Процедурное программирование

Процедурный подход к обработке информации возник на заре программирования. Именно с этим стилем программирования связано все развитие вычислительной техники. Несмотря на прогресс технологии, большинство современных компьютеров построены по тем же принципам, что и машины 40-х годов. В их основе лежит так называемая архитектура фон Неймана, названная в честь американского ученого Дж. фон Неймана, впервые изложившего принципиальные положения архитектуры ЭВМ во второй половине 40-х годов.

Основные принципы архитектуры фон Неймана состоят в следующем:

1. ЭВМ состоит из процессора, памяти и внешних устройств;

2. единственным источником активности (не считая стартового и аварийного вмешательства человека) в ЭВМ является процессор, который, в свою очередь, управляется программой, находящейся в памяти машины;

3. память машины может быть представлена как последовательность дискретных ячеек, каждая из которых имеет свой адрес; каждая ячейка хранит команду программы или некоторую единицу обрабатываемой информации, причем и то и другое выглядят одинаково (машинное слово);

4. в любой момент времени процессор выполняет одну команду программы, адрес которой находится в специальном регистре процессора - счетчике команд;

5. обработка информации происходит только в регистрах процессора; информацию в процессор можно ввести из любой ячейки памяти или внешнего устройства, или наоборот, направить в любую ячейку или на внешнее устройство;

6. в каждой команде программы зашифрованы следующие предписания: из каких ячеек памяти взять обрабатываемую информацию; какие совершить операции с взятой информацией; в какие ячейки памяти направить полученную информацию; как изменить содержимое счетчика команд, чтобы знать, откуда взять для выполнения следующую команду;

7. машина выполняет программу команда за командой в соответствии с изменением содержимого счетчика команд и расположением команд в памяти, пока не получит команду остановиться.

Развитие процедурных языков определялось особенностями вычислительной машины Дж. фон Неймана; способы представления знаний и задач, а также методов их решения были ориентированы на экономию ресурсов. При этом интеллектуальный комфорт пользователя был проигнорирован. Программа разрабатывается в терминах тех действий, которые она должна выполнять. Основная единица программы - процедура - последовательность операторов, выполняющая определенный вспомогательный алгоритм. Процедуры могут вызывать другие процедуры, вместе они работают по определенному алгоритму, ведущему к решению задачи. Кроме понятия оператор в основе процедурного языка лежит понятие операнд - данные, которые обрабатываются при помощи операторов. Типы операндов: простой, массив, структуры. Типы операторов: присваивания, условных операций, итерации.

Программа, написанная на процедурном языке, явно указывает способ получения результата, но не сам результат.

Существует большое число процедурных языков программирования. Это - Algol, Fortran, Pascal, С, Basic и др.

Функциональное программирование

Применение ЭВМ для решения задач искусственного интеллекта и обработки текстов привело к созданию функциональных языков. Эти языки имеют хорошо проработанное математическое основание - -исчисление. Функция в математике - отображение объектов из множества величин (области определения функции или домена) в объекты другого множества (область значений функции). Переменные в функциональной программе рассматриваются как переменные в математике: если они существуют, то имеют какую-то величину, и эта величина не может измениться. Функциональная программа описывает, что должно быть вычислено, то есть является просто выражением, определенным в терминах заранее заданных функций и функций, определенных пользователем. Величина этого выражения является результатом программы. Таким образом, здесь отсутствует состояние программы и предыстория вычислений. Первым языком функционального программирования является созданный в начале 1960-х годов язык ЛИСП (LISP - LISt Processing). В отличие от процедурных языков, в которых действия в основном выражаются в виде итерации - повтора какого-либо фрагмента программы несколько раз, в ЛИСП вычисления производятся с помощью рекурсии - вызова функцией самой себя, а основная структура данных - это список.