Bài giảng Nhập môn tin học - Chương 12: Ngôn ngữ máy tính

Nội Dung

12.1. Tương tự với ngôn ngữ tự nhiên

12.2. Ngôn ngữ máy tính

12.3. Hợp ngữ

12.4. Ngôn ngữ cấp cao

12.5. Ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng

12.6. Một số ngôn ngữ lập trình cấp cao

12.7. Các ngôn ngữ lập trình cấp cao khác

12.8. Đặc trưng của một ngôn ngữ lập trình

12.9. Cách lựa chọn một ngôn ngữ lập trình cho một

ứng dụng

12.10.Các khái niệm liện quan khác

Mã máy thông qua ngôn ngữ tự nhiên

• Ngô n ngữ má y tí nh là một biện phá p để giao

tiếp dùng để truyền đạt thô ng tin giữa người

và má y tí nh

• Tất cả ngô n ngữ má y tí nh có từ ngữ riêng của

chúng.

• Khá c biệt chủ yếu giữa ngô n ngữ tự nhiên và

ngô n ngữ má y tí nh là ngô n ngữ tự nhiên có từ

vựng lớn nhưng đa số ngô n ngữ má y tí nh sử

dụng rất hạn chế hoặc hạn chế từ vựng.

• Ngôn ngữ máy tính có thể phân thành các loại

sau :

1. Ngôn ngữ máy tính

2. Hợp ngữ

3. Ngôn ngữ cấp cao

Ngôn ngữ của máy tính

• Là ngô n ngữ của má y tí nh vật lý mà người dùng có

thể lập trì nh được.

• Lệnh má y :

– Mỗi lệnh má y chỉ thực hiện một tá c vụ rất đơn giản

như 1 phé p tí nh số học hay 1 hoạt động đọc/ghi

vùng nhớ/thanh ghi CPU.

– Một lệnh má y bao gô m 2 phần : mã lệnh và toá n

hạng. Mã lệnh (opcode) là một chuỗi cá c bit 0 và 1.

Mỗi chuỗi bit miêu tả 1 số, mỗi số miêu tả 1 lệnh

má y cụ thể.

– Toá n hạng xá c định dữ liệu nào sẽ bị xử lý bởi lệnh

má y tương ứng. Toá n hạng cũng là chuỗi bit nhị

phâ n, nhưng định dạng và ngữ nghĩa của nó phụ

thuộc vào từng lệnh má y cụ thể.

Ngôn ngữ của máy tính

• Các toán hạng điển hình có trong tập lệnh của máy

tí nh:

1. Phép toán số học

2. Phé p toá n logic

3. Các thao tác rẽ nhánh.

4. Thao tác để di chuyển dữ liệu giữa vị trí bộ nhớ và

thanh ghi.

5. Thao tác di chuyển dữ liệu từ các thiết bị nhập/xuất

của máy tính.

Ngôn ngữ của máy tính

Ví dụ: Giả sử ta có 2 biến nguyên 16 bit, biến nguyên thứ

nhâ t (i) nằm ở vị trí nhớ 200h, biến nguyên thứ 2 (j) nằm

ở vị trí nhớ 202h.Đọan lệnh má y (Intel 80x86) sau đây sẽ

thiết lập nội dung cho biến i = 5 rồi thiết lập nội dung của

biến j theo cô ng thức i+10 :

10111000 00000101 00000000 b8 05 00

10100011 00000000 00000002 a3 00 02

10100001 00000000 00000002 a1 00 02

00000101 00001010 00000000 05 0a 00

10100011 00000010 00000010 a3 02 02

• Con người rất khó lập trì nh (rất khó viết và đọc) giải quyết

bài toá n ngoài đời trực tiếp bằng ngô n ngữ má y vì quá xa

lạ với ngô n ngữ tự nhiên mà con người đã từng dùng.

Ngôn ngữ của máy tính

Ưu điểm và hạn chế của ngô n ngữ má y tí nh

• Ưu: Chương trì nh viết ngô n ngữ má y tí nh có thể được

thi hành rất nhanh bằng má y tí nh

• Khuyết:

– Phụ thuộc vào má y

– Khó viết chương trì nh

– Lỗi prone

– Khó sửa đổi

– Lập trình viên cần ghi mã số cho từng lệnh.

– Lập trình viên cần ghi vị trí lưu trữ của lệnh và dữ liệu ở

dạng số.

– Lập trình viên cần theo dõi vị trí lưu trữ của lệnh và dữ

liệu trong khi ghi chương trình.

Hợp ngữ

• Hợp ngữ được sử dụng vào năm 1952. Lập trì nh bằng

hợp ngữ có những đặc điểm sau :

1. Sử dụng mã dễ nhớ theo ký tự và số thay vì mã số cho

lệnh trong tập lệnh.

2. Lưu trữ vị trí được biểu diễn dưới dạng địa chỉ theo ký

tự và số thay vì địa chỉ số.

3. Cung cấp lệnh bổ sung gọi là lệnh giả trong tập lệnh

dùng để hướng dẫn hệ thống cá ch chúng ta muốn

chương trì nh sẽ được dịch bằng hợp ngữ bên trong bộ

nhớ của má y tí nh.

START PROGRAM AT 0000

START DATA

AT 1000

SET

ASIDE

AN ADDRESS FOR FRST

AN ADDRESS FOR SCND

ASIDE AN ADDRESS FOR ANSR

Hợp ngữ

• Trì nh dịch hợp ngữ của hệ thống má y tí nh là hệ thống

phần mềm, cung cấp bởi nhà sản xuất má y tí nh dịch

chương trì nh hợp ngữ thành chương trì nh ngô n ngữ

má y tí nh

Input

Output

Assembler

Assembler language program

Machine language program

One-to-once correspondence

(Source Program)

(Object Program)

Figure 12.2. Illustrating the translation process of an assembler.

Hợp ngữ

• Ví dụ: Chương trình hợp ngữ mẫu cộng hai số và

lưu trữ kết quả

Mnemonic Opcode Meaning

HLT

CLA

ADD

SUB

STA

00

10

14

15

30

Halt, sử dụng để kết thúc chương

trình

Xóa và thêm vào thanh ghi A

Thêm nội dung vào thanh ghi A

Trừ nội dung của thanh ghi A

Lưu trữ thanh ghi A

Hợp ngữ

Thuận lợi

• Dễ hiểu và dễ sử dụng

• Dễ định vị hơn và sửa lỗi chính xác

• Dễ để sửa

• Không quan tâm đến địa chỉ

• Dễ dàng xác định đúng vị trí

• Hiệu xuất cao hơn ngôn ngữ máy tính

Hợp ngữ

Hạn chế:

• Phụ thuộc vào

• Người lập trì nh phải có kiến thức cần thiết về phần

cứng

• Cá c lệnh chỉ được viết ở mức mã má y nên viết

chương trì nh bằng hợp ngữ vẫn cò n mất thời gian và

khô ng dễ dàng lắm.

Ngôn ngữ lập trình cấp thấp

• Là ngô n ngữ má y chỉ có hai cấu trúc điều khiển cơ

bản để thực hiện cá c lệnh : tuần tự và nhảy. Cấu trúc

tuần tự là mặc định: sau khi thực hiện xong lệnh má y

hiện hành sẽ thi hành tiếp lệnh đi ngay sau lệnh hiện

hành trong chương trì nh. Lệnh nhảy cho phé p người

lập trì nh xá c định lệnh kế tiếp được thi hành ở đâu

trong chương trì nh.

• “Ngôn ngữ lập trì nh cấp thấp" để miêu tả cá c ngô n

ngữ của cá c má y nằm thấp dưới đáy chồng cá c má y

nhiều cấp. Thí dụ ngô n ngữ má y là ngô n ngữ lập trì nh

cấp thấp.

Ngôn ngữ cấp cao

• Là cá c ngô n ngữ của cá c má y nằm cao trên chồng

cá c má y nhiều cấp.

• Cho phé p dùng nhiều kiểu dữ liệu và nhiều cấu trúc

điều khiển hơn so với những gì được cung cấp bởi

ngô n ngữ cấp thấp, đồng thời cá ch biểu diễn cá c lệnh

cũng gần với ngô n ngữ tự nhiên.

• Phân loại các ngôn ngữ lập trình cấp cao :

– Ngôn ngữ đa mục đích: Basic, C, C++, C#, Java, Fortran,

Pascal

– Ngôn ngữ lập trình stack : TrueType, Postscript,...

– Lập trình khai báo : C, Pascal,...

– Ngôn ngữ lập trình logic, lập trình thủ tục & lập trình hàm :

Prolog, Lisp,..

– Ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng : C++, C#, Java,..

Ngôn ngữ cấp cao

Đặc điểm của ngô n ngữ cấp cao:

• Độc lập với má y

• Khô ng đòi hỏi lập trì nh viên biết bất cứ thứ gì về cấu

trúc bên trong của má y tí nh.

• Khô ng xử lý mã má y.

• Cho phé p sử dụng má y tí nh giải quyết vấn đề ngay cả

khi người dùng khô ng phải là chuyên gia lập trì nh.

Ngôn ngữ cấp cao

Ví dụ:

• Ngôn ngữ máy dạng nhị phân NNM dạng Hex NN Assembly

10111000 00000101 00000000 b8 05 00

10100011 00000000 00000002 a3 00 02

10100001 00000000 00000002 a1 00 02

00000101 00001010 00000000 05 0a 00

10100011 00000010 00000010 a3 02 02

mov ax, 5

mov [200], ax

mov ax, [200]

add ax, 10

mov [202],ax

• Ngôn ngữ cấp cao C :

short i, j; // khai báo 2 biên i, j thuộc kiểu số nguyên 16 bit

i = 5; // chứa 5 vào biến i

j = i +10; // chứa kết quả tính công thức i + 10 vào biến j

Ngôn ngữ cấp cao

• Chương trì nh dịch để dịch chương trì nh bằng ngô n

ngữ cấp cao phải chuyển đổi thành chương trì nh ngô n

ngữ má y tí nh tương đương với nó trước khi nó có thể

được thi hành trên má y tí nh.

Quá trình dịch của một trình biên dịch

Ngôn ngữ cấp cao

Minh họa quá trình biên dịch lại mã nguồn của chương trình

Ngôn ngữ cấp cao

• Linker (Liên kết, kết nối): được sử dụng để kết hợp

chí nh xá c tất cả cá c tập tin đối tượng chương trì nh

(module) của phần mềm, và chuyển đổi chúng vào

chương trì nh thực thi cuối cùng.

Ngôn ngữ cấp cao

Quá trình biên dịch nhiều chương trình nguồn

và kết nối chúng với nhau để thực thi chương trình (nạp module)