二级C++精品课程第一章第一节计算机语言及其发展

电脑是一种有用的工具。它可以做很多事情，如矩阵计算、方程求解、计算机辅助设计等。计算机在解决问题之前，需要描述解决问题的步骤，这就是所谓的算法。下面是一元二次方程求根的算法示例:
◇计算方程的判别式
◇如果判别式小于零，则输出方程没有实根信息
◇否则计算方程的实根，输出计算结果
我们不能直接输入算法。就像我们通过语言相互交流一样，我们希望计算机用计算机能理解的语言来做事情，这种语言叫做计算机语言。把算法用特定的计算机语言表达出来，输入计算机，这就是计算机编程。用计算机语言表达的算法称为计算机程序(或程序)。
电脑是一台没有意识、没有生命的机器。要让它按照人的意图工作，就要让计算机理解人的意图，接受人发送给它的命令和信息。这就解决了一个“语言”问题。比如一个中国人想和美国人交流，首先需要学习英语，因为英语是美国人听得懂的语言，美国人听不懂中文。同样，计算机也不懂人类的语言，计算机既不能接受中文，也不能接受英文。所以要求人用计算机能理解的特定语言与计算机交流，这就是计算机语言。这种语言与人类长期使用的英语、汉语等自然语言有很大不同。它有严格的定义，一般没有歧义，因为当人们用自然语言交谈时，很容易根据上下文来确定歧义对话的含义。但是电脑做不到这一点，至少现在还没那么智能。
自从计算机出现，就有了计算机编程。最初的计算机编程语言就是所谓的机器语言(也称第一代语言)，即直接用机器代码编程。用机器码编程既乏味又容易出错。为了提高编程效率，人们引入了助记符，于是出现了所谓的汇编语言(又称二代语言)。汇编语言和机器语言相比，没有本质区别，只是用助记符代替了机器指令。但这是一个很大的进步。它提高了编程效率和程序的可读性和可维护性。直到今天，还有人在用汇编语言编程。
机器语言是机器指令的集合。每台计算机都有自己的指令集，计算机可以直接执行用机器语言编写的程序。该语言包括:指令系统、数字格式、通道指令、中断字、屏蔽字、控制寄存器信息等。机器代码是一种计算机可以理解和执行的语言。不同类型的机器有不同的机器代码组合。在不同的计算机上计算同一个题目时，必须用不同的机器语言编写程序。语言是最低级的语言。
由于机器码指令是用许多二进制数表示的，所以用机器语言编程必然是繁琐、费时费力、难记、易错、程序检查调试困难、效率低下。例如，字母A表示为1010，数字9表示为1001。机器加法指令代码有三种形式，要考虑符号的进位和溢出。
汇编语言编程效率提高，但执行效率降低。因为在它运行之前，需要一个专门的翻译程序(称为汇编器assembler)将其翻译成机器语言。汇编语言是一种符号语言，几乎和机器语言相对应，但书写中使用的是字符串组成的助记符。比如汇编语言中加法用助记符add表示，减法用助记符sub表示等等。
由于早期计算机速度慢，内存小，所以衡量程序好坏最重要的指标就是机器执行的效率。然而，随着计算机技术的发展，机器硬件的性能大大提高，程序的复杂性也在增加。人们越来越要求把简单重复的工作交给机器，而人更多地从事创造性的工作。程序的可读性和可维护性逐渐成为衡量程序质量的最重要的指标。显然，汇编语言取代机器语言是必然的结果。
虽然汇编语言相比机器语言有了很大的提高，但它仍然是一种低级语言，主要有两个缺点:
◇涉及太多细节；
◇它与特定的计算机相关。
所以，汇编语言也叫面向机器的语言。为了进一步提高编程效率，提高程序的可读性和可维护性，出现了许多高级语言(也称第三代语言)，如Fortran、Basic、Pascal、Java、C和C++，其中C/C++是最流行的高级编程语言。
高级语言比低级语言更抽象、更简洁:
◇一条高级语言指令相当于几条机器语言指令。
◇用高级语言编写的程序非常接近自然英语语言，简单易学。
◇用高级语言写程序不需要某种计算机专业知识。
与汇编语言类似，高级语言也需要一个专门的翻译程序(称为编译器编译程序或解释程序)，翻译成机器语言后才能运行。
既然机器语言和汇编语言都是计算机可以理解的语言，使用它们就可以完全控制计算机的行为，那么为什么人们还在创造和使用高级编程语言呢？
因为机器语言和汇编语言都是低级语言，都是面向机器的，都与具体的计算机有关。学习难度大，编程效率低，可读性和可维护性差。我们举个例子来说明。一个中国北方人想去欧洲旅游，但是他不懂任何欧洲语言。碰巧的是，一个中国南方的方人也人懂得所有的欧洲语言，如德语、英语、法语、西班牙语等。去欧洲旅行，他们一起旅行。中国北方人和欧洲人交流的方式有两种:一种是学习各种欧洲语言，然后直接和各个国家的人交流；二是让南方人充当翻译，把自己的意思告诉欧洲人，把欧洲人的答案反馈给自己。如果你是北方人，你选择哪种方式？我想答案是肯定的，我一定要请南方人做翻译。虽然南北语言存在一些差异，但这种差异与和欧洲语言的差异相比，显然是太小了。另外，如果直接和欧洲人交流，需要学习多少种语言？