2강 프로그래밍 언어의 발전 및 동작원리

컴퓨터 시스템과 운영체제의 발전

컴퓨터 시스템의 발전

• 아이디어 시대 : 계산 자동화를 위한 상상 속의 기계 설계(튜링기계)
• 전자식 컴퓨터 등장 : 전자 신호를 통한 계산 기계(에니악, 콜로서스)
• 프로그램 저장 방식의 컴퓨터 : 프로그램과 처리기를 분리(에드박)

 

운영체제의 발전

• 일괄처리 운영체제 : 관리자(operator)를 대신할 프로그램 등장
• 시분할 운영체제 : 한 컴퓨터를 여러 사람이 사용
• DOS : IBM 컴퓨터, Apple 등 개인용 컴퓨터(PC) 등장
• PC 환경 운영체제 발전 : GUI 운영체제와 Linux의 발전

 

1950년대 : 초기 프로그래밍 언어

Fortran: 수식과 문장, 제어문의 등장

• IBM의 존 배커스에 의해 개발됨
• 과학계산용 언어(Formula Translation)

 

Algol : 구조화 프로그래밍의 발전

• 본래 이름: IAL(International Algebraic Language)
• 국제 위원회 ACM-GAMM을 통해 설계된 언어
• 알고리즘 기술 언어

 

LISP : 초기 함수형 언어

• MIT의 존 매카시가 설계함
• 최초의 함수형 언어

 

Cobol: 레코드 타입의 소개

• 미 해군에서 그레이스 호퍼가 이끄는 팀에 의해 개발
• 사무용 언어

 

1960년대 : 프로그래밍 언어의 발전

• PL/I : 너무 복잡한 언어
  - 모든 언어를 합쳐 보았으나 결과적으로 너무 복잡해짐
  BASIC: 교육용 언어
  - Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code
• Simula: 객체지향의 등장
  - 시뮬레이션 언어

 

1970년대 : 프로그래밍 언어의 단순화

• Pascal : 차세대 교육용 언어
  - 구조화 프로그래밍 지원
• C : 진정한 시스템 프로그래밍 언어
  - Unix 개발용 시스템 프로그래밍 언어
  - Objective-C, C++, Java, C# 등 다양한 언어에 지대한 영향을 끼침
• Prolog: 선언적 논리 언어
  - 최초의 논리 언어
• Smalltalk : 객체지향 언어의 발전
  - 최초로 GUI, 마우스 등을 도입
• Ada : 안전성을 위한 대장정
  - 미 국방성 공모
  - 매우 복잡한 언어로 1983년에 첫 컴파일러 등장
• ML : 타입 시스템을 갖춘 현대 프로그래밍 언어
  - 강력한 정적 타입 검사, 타입 추론, 패턴 검사, 예외 처리 등
• Scheme : 간결한 LISP
  - MIT 학생들의 기초 프로그래밍 언어

 

1980년대 : 현대 프로그래밍 언어 등장

• Common Lisp : 방대한 LISP의 통합
  - 함수형 언어 패러다임과 객체지향 패러다임을 동시에 지원
• Objective-C : C의 탈을 쓴 Smalltalk
  - C를 기초로 한 객체지향 언어의 신호탄
  - Apple의 애플리케이션 작성 언어로 발전
• C++ : 객체지향으로 변신한 C
  - 클래스 개념을 C에 도입
• Perl : 문자열 처리를 위한 언어
  - 정규식을 바탕으로 한 강력한 패턴 매칭 기능 포함

 

1990년대 : 프로그래밍 언어의 대중화

• Java : 단순한 객체지향 언어
  - 원래 목적은 임베디드 컴퓨팅 분야였으나 웹 브라우저에 탑재되면서 인기
  - JVM (Java Virtual Machine)
• Javascript : 웹 프로그래밍 언어
  - Netscape
  - Elm, Typescript 등 다양한 변종언어로 발전
• Python : 빠른 프로토타이핑 언어
  - 스크립트 언어
  - 동적 언어를 추구
  - 다중 패러다임 언어
• Haskell : 순수 함수형 언어
  - 모나드(monad)가 탑재되면서 점차 인기
  - Scala에 영향을 줌

 

 

프로그램 동작 원리

컴퓨터 구조

- CPU와 메모리, 저장장치 등이 BUS로 연결
- 다양한 입출력 장치도 BUS에 연결될 수 있음

 

컴퓨터 동작 원리

- 전원 : 운영체제 적재(저장장치 -> 메모리) -> 수행
- CPU는 인출-해석-실행 주기를 반복하여 메모리의 명령어를 실행

 

프로그램 동작 원리

- CPU는 인출-해석-실행 주기를 반복하여 메모리에 적재된 프로그램의 명령어를 실행

 

프로그래밍 언어 구현이 필요한 이유

• 기계어
  - CPU가 이해하고 수행하는 명령어
  - 이진수 형태의 명령어를 사람이 이해하는 것은 매우 난해
• 어셈블리어
  - 기계어에 거의 일대일 대응하는 형태의 기호 언어
  - CPU에 종속적 -> 이식성이 거의 0
• 고급 프로그래밍 언어
  - 사람에 가까운 표현으로 프로그램을 나타냄
  - 특정 기계에 종속적이지 않음
  - 프로그램을 CPU가 알아듣는 기계어로 표현해 주어야 함

 

 

프로그래밍 언어의 구현 방법

 

인터프리터

• 프로그래밍 언어로 작성된 고수준의 명령을 해석하여 수행하는 프로그램
• 인터프리터는 CPU의 인출-해석-실행 주기를 흉내 냄

 

컴파일러

• 프로그램을 CPU가 수행할 수 있는 형태로 바꾸어서 CPU가 실행
• 인터프리터가 하는 해석 과정을 미리 모두 수행(효율적)
• 상용 프로그램은 컴파일 방식으로 번역한 후 판매

 

 

하이브리드 구현

• 인터프리터 방식과 컴파일러 방식을 조합한 방식
• 중간코드까지 컴파일한 후 인터프리터를 통해 해석
• 대표적인 게 JAVA

 

 

프로그래밍 언어의 평가 기준

요구사항

• 표현 풍부성
  - 프로그래머의 아이디어를 표현할 수 있어야 함.
• 유지 보수성
  - 변화에 쉽게 대처할 수 있어야 함.
• 실행 가능성
  - 컴퓨터에서 실행할 수 있어야 함.

 

설계 원칙

• 규칙성
  - 언어의 기능성이 잘 조합될 수 있어야 함. ( 일반성, 직교성, 일관성 )
• 추상화 지원
  - 실세계의 대상을 추상화하여 나타낼 수 있고 이를 대상으로 어떤 연산을 수행할 수 있어야 함 ( 데이터 추상화, 제어 추상화, 추상 데이터 타입 정의 )
• 복잡도 제어
  - 복잡한 대상 및 처리 방법을 제어할 수 있어야 함 ( 캡슐화, 모듈화 )

 

평가 기준 (1)

• 작성력 : 프로그램 수식이나 문장, 기능을 쉽게 표현할 수 있는가
• 가독성 : 작성된 프로그램을 보고 쉽게 이해할 수 있도록 하는가
• 신뢰성 : 작성된 프로그램이 오류에 빠지는 가능성을 줄이는가
• 직교성 : 언어 기능이 서로 간섭하지 않고 자유롭게 조합될 수 있는가
• 일관성 : 유사한 기능을 같은 형태로 나타낼 수 있는가

평가 기준 (2)

• 확장성 : 사용자가 원하는 새로운 기능을 추가할 수 있는가
• 효율성 : 작성된 프로그램이 효율적으로 수행될 수 있도록 하는가
• 유연성 : 프로그래머가 표현하고 싶은 내용을 유연하게 수용하는가
• 이식성 : 프로그램을 다른 실행 환경으로 이전할 수 있는가

 

프로그래밍 언어의 평가 기준 사이의 절충