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一個(gè)畢業(yè)于北京大學(xué)數(shù)學(xué)力學(xué)系，在中國科學(xué)院計(jì)算所、計(jì)算中心和網(wǎng)絡(luò)中心工作過，在澳大利亞科工組織DMS、香港浸會(huì)學(xué)院數(shù)學(xué)系和中國21世紀(jì)議程管理中心等處工作過，多次獲國家和中科院科技獎(jiǎng)并享受政府特殊津貼的退休老頭。現(xiàn)在在【中國科普博覽】網(wǎng)“科學(xué)新語林”欄目里開設(shè)一個(gè)《數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)》的個(gè)人專欄，愿和愛好數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)的各界網(wǎng)友和青少年朋友，談?wù)剬?duì)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)的看法、想法。
什么是計(jì)算機(jī)語言？
張建中
2014年04月02日1、什么是計(jì)算機(jī)語言？
[caption id="attachment_1037" align="aligncenter" width="220"]算機(jī)語言.jpg)
計(jì)算機(jī)語言[/caption]
俗話說，人有人言，獸有獸語。人類的語言，是人與人之間傳遞信息的媒介，是人類在自身發(fā)展的過程中逐漸形成的自然語言。計(jì)算機(jī)作為一種具有一定計(jì)算智能的機(jī)器，也應(yīng)具有一種語言的，以便進(jìn)行人和計(jì)算機(jī)之間的信息交流，這就是我們常說的“計(jì)算機(jī)語言”。所以，計(jì)算機(jī)語言是人們?yōu)榱撕陀?jì)算機(jī)進(jìn)行交流而設(shè)計(jì)的人工語言。
計(jì)算機(jī)語言（Computer Language），也叫程序設(shè)計(jì)語言、編程語言(Programming Language)，指用于人與計(jì)算機(jī)之間通訊的語言，是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞信息的媒介。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最大特征是通過指令傳達(dá)給機(jī)器。為了使電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種工作，就需要有一套用以編寫計(jì)算機(jī)程序的數(shù)字、字符和語法規(guī)則，由這些字符和語法規(guī)則組成計(jì)算機(jī)各種指令或各種語句，由此形成了計(jì)算機(jī)語言。
計(jì)算機(jī)每做的一次動(dòng)作、一個(gè)步驟，都是按照已經(jīng)用計(jì)算機(jī)語言編好的程序來執(zhí)行的。程序是計(jì)算機(jī)要執(zhí)行的指令的集合，而程序全部都是用我們所掌握的計(jì)算機(jī)語言來編寫的。所以，人們要使用計(jì)算機(jī)、控制計(jì)算機(jī)，一定要通過計(jì)算機(jī)語言向計(jì)算機(jī)發(fā)出命令。
計(jì)算機(jī)語言，從問世到現(xiàn)在已有近六十年的發(fā)展史，經(jīng)歷了由機(jī)器代碼到符號(hào)化、由低級(jí)到高級(jí)、由過程性到非過程性、由面向機(jī)器到面向?qū)ο蟮陌l(fā)展。語言本身技術(shù)上也從模塊化、結(jié)構(gòu)化發(fā)展到面向?qū)ο?，產(chǎn)生了許多新方法、新概念和新技術(shù)；應(yīng)用范圍從單機(jī)發(fā)展到異構(gòu)的、分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用領(lǐng)域也從單純的科學(xué)工程計(jì)算發(fā)展到包括過程控制、信息處理、事務(wù)處理等各個(gè)不同的方面?，F(xiàn)在可以這么說，計(jì)算機(jī)是無處不在，無時(shí)不在，無事不在，因而計(jì)算機(jī)語言也是無處不在，無時(shí)不在，無事不在。
2. 計(jì)算機(jī)語言的分類
計(jì)算機(jī)語言種類繁多，按大類可粗略的分為三種，即機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)語言。機(jī)器語言 電子計(jì)算機(jī)使用的是由“0”和“1”組成的二進(jìn)制數(shù)碼，二進(jìn)制是計(jì)算機(jī)的語言的基礎(chǔ)。由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部只能接受二進(jìn)制代碼，因此，用二進(jìn)制代碼0和1描述的指令稱為機(jī)器指令，全部機(jī)器指令的集合構(gòu)成計(jì)算機(jī)的機(jī)器語言。用機(jī)器語言編的程序稱為目標(biāo)程序，計(jì)算機(jī)可直接運(yùn)行，是第一代計(jì)算機(jī)語言。因此程序就是一個(gè)個(gè)的二進(jìn)制文件，一條機(jī)器語言成為一條指令，是不可分割的最小功能單元。由于每臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)常?；ゲ幌嗤?，所以，在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的用機(jī)器語言編寫的程序，通常不能在另一臺(tái)型號(hào)不同的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行；要想在另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，必須新編程序，造成了工作重復(fù)和資源浪費(fèi)，且機(jī)器語言編寫的程序無明顯特征，依賴于具體機(jī)種，因機(jī)而異，難以記憶、不便閱讀、很難書寫和在編程人員之間進(jìn)行交流，局限性很大，屬于低級(jí)語言。但由于使用的是針對(duì)特定型號(hào)計(jì)算機(jī)的語言，針對(duì)性強(qiáng)，可直接對(duì)計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行操作，故而運(yùn)算效率是所有語言中最高的。
匯編語言 為了減輕使用機(jī)器語言編程的痛苦，人們進(jìn)行了一種有益的改進(jìn)：用一些簡(jiǎn)潔的英文字母、符號(hào)串來替代一個(gè)特定的指令的二進(jìn)制符號(hào)串，比如，用"ADD"代表加法，"MOV"代表數(shù)據(jù)傳遞等等，這樣一來，人們很容易讀懂并理解程序在干什么，糾錯(cuò)和維護(hù)也更為方便，這種程序設(shè)計(jì)語言就稱為匯編語言，是第二代計(jì)算機(jī)語言。然而計(jì)算機(jī)是不認(rèn)識(shí)這些符號(hào)的，這就需要一個(gè)專門的程序，專門負(fù)責(zé)將這些符號(hào)翻譯成二進(jìn)制數(shù)的機(jī)器語言，這種翻譯程序被稱為匯編程序。
匯編語言實(shí)質(zhì)上和機(jī)器語言是相同的，都是直接對(duì)硬件操作，只不過指令采用了英文縮寫的標(biāo)識(shí)符，更容易識(shí)別和記憶，但也同樣需要編程者將每一步具體的操作用命令的形式寫出來。匯編程序通常由三部分組成：指令、偽指令和宏指令。匯編程序的每一句指令只能對(duì)應(yīng)實(shí)際操作過程中的一個(gè)很細(xì)微的動(dòng)作，如移動(dòng)、自增、代數(shù)運(yùn)算等，因此匯編源程序一般比較冗長(zhǎng)、復(fù)雜、容易出錯(cuò)，而且使用匯編語言編程需要有更多的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)，但匯編語言的優(yōu)點(diǎn)也是顯而易見的，用匯編語言所能完成的操作不是一般高級(jí)語言所能夠?qū)崿F(xiàn)的，而且源程序經(jīng)匯編生成的可執(zhí)行文件不僅比較小，執(zhí)行速度也較快。匯編語言同樣十分依賴于機(jī)器硬件，移植性不強(qiáng)，但效率高，針對(duì)計(jì)算機(jī)特定硬件而編制的匯編程序，能準(zhǔn)確發(fā)揮計(jì)算機(jī)硬件的功能和特長(zhǎng)，程序精練且質(zhì)量高，所以至今仍是一種常用而強(qiáng)有力的軟件開發(fā)工具，一些最常用的程序段多用匯編語言研制，以提高機(jī)器的使用效率。
高級(jí)語言 高級(jí)語言是大多數(shù)編程者的選擇，和匯編語言相比，它不但將許多相關(guān)的機(jī)器指令合成為單條指令，并且去掉了與具體操作有關(guān)但與完成工作無關(guān)的細(xì)節(jié)，大大簡(jiǎn)化了程序中的指令。由于省略了很多細(xì)節(jié)，編程者也就不需要具有太多高深的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)。
這里所說的“高級(jí)語言”，是指一種完全用符號(hào)編寫、獨(dú)立于具體計(jì)算機(jī)的編程語言。和機(jī)器語言、匯編語言等低級(jí)語言相比，由于它們更便于人們理解、記憶和使用，故稱其為高級(jí)語言。
用高級(jí)語言編程，一般人都能很快學(xué)會(huì)使用計(jì)算機(jī)，并且完全可以不必了解具體的機(jī)器指令，也可以不懂計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，就能編寫出應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算和事務(wù)管理的程序。高級(jí)語言容易學(xué)習(xí)，通用性強(qiáng)，書寫出來的程序比較短，更便于推廣和交流，是一種很理想的程序設(shè)計(jì)語言。
高級(jí)語言主要是相對(duì)于機(jī)器語言和匯編語言而言的，并不是特指某一種具體的語言，而是包括了很多編程語言，如Basic（True Basic、QBasic、Visual Basic）、C、C++、Pascal、Fortran等。這些語言的語法、命令格式都互不相同，各有特色，以適應(yīng)不同編程、不同的計(jì)算機(jī)應(yīng)用人群的需要。
高級(jí)語言所編制的程序不能直接被計(jì)算機(jī)識(shí)別，必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能被執(zhí)行，按轉(zhuǎn)換方式可分為兩大類：
解釋類：執(zhí)行方式類似于我們?nèi)粘Ｉ钪械摹巴暦g”，應(yīng)用程序源代碼一邊由相應(yīng)語言的解釋器“翻譯”成目標(biāo)代碼（機(jī)器語言），一邊執(zhí)行，因此效率比較低，而且不能生成可獨(dú)立執(zhí)行的可執(zhí)行文件，應(yīng)用程序時(shí)不能脫離其解釋器，但這種方式比較靈活，可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整、修改應(yīng)用程序，如較早時(shí)期的QBasic語言。
編譯類：編譯是指在應(yīng)用源程序執(zhí)行之前，就將程序源代碼“翻譯”成目標(biāo)代碼（機(jī)器語言），因此其目標(biāo)程序可以脫離其語言環(huán)境獨(dú)立執(zhí)行，使用比較方便、效率較高。但應(yīng)用程序一旦需要修改，必須先修改源代碼，再重新編譯生成新的目標(biāo)文件才能執(zhí)行，只有目標(biāo)文件而沒有源代碼，通常無法進(jìn)行修改，是目前高級(jí)語言采用最多的使用方式。