器的各种功能组织到本专业的应用(即目标系统)上，提出合理解决方案(Solution)是网络计算时代应用者的基本素质。,续,第24页,Intranet与瘦PC,信息共享导致各企业机关信息无隐私。Intranet在Internet上围上防火墙（Firewall）只让认定的信息输入/输出，防止黑客入侵。对使用者无任何影响。 没有硬盘难于存放有个人隐私的个人数据库。再者对于日常使用频度较大的软件人们习惯是私人有一套。97年瘦PC之说大为风行。它是对NC机的补充。即公众业务信息系统，如教学系统，银行系统，用NC，而私人PC（近年发展的HPC）用瘦PC。 由于近年PC快速降价，瘦PC呼声并不高。低价位掌上型电脑（HPC）和高性能PDA快速发展。,第25页,Java语言的平台无关性,第26页,Java向各行各业渗透,Java以编程语言出现，但它的平台无关性使其成为通用的网络平台。它使网络真正成为开放的，可伸缩的，动态的。这对于企业适应千变万化的市场。调整本企业的软件，带来极大方便。 目前Java应用正突飞猛进发展 学术研究：能即时得到最新技术成就；各种项目申请、评审快速批复。 金融业：虚拟证券交易所，动态股市行情服务；银行全球业务运作合理化。 电信业：交互电视点播系统；以零管理的JavaStation代替PC。 政府行政：联合国全球贸易节点中心（CTPNET）。将180多个国家买卖双方联系，使海关，保险，信贷，支付等50多个批文从3个多月缩短到一天，全球贸易基本设施。,第27页,制造业：为定时供货制造商节约成本，无仓储准时供货。 运输业：提供航空，公路，铁路，海运，旅店一体化服务。借助交叉平台灵活布置的优点。 保健业：保健业全球每年2.3亿美元。节约成本意义重大。合理化管理、临床支持和决策。远程医疗、会诊。完善的医疗档案系统。扩大医师能力。 零售业：在竞争面前要频繁改进管理以增加销售；电子购物。商品开到家庭和电子购货亭（无传统的商店）。 媒体和娱乐业：地区音乐点播。广播交谈节目新娱乐形式推出。,续,第28页,Orchestration,SQL Server 2000,Host Integration Server 2000,Mainframe/Host System,Internet and Acceleration Server 2000,Exchange 2000 Server,ERP Application,第29页,商用 科学 系统 模拟 实时 COBOL FORTRAN BLISS GPSS CHILL 各种表单语言 C,C+ C,C+ SIMULA GYPSY 嵌入式 人工智能 处理命令 教学 正文 Ada Prolog Sell Pascal SNOBOL LISP TCL PERL BASIC LOGO Word 打印出版 串、数组、表 数据库 Postscript APL SQL TeX SNOBOL LISP,1.3 语言分类,机器依赖 低、高、中 应用领域,第30页,按实现方式 编译 解释 按使用方式 交互式 非交互,续,第31页,程序范型 单范型/多范型 命令式（过程式） FORTRAN、COBOL、PL/1、PASCAL、Ada-83 面向对象 Smalltalk、Java、Eiffel 数据流 Val 函数式 ML LISP 逻辑式 Prolog 关系式 SQL 多范型Nail (1983) G (1986) C+、Ada-95 、CLOS,续,第32页,按断代 1GL 50年代 面向机器 2GL 60年代 面向过程 3GL 70年代 结构化过程式 4GL 80年代 非过程式、声明式 5GL ?,续,第33页,1.4 重要语言18种,FORTRAN、COBOL、ALGOL、PL/1 LISP、ALGOL-68、BASIC、PASCAL APL、Ada、Simula、C/C+ Smalltalk、ML、Prolog、SQL、Java,
