سونوگرافی فراصوتی
سونوگرافی فراصوتی یکی از روش‌های تشخیص بیماری در پزشکی است. به این روش اکوگرافی، پژواک‌نگاری و صوت‌نگاری نیز گفته می‌شود. این روش بر مبنای امواج فراصوت و برای بررسی بافت‌های زیرجلدی مانند عضلات، مفاصل، تاندون‌ها و اندام‌های داخلی بدن و ضایعات آنها پی ریزی شده‌است. سونوگرافی در حاملگی نیز کاربردهای وسیعی دارد. همچنین امروزه سونوگرافی کاربردهای درمانی نیز دارد.






ریشه لغوی

کلمه سونوگرافی از لفظ لاتین sono به معنی صوت و نیز graphic به معنی شکل و ترسیم گرفته شده و ultrasound از ultra به معنی ماورا و نیز sound به معنی صوت یا صدا گرفته شده‌است.






تاریخچه

در سال ۱۸۷۶ میلادی، فرانسیس گالتون برای اولین بار پی به وجود امواج فراصوت برد. در زمان جنگ جهانی اول کشور انگلستان برای کمک به جلوگیری از غرق شدن کشتی‌هایش توسط زیردریاییهای کشور آلمان در اقیانوس آتلانتیک شمالی دستگاه کشف کننده زیردریایی‌ها به کمک امواج صوتی به نام صوت‌یاب (Sonar) ابداع کرد. این دستگاه امواج فراصوت تولید می‌کرد که در پیدا کردن مسیر کشتیها استفاده می‌شد. این تکنیک در زمان جنگ جهانی دوم تکمیل گردید و بعدها بطور گسترده‌ای در صنعت این کشور برای آشکار سازی شکافها در فلزات و سایر موارد مورد استفاده قرار می‌گرفت. از کاربرد بخصوصی که انعکاس صوت در جنگ و صنعت داشت صوت‌یاب به علم پزشکی وارد شد و تبدیل به یک وسیله تشخیصی بزرگ در علم پزشکی گردید.






سیر تحولی در رشد

نخستین دستگاه تولید کننده امواج فراصوت در پزشکی، در سال ۱۹۳۷ میلادی توسط دوسیک اختراع شد و روی مغز انسان آزمایش شد. اگر چه فراصوت در ابتدا فقط برای مشخص کردن خط وسط مغز بود، اکنون بصورت یک روش تشخیصی و درمانی مهم درآمده و پیشرفت روز به روز انواع نسلهای دستگاه‌های تولید فراصوت، تحولات عظیمی در تشخیص و درمان در علم پزشکی بوجود آورده‌است. اگرچه بر اساس آماری که در سال ۲۰۰۰ گرفته شده اولتراسوند بعلت هزینه پایین‌تر، ایمنی بیشتر، حمل و نقل آسان وامکان ارائه تصاویر زنده بیش‌ترین کاربرد را در مقایسه با سایر روشهای تصویربرداری دارد ولی بر اساس آمار به ترتیب سی. تی‌. اسکن (CT) و ام. آر. آی (MRI) و پس از آن تصویربرداری هسته‌ای به‌ویژه مقطع‌نگاری پوزیترون (PET) بیشترین کاربرد را دارند چراکه سامانه فراصوتی دارای محدودیت‌هایی نیز هست از جمله:

امواج فراصوت قابلیت عبور از استخوان را ندارند. همچنین از گاز و هوا نیز نمی‌توانند عبور کنند و بازتاب پیدا می‌کنند. بنابراین روش ایده‌آلی برای تصویربرداری از سینه، روده و معده نمی‌باشند. گازهای روده‌ای جلوی تصویربرداری از ساختمان‌های داخلی‌تر مثل پانکراس و آئورت را می‌گیرند. دیگراین‌که امواج در بافت‌ها افت کرده و به‌عنوان مثال، این مساله تصویر برداری از قلب افراد چاق را با مشکل مواجه می‌کند.






تعریف امواج فراصوت

امواج فراصوت به شکلی از انرژی از امواج مکانیکی گفته می‌شود که فرکانس آنها بالاتر از حد شنوایی انسان باشد. گوش انسان قادر است امواج بین ۲۰ هرتز تا ۲۰۰۰۰ هرتز را بشنود. هر موج (شنوایی یا فراصوت) یک آشفتگی مکانیکی در یک محیط گاز، مایع و یا جامد است که به بیرون از چشمه صوتی و با سرعتی یکنواخت و معین حرکت می‌کند. در حرکت یا گسیل موج مکانیکی، ماده منتقل نمی‌شود. اگر ارتعاش ذرات در جهت عمود بر انتشار صوت باشد، موج عرضی است که بیشتر در جامدات رخ می‌دهد و در صورتی که ارتعاش در راستای انتشار امواج باشد، موج طولی است. انتشار در بافتهای بدن به صورت امواج طولی است. از این رو در پزشکی با اینگونه امواج (بالای ۲۰٬۰۰۰ hertz) سر و کار داریم. در کاربردهای تصویر برداری پزشکی، امواج فراصوت در رنج فرکانسی ۲ تا ۲۰ مگاهرتز به کار گرفته می‌شوند. فرکانس‌های بالاتر از این میزان کاربردهای تحقیقاتی و آزمایشگاهی دارند.






روشهای تولید امواج فراصوت

روش پیزوالکتریسیته تأثیر متقابل فشار مکانیکی و نیروی الکتریکی را در یک محیط اثر پیزو الکتریسیته می‌گویند. بطور مثال بلورهایی وجود دارند که در اثر فشار مکانیکی، نیروی الکتریکی تولید می‌کنند و برعکس ایجاد اختلاف پتانسیل در دو سوی همین بلور و در همین راستا باعث فشردگی و انبساط آنها می‌شود که ادامه دادن به این فشردگی و انبساط باعث نوسان و تولید امواج می‌شود. مواد (بلورهای) دارای این ویژگی را مواد پیزو الکتریک می‌گویند. اثر پیزو الکتریسیته فقط در بلورهایی که دارای تقارن مرکزی نیستند، وجود دارد. بلور کوارتز از این دسته مواد است و اولین ماده‌ای بود که برای ایجاد امواج فراصوت از آن استفاده می‌شد که اکنون هم استفاده می‌شود.

اگر چه مواد متبلور طبیعی که دارای خاصیت پیزو الکتریسیته باشند، فراوان هستند. ولی در کاربرد امواج فراصوت در پزشکی از کریستالهایی استفاده می‌شود که سرامیکی بوده و بطور مصنوعی تهیه می‌شوند. از نمونه این نوع کریستالها، مخلوطی از زیرکونیت و تیتانیت سرب (Lead zirconat & Lead titanat) است که به شدت دارای خاصیت پیزوالکتریسیته هستند. به این مواد که واسطه‌ای برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و بالعکس هستند، مبدل یا ترانسدیوسر (transuscer) می‌گویند. یک ترانسدیوسر فراصوتی بکار می‌رود که علامت الکتریکی را به انرژی فراصوت تبدیل کند که به داخل بافت بدن نفوذ و انرژی فراصوت انعکاس یافته را به علامت الکتریکی تبدیل کند.







روش مگنتو استریکسیون

این خاصیت در مواد فرومغناطیس (مواد دارای دو قطبی‌های مغناطیسی کوچک بطور خود به خود با دو قطبی‌های مجاور خود همخط شوند) تحت تأثیر میدان مغناطیسی بوجود می‌آید. مواد مزبور در این میدانها تغییر طول می‌دهند و بسته به فرکانس (شمارش زنشهای کامل موج در یک ثانیه) جریان متناوب به نوسان در می‌آیند و می‌توانند امواج فراصوت تولید کنند. این مواد در پزشکی کاربرد ندارند و شدت امواج تولید شده به این روش کم است و بیشتر کاربرد آزمایشگاهی دارد.
عملکرد دستگاه‌های تصویربرداری و تشخیص با امواج فراصوت

در سیستم‌های فراصوت، پالس‌های مکانیکی با فرکانسی در محدودهٔ فراصوت، توسط پراب مخصوص منتشر می‌گردد. این پراب‌ها دارای آرایه‌ای از فرستنده‌های فرا صوت می‌باشد. بخشی از امواج منتشر شده در محیط (در اینجا بافت‌های زیستی)، با برخورد به مرزهای دو بافت با چگالی متفاوت، دچار بازتابش (اکو) می‌گردند. میزان این بازتابش وابسته به امپدانس انتشار امواج فراصوت در دو محیط می‌باشد. اساس سیستم‌های تصویربرداری آلتراسوند، تشخیص تاخیرهای سیگنال‌های دریافتی و پالس‌های ارسال شده می‌باشد.

در کاربردهای پزشکی، امواج فراصوت با فرکانس‌هایی در رنج ۱ مگاهرتز الی ۱۸ مگاهرتز، به کار گرفته می‌شود. فرکانس‌های بالا نیاز به فرستنده‌هایی با ابعاد کوچک‌تر داشته و با توجه به کوتاه تر شدن طول موج، امکان دستیابی به رزولوشن بالاتر را فراهم می‌آورد، اما با این وجود، میزان تضعیف سیگنال در محیط انتشار، با افزایش فرکانس، افزایش می‌یابد. به همین دلیل رنج فرکانس معمول ۳ الی ۵ مگاهرتز می‌باشد.

برای تشخیص سرعت سیالات، مانند سرعت جریان خون، می‌توان از اثر داپلی نیز بهره برد. با توجه به اثر دوپلر حرکت سیال موجب ایجاد شیفت فرکانسی در امواج بازتابیده شده می‌شود. میزان این شیفت فرکانس وابسته به اندازه و جهت سرعت می‌باشد.

با افزایش فرکانس، الگوی تابش فرستنده به حالت ایزوتروپیک نزدیک می‌گردد. برای متمرکز نمودن پالس‌های ارسالی در یک راستا و حتی یک نقطه خاص می‌بایست از پراب‌های آرایه فازی، استفاده نمود. این پراب‌ها شامل چندین فرستنده/گیرنده پیزوالکتریک بر روی خود می‌باشند که می‌توان به صورت یک ردیف (یک بعدی) و یا چندین ردیف (دو بعدی) کنار هم چیده شده باشند. در حالت پسیو، می‌توان چیدمان این المان‌ها را به نحوی طراحی نمود که لوب اصلی الگوی تابش آنتن در یک راستای خاص متمرکز گردد.
در حالت اکتیو فاز، با ایجاد تاخیرهای کنترل شده، در پالس‌های ارسالی توسط هر المنت، می‌توان جهت لوب اصلی را نیز بدون تغییر موقعیت مکانیکی فرستنده، تغییر داد. در فرستنده‌های آرایه فازی دو بعدی اکتیو، امکان فوکوس کردن در یک نقطه خاص نیز فراهم می‌آید. این خصوصیت امکان ایجاد تصاویر دو بعدی و سه بعدی را بدون تغییر دادن مکان پراب، فراهم می‌آورد.






کاربرد امواج فراصوت

۱. کاربرد تشخیصی (سونوگرافی)

2. بیماریهای زنان و زایمان (Gynecology) مانند بررسی قلب جنین، اندازه‌گیری قطر سر (سن جنین)، بررسی جایگاه اتصال جفت و محل ناف، تومورهای پستان. 3. بیماریهای مغز و اعصاب(Neurology) مانند بررسی تومور مغزی، خونریزی مغزی به صورت اکوگرام مغزی یا اکوانسفالوگرافی.

4. بیماریهای چشم (ophthalmology) مانند تشخیص اجسام خارجی در درون چشم، تومور عصبی، خونریزی شبکیه، اندازه‌گیری قطر چشم، فاصله عدسی از شبکیه.

5. بیماریهای کبدی (Hepatic) مانند بررسی کیست و آبسه کبدی.

6. بیماری‌های قلبی (cardiology) مانند بررسی اکوکاردیوگرافی.

۷. دندانپزشکی مانند اندازه‌گیری ضخامت بافت نرم در حفره‌های دهانی. و نیز کاربردهای درمانی آن مانند جرم گیری لثه

۸. این امواج به علت اینکه مانند تشعشعات یونیزان عمل نمی‌کنند. بنابراین برای زنان و کودکان بی‌خطر هستند. ۹. همچنین برای تصویربرداری از سینه هااستفاده می‌شود. ۱۰. رزولوشن بالایی از این روش، برای تصویربرداری از بافتهای سطحی و سلولهای نزدیک سطح پوست استفاده می‌شود. کاربرد درمانی (سونوتراپی): ۱. در فیزیوتراپی جهت کاهش درد و التهاب و همچنین انعطاف‌پذیری بافت‌ها از اولترا سوند استفاده می‌گردد.

۲. کاربرد گرمایی 11. تزریق بدون جراحت با جذب امواج فراصوت به‌وسیله بدن بخشی از انرژی آن به گرما تبدیل می‌شود. گرمای موضعی حاصل از جذب امواج فراصوت بهبودی را تسریع می‌کند. قابلیت کشسانی کلاژن (پروتئینی ارتجاعی) را افزایش می‌دهد. کشش در جوشگاه‌های زخم (scars) افزایش می‌دهد و باعث بهبود آنها می‌شود. اگر اسکار به بافتهای زیرین خود چسبیده باشد، باعث آزاد شدن آنها می‌شود. گرمای حاصل از امواج فراصوت با گرمای حاصل از گرمایش متفاوت است.







میکروماساژ مکانیکی

به هنگام فشردگی و انبساط محیط، امواج طولی فراصوتی روی بافت اثر می‌گذارند و باعث جابجایی آب میان بافتی و در نتیجه باعث کاهش ورم (تجمع آب میان بافتی در اثر ضربه به یک محل) می‌شوند.

درمان آسیب تازه و ورم:آسیب تازه معمولاً با ورم همراه است. فراصوت در بسیاری از موارد برای از بین بردن مواد دفعی در اثر ضربه و کاهش خطر چسبندگی بافتها بهم بکار می‌رود.

درمان ورم کهنه یا مزمن: فراصوت چسبندگیهایی که میان ساختمانهای مجاور ممکن است ایجاد شود را می‌شکند.






خطرات فراصوت
جستجو در ویکی‌انبار در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ سونوگرافی فراصوتی موجود است.






سوختگی

اگر امواج پیوسته و در یک مکان بدون چرخش بکار روند، در بافت باعث سوختگی می‌شود و باید امواج حرکت داده شوند.






پارگی کروموزومی

استفاده دراز مدت از امواج اولتراسوند با شدت خیلی بالا پارگی در رشته دی ان ای (DNA) را نشان می‌دهد.






ایجاد حفره

یکی از عوامل کاهش انرژی امواج اولتراسوند هنگام گذشتن از بافتهای بدن ایجاد حفره یا کاویتاسیون است. همه محلولها شامل مقدار قابل ملاحظه‌ای حبابهای گاز غیر قابل دیدن هستند و دامنه بزرگ نوسانهای امواج اولتراسوند در داخل محلولها می‌تواند بر روی بافتها تغییرات بیولوژیکی ایجاد کند (پارگی در دیواره یاخته‌ها و از هم گسستن مولکولهای بزرگ).






عایق صوتی

هر وسیله‌ای برای کاهش فشار صوتی با توجه به صدای منبع و گیرنده را عایق صوتی (به انگلیسی: Soundproofing) می‌گویند.

چندین روش اساسی برای کاهش صدا وجود دارد: افزایش فاصله بین منبع و گیرنده، با استفاده از موانع سر و صدا برای منعکس یا جذب انرژی از امواج صوتی است، با استفاده از سازه‌های میرایی مانند تیغه‌های صوتی، و یا با استفاده از عایق‌های صوتی.







فواید استفاده از عایق صوتی

بهبود صدا در یک اتاق (اتاق بدون پژواک)
کاهش نشت صدا به / از اتاق مجاور و یا خارج از منزل
آکوستیک آرام بخش
کاهش سر و صدا
کنترل سر و صدا
محدود کردن سر و صدای ناخواسته


عایق صوتی می‌تواند از امواج صوتی ناخواسته غیر مستقیم مانند سرکوب بازتاب که باعث پژواک جلوگیری کند عایق صوتی می‌تواند انتقال امواج ناخواسته صدای مستقیم از منبع به شنونده غیر ارادی از طریق کاهش استفاده از فاصله و دخالت اشیاء در مسیر صدا مسیر سازد




روشهای ساده عایقکاری صوتی


1. بستن منافذ ورود و خروج هوا. هر منفذی که هوا بتواند از آن عبور کند،صدا را هم می تواندانتقال دهد. کلیه منافذ موجود در سقفها و دیوارهانظیر اطراف جعبه تقسیم های برق، کانالها و داکتها ،سیم ها و هرجایی راکه شیئی از داخل دیوار یا سقف عبور می کند با بتونه یا فوم پلی اورتان درزگیری نمایید.

2. جلوگیری از ایجاد "کانالهای عبور صدا " در دیوارها. هنگام ساخت بناهای جدید ، کلیدهای برق و دریچه های هوا را در داخل دیوارمشترک دو فضا ، پشت به پشت هم قرار ندهید.

3. اجتناب از استفاده از مصالح سخت. زیرا اینگونه مصالح ,صوت را به آسانی ازیک مکان به مکان دیگر انتقال می دهند.

4. استفاده از یک لایه انعطاف پذیرنظیر فوم منبسط شونده ، جهت جدا نمودن لوله ها از غلافها یا سوراخهایی که از آن عبور می کنند.

5. استفاده از عایق صوتی در دیوارهای ساختمانهای جدید جهت جلوگیری ازانتقال صدا بین اتاقهای مجاور. به منظور جلوگیری از انتقال صدای نامطلوب جریان سریع آب به هنگام تخلیه فلاش تانک توالت، لوله های پلاستیکی تخلیه آب را عایق بندی کنید.

6. استفاده از وسایل خانگی آرامتر، حتی اگر گرانتر از موارد مشابه پرصداتر باشند.

7. جدا نمودن تجهیزات صدادار از محلهای استراحت. استفاده از اطاقهای مجزای مجهز به عایق های صوتی می تواند ایده خوبی درطراحی منزل باشد. بکارگیری درهای مجهز به عایق بین کلیه فضاها ، به مقدار قابل ملاحظه ای از انتقال صدا در خانه جلوگیری می کند.

8. استفاده از مصالح جاذب صدا در کفها، دیوارها و سقفها. عایقهای صوتی به مانند موکت می توانند از عبور صدا جلوگیری نمایند. حتی الامکان ازبکارگیری کفپوشهای سخت، مانند سرامیک، بتن و چوب خودداری نمایید.









صوت‌شناسی

صوت‌شناسی یا آکوستیک یکی از شاخه‌های علم فیزیک است و موضوع آن بررسی موج های مکانیکی در گازها ، مایع ها و جامدها ،از جمله نوسان ها ، صدا ، فراصوت و فروصوت است.کاربردهای آکوستیک در بسیاری از جنبه های زندگی امروز دیده می شوند و ساده ترین نمونه آن صنایع صوتی و نیز کنترل نویز (مکانیکی)است.

واژه ی آکوستیک برگرفته از ریشه ی یونانی ακουστικός ، به معنای "برای و از شنوایی" و نیز از ἀκουστός به معنای قابل شنیدن است.






تاریخچه

از نظر اهمیتی که آکوستیک یا علم صدا دارا می‌باشد می‌توان انتظار داشت که این موضوع در تاریخ علوم فیزیک جزو مطالب اساسی به شمار رفته باشد، در صورتی که چنین چیزی نیست، زیرا در قبال تاریخ سایر علوم، تاریخ آکوستیک قسمت از قلم افتاده و مهجوری بیش نیست. یکی از دلایل این مهجوریت تاریخی این است که نظریه اساسی اصلی راجع به انتشار و اخذ صوت از زمانهای بسیار قدیم در تحولات فکر بشری پیدا شده و اسلوب این فکر همان است که امروزه مورد قبول ماست.






تولید صوت

وقتی که به یک جسم جامد ضربه وارد می‌سازیم، تولید صدا می‌کند. تحت بعضی از شرایط صدای حاصل، بگوش انسان خوش آیند و مطبوع است و این در واقع اساس پیدایش علم موسیقی است که سالیان دراز قبل از تاریخ ضبط صوت، موجود بوده است، اما موسیقی، قرنها قبل از نظر علمی مورد تحقیق قرار گیرد، جزو صنایع ظریفه محسوب می‌گردید. این مطلب مورد قبول عموم است که اولین فیلسوف یونانی که مبنای موسیقی را برسی نموده است. فیثاغورث می‌باشد که ۶ قرن قبل از میلاد زندگی می‌کرده است.
4:04 pm
کاربرد

زبان برنامه نویسی یک مکانیزم ساخت یافته برای تعریف داده‌ها، و عملیات یا تبدیل‌هایی که ممکن است بطور اتوماتیک روی آن داده انجام شوند، فراهم می‌کند. یک برنامه نویس از انتزاعات آماده در زبان استفاده می‌کند تا مفاهیم به کار رفته در محاسبات را بیان کند. این مفاهیم به عنوان یک مجموعه از ساده‌ترین عناصر موجود بیان می‌شوند(مفاهیم ابتدایی نامیده می‌شوند).





زبان‌های برنامه نویسی با غالب زبان‌های انسانی تفاوتی دارد و آن این است که نیاز به بیان دقیق تر و کامل تری دارد. هنگام استفاده از زبان‌های طبیعی برای ارتباط با دیگر انسان‌ها، نویسندگان و گویندگان می‌توانند مبهم باشند و اشتباهات کوچک داشته باشند، و همچنان انتظار داشته باشند که مخاطب آنها متوجه شده باشد. اگرچه، مجازا، رایانه‌ها "دقیقاً آنچه که به آنها گفته شده را انجام می‌دهند." و نمی‌توانند "بفهمند" که نویسنده دقیقاً چه کدی مد نظر نویسنده بوده‌است] البته امروزه برنامه‌هایی برای انجام این کار تولید شده‌اند و تلاش‌های بسیاری در این زمینه انجام شده ولی هنوز به نتیجهٔ رضایت بخشی نرسیده است[. ترکیب تعریف زبان، یک برنامه، و ورودی برنامه بطور کامل رفتار خروجی را به هنگام اجرای برنامه (در محدوده کنترل آن برنامه) مشخص می‌کند. برنامه‌های یک رایانه ممکن است در یک فرایند ناپیوسته بدون دخالت انسان اجرا شوند، یا یک کاربر ممکن است دستورات را در یک مرحله فعل و انفعال مفسر تایپ کند.در این حالت "دستور"ها همان برنامه‌ها هستند، که اجرای آنها زنجیروار به هم مرتبطند.به زبانی که برای دستور دادن به برنامه‌ای استفاده می‌شود، زبان اسکریپت می‌گویند. بسیاری از زبان‌ها کنار گذاشته شده‌اند، برای رفع نیازهای جدید جایگزین شده‌اند، با برنامه‌های دیگر ترکیب شده‌اند و در نهایت استعمال آنها متوقف شده‌است. با وجود اینکه تلاش‌هایی برای طراحی یک زبان رایانه" کامل" شده‌است که تمام اهداف را تحت پوشش قرار دهد، هیچ یک نتوانستند بطور کلی این جایگاه را پر کنند. نیاز به زبان‌های رایانه‌ای گسترده از گستردگی زمینه‌هایی که زبان‌ها استفاده می‌شوند، ناشی می‌شود:

محدوده برنامه‌ها از متون بسیار کوچک نوشته شده توسط افراد عادی تا سیستم‌های بسیار بزرگ نوشته شده توسط صدها برنامه نویس است
توانایی برنامه نویس‌ها: از تازه کارهایی که بیش از هر چیز به سادگی نیاز دارند تا حرفه‌ای‌هایی که با پیچیدگی قابل توجهی کنار می‌آیند.
برنامه‌ها باید سرعت، اندازه و سادگی را بسته به سیستم‌ها از ریزپردازندها تا ابر رایانه‌ها متناسب نگه دارند.
برنامه‌ها ممکن است یک بار نوشته شوند و تا نسل‌ها تغییر نکنند، و یا ممکن است پیوسته اصلاح شوند.
در نهایت، برنامه نویس‌ها ممکن است در علایق متفاوت باشند: آنها ممکن است به بیان مسائل با زبانی خاص خو گرفته باشند.

یک سیر رایج در گسترش زبان‌های برنامه نویسی این است که قابلیت حل مسائلی با درجات انتزاعی بالاتری را اضافه کنند. زبان‌های برنامه نویسی اولیه به سخت‌افزار رایانه گره خورده بودند. همانطور که زبان‌های برنامه نویسی جدید گسترش پیدا کرده‌اند، ویژگی‌هایی به برنامه‌ها افزوده شده که به برنامه نویس اجازه دهد که ایده‌هایی که از ترجمه ساده به دستورات سخت‌افزار دورتر هستند نیز استفاده کند. چون برنامه نویس‌ها کمتر به پیچیدگی رایانه محدود شده‌اند، برنامه‌های آنها می‌تواند محاسبات بیشتری با تلاش کمتر از سوی برنامه نویس انجام دهند. این به آنها این امکان را می‌دهد که کارایی بیشتردر واحد زمان داشته باشند. "پردازنده‌های زبان طبیعی" به عنوان راهی برای ازبین بردن نیاز به زبان‌های اختصاصی برنامه نویسی پیشنهاد شده‌اند. هرچند، این هدف دور است و فواید آن قابل بحث است. "ادسگر دیجسترا" موافق بود که استفاده از یک زبان رسمی برای جلوگیری از مقدمه سازی ساختارهای بی معنی واجب است، و زبان برنامه نویسی طبیعی را با عنوان "احمقانه" رد کرد، "آلن پرلیس" نیز مشابها این ایده را رد کرد. مطابق با متدولوژی نامتجانس استفاده شده توسط langpop.com در سال ۲۰۰۸، ۱۲ زبان پرکاربرد عبارتند از: C, C++, C#, Java, JavaScript, Perl, PHP, Python, Ruby, Shell, SQL, and Visual Basic.



المان‌ها
تمام زبان‌های بزنامه نویسی تعدادی بلوک‌های ابتدایی برای توضیح داده و پردازش یا تبدیل آنها(مانند جمع کردن دو عدد با انتخاب یک عضو از یک مجموعه)دارند. این " عناصرابتدایی" بوسیله قوانین معناشناسی و دستوری تعریف می‌شوند که ساختار و معنای مربوطه را توضیح می‌دهند.
دستور(
syntax)

فرم سطحی یک زبان برنامه نویسی دستور آن نامیده می‌شود. غالب زبان‌های برنامه نویسی کاملاً متنی اند؛ و از دنبالهٔ متون شامل کلمات، اعداد، نشانگذاری، بسیار شبیه زبان نوشتاری طبیعی استفاده می‌کنند. از طرف دیگر، برنامه‌هایی نیز وجود دارند که بیشتر گرافیکی اند، و از روابط بصری بین سمبل‌ها برای مشخص کردن برنامه استفاده می‌کنند. دستور یک زبان ترکیبات ممکن سمبل‌ها برای ایجاد یک برنامهٔ درست را از نظر دستوری مشخص می‌کند. معنایی که به یک ترکیب سمبل‌ها داده می‌شود با معناشناسی اداره می‌شود(قراردادی یا نوشته شده در پیاده سازی منبع). از آنجا که اغلب زبان‌ها متنی هستند، این مقاله دستور متنی را مورد بحث قرار می‌دهد.

دستور زبان برنامه نویسی معمولاً بوسیله ترکیب عبارات معین(برای ساختار لغوی) و فرم توضیح اعمال(برای ساختار گرامری) تعریف می‌شوند. متن زیر یک گرامر ساده، به زبان lisp است: expression ::= atom | list atom ::= number | symbol number ::= [+-]?['۰'-'۹']+ symbol ::= ['A'-'Za'-'z'].* list ::= '(' expression* ')' این گرامر موارد ذیل را مشخص می‌کند:

یک عبارت یا atom است و یا یک لیست
یک atom یا یک عدد است و یا یک سمبل
یک عدد دنباله ناشکسته‌ای از یک یا تعداد بیشتری اعداد دهدهی است، که یک علامت مثبت و یا منفی می‌تواند پیش از آن بیاید.
یک سمبل حرفی است که بعد از هیچ یا تعدادی کاراکتر (جز فاصله) می‌آید.
یک لیست تعدادی پرانتز است که می‌تواند صفر یا چند عبارت در خود داشته باشد.

"۱۲۳۴۵"، "()"، "(a b c۲۳۲ (۱))" مثال‌هایی هستند از دنباله‌های خوش فرم در این گرامر.

همه برنامه‌هایی که از لحاظ دستوری درست هستند، از نظر معنا درست نیستند. بسیاری از برنامه‌های درست دستوری، بد فرم اند، با توجه به قوانین زبان؛ و ممکن است (بسته به خصوصیات زبان و درست بودن پیاده سازی) به خطای ترجمه و یا استثنا(exception) منتج شود. در برخی موارد، چنین برنامه‌هایی ممکن است رفتار نامشخصی از خود نشان دهند. حتی اگر یک برنامه در یک زبان به خوبی بیان شده باشد، ممکن است دقیقاً مطلوب نویسنده آن نبوده باشد.

به عنوان مثال در زبان طبیعی، ممکن نیست به برخی از جملات درست از لحاظ گرامری، معنای خاصی اطلاق کرد و یا ممکن است جمله نادرست باشد:

"ایده‌های بی رنگ سبز با خشم می‌خوابند."از نظر دستوری خوش فرم است ولی معنای مورد قبولی ندارد.
"جان یک مجرد متاهل است." از نظر دستوری درست است، ولی معنایی را بیان می‌کند که نمی‌تواند درست باشد.

این قسمت از زبان C از نظر دستوری درست است، اما دستوری را انجام می‌دهد که از نظرمعنایی تعریف نشده است(چون p یک اشاره گر خالی است، عمل p->real,p->im معنای خاصی ندارد.) complex *p = NULL; complex abs_p = sqrt (p->real * p->real + p->im * p->im);

گرامر مورد نیاز برای مشخص کردن یک زبان برنامه نویسی می‌تواند با جایگاهش در "سلسله مراتب چامسکی" طبقه بندی شود. دستور اغلب زبان‌های برنامه نویسی می‌تواند بوسیله یک گرامر نوع ۲ مشخص گردد، برای مثال، گرامرهای مستقل از متن.




معناشناسی ایستا
معناشناسی ایستا محدودیت‌هایی بر روی ساختار مجاز متن‌ها تعیین می‌کند که بیان آنها در فرمول دستوری استاندارد مشکل و یا غیر ممکن است. مهمترین این محدودیت‌ها به وسیله سیستم نوع گذاری انجام می‌شود.


سیستم نوع گذاری
یک سیستم نوع گذاری مشخص می‌کند که یک زبان برنامه نویسی چگونه مقادیر و عبارات را در نوع(type) دسته بندی می‌کند، چگونه می‌تواند آن نوع‌ها را تغییر دهد و رفتار متقابل آن‌ها چگونه‌است. این کارعموما توضیح داده ساختارهایی که می‌توانند در آن زبان ایجاد شوند را شامل می‌شود. طراحی و مطالعه سیستم‌های نوع گذاری بوسیله ریاضیات قراردادی را تئوری نوع گذاری گویند.
زبان‌های نوع گذاری شده و بدون نوع گذاری

یک زبان نوع گذاری شده‌است اگر مشخصات هر عملیات، نوع داده‌های قابل اجرا توسط آن را با نشان دادن نوع‌هایی که برای آنها قابل اجرا نیست، تعیین کند. برای مثال، "این متن درون گیومه قرار دارد" یک رشته‌است. در غالب زبان‌های برنامه نویسی، تقسیم یک رشته با یک عدد معنایی ندارد. در نتیجه غالب زبان‌های برنامه نویسی مدرن ممکن است اجرای این عملیات را توسط برنامه‌ها رد کنند. در برخی زبان‌ها، عبارات بی معنی ممکن است هنگام ترجمه(compile) پیدا شود(چک کننده نوع ایستا)، و توسط کامپایلر رد شود، در حالی که در سایر برنامه‌ها، هنگام اجرا پیدا شود.(چک کننده نوع دینامیک) که به استثنای در حال اجرا منتج شود(runtime exception). حالت خاص زبان‌های نوع دار زبان‌های تک نوعند. این زبان‌ها غالباً اسکریپتی و یا مارک آپ هستند، مانند rexx وSGML و فقط یک داده گونه دارند—غالباً رشته‌های کاراکتری که هم برای داده‌های عددی و هم برای داده‌های سمبلی کاربرد دارند. در مقابل، یک زبان بدون نوع گذاری، مثل اکثر زبان‌های اسمبلی، این امکان را می‌دهد که هر عملیاتی روی هر داده‌ای انجام شود، که معمولاً دنباله‌ای از بیت‌ها با طول‌های متفاوت در نظر گرفته می‌شوند. زبان‌های سطح بالا که بی نوع هستند شامل زبان‌های ساده رایانه‌ای و برخی از انواع زبان‌های نسل چهارم.

در عمل، در حالیکه تعداد بسیار کمی از دیدگاه نظریه نوع، نوع گذاری شده تلقی می‌شوند(چک کردن یا رد کردن تمام عملیات‌ها)، غالب زبان‌های امروزی درجه‌ای از نوع گذاری را فراهم می‌کنند. بسیاری از زبان‌های تولیدکننده راهی را برای گذشتن یا موقوف کردن سیستم نوع فراهم می‌کنند.




نوع گذاری ایستا و متحرک

در نوع گذاری ایستا تمام عبارات نوع‌های خود را قبل از اجرای برنامه تعیین می‌کنند(معمولاً در زمان کامپایل). برای مثال، ۱ و (۲+۲) عبارات عددی هستند؛ آنها نمی‌توانند به تابعی که نیاز به یک رشته دارد داده شوند، یا در متغیری که تعریف شده تا تاریخ را نگه دارد، ذخیره شوند.





زبان‌های نوع گذاری شده ایستا می‌توانند با مانیفست نوع گذاری شوند یا با استفاده از نوع استنباط شوند. در حالت اول، برنامه نویس بیشتر صریحاً نوع‌ها را در جایگاه‌های منتنی مشخص می‌نویسد(برای مثال، در تعریف متغیرها). در حالت دوم، کامپایلر نوع عبارات و تعریف‌ها را بر اساس متن استنباط می‌کند. غالب زبان‌های مسیر اصلی(mainstream) ایستا نوع گذاری شده، مانند C#,C++ و Java، با مانیفست نوع گذاری می‌شوند



نوع گذاری قوی و ضعیف

نوع گذاری ضعیف این امکان را ایجاد می‌کند که با متغیری به جای متغیری دیگر برخورد شود، برای مثال رفتار با یک رشته به عنوان یک عدد. این ویژگی بعضی اوقات ممکن است مفید باشد، اما ممکن است باعث ایجاد برخی مشکلات برنامه شود که موقع کامپایل و حتی اجرا پنهان بمانند.

نوع گذاری قوی مانع رخ دادن مشکل فوق می‌شود. تلاش برای انجام عملیات روی نوع نادرست متغیر منجر به رخ دادن خطا می‌شود. زبان‌هایی که نوع گذاری قوی دارند غالباً با نام "نوع-امن" و یا امن شناخته می‌شوند. تمام تعاریف جایگزین برای "ضعیف نوع گذاری شده" به زبان‌ها اشاره می‌کند، مثل perl, JavaScript, C++، که اجازه تعداد زیادی تبدیل نوع داخلی را می‌دهند. در جاوااسکریپت، برای مثال، عبارت ۲*x به صورت ضمنی x را به عدد تبدیل می‌کند، و این تبدیل موفقیت آمیز خواهد بود حتی اگر x خالی، تعریف نشده، یک آرایه، و یا رشته‌ای از حروف باشد. چنین تبدیلات ضمنی غالباً مفیدند، اما خطاهای برنامه نویسی را پنهان می‌کنند.

قوی و ایستا در حال حاضر عموماً دو مفهوم متعامد فرض می‌شوند، اما استفاده در ادبیات تفاوت دارد، برخی عبارت "قوی نوع گذاری شده" را به کار می‌برند و منظورشان قوی، ایستایی نوع گذاری شده‌است، و یا، حتی گیچ کننده تر، منظورشان همان ایستایی نوع گذاری شده‌است. بنابراین C هم قوی نوع گذاری شده و هم ضعیف و ایستایی نوع گذاری شده نامیده می‌شود.
ساعت : 4:04 pm | نویسنده : admin | مطلب قبلی | مطلب بعدی
مای اف | next page | next page