Bài giảng Nhập môn tin học 2 - Chương 7: Ngôn ngữ máy

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

• Ngôn ngữ máy tính là một biện pháp để giao

tiếp dùng để truyền đạt thông tin giữa người

và máy tính

• Tất cả ngôn ngữ máy tính có từ ngữ riêng của

chúng.

• Khác biệt chủ yếu giữa ngôn ngữ tự nhiên và

ngôn ngữ máy tính là ngôn ngữ tự nhiên có từ

vựng lớn nhưng đa số ngôn ngữ máy tính 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 ngôn ngữ của máy tính vật lý mà người dùng có

thể lập trình được.

• Lệnh máy :

– Mỗi lệnh máy chỉ thực hiện một tác vụ rất đơn giản

như 1 phép tính số học hay 1 hoạt động đọc/ghi

vùng nhớ/thanh ghi CPU.

– Một lệnh máy bao gôm 2 phần : mã lệnh và toán

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

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

máy cụ thể.

– Toán hạng xác định dữ liệu nào sẽ bị xử lý bởi lệnh

máy tương ứng. Toán hạng cũng là chuỗi bit nhị

phân, nhưng định dạng và ngữ nghĩa của nó phụ

thuộc vào từng lệnh máy cụ thể.

Ngôn ngữ của máy tính

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

tính:

1. Phép toán số học

2. Phép toán 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

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

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

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

biến j theo công 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 trình (rất khó viết và đọc) giải quyết

bài toán ngoài đời trực tiếp bằng ngôn ngữ máy vì quá xa

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

Ngôn ngữ của máy tính

Ưu điểm và hạn chế của ngôn ngữ máy tính

• Ưu: Chương trình viết ngôn ngữ máy tính có thể được

thi hành rất nhanh bằng máy tính

• Khuyết:

– Phụ thuộc vào máy

– Khó viết chương trình

– 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 trình 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 cách chúng ta muốn

chương trình sẽ được dịch bằng hợp ngữ bên trong bộ

nhớ của máy tính.

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

• Trình dịch hợp ngữ của hệ thống máy tính là hệ thống

phần mềm, cung cấp bởi nhà sản xuất máy tính dịch

chương trình hợp ngữ thành chương trình ngôn ngữ

máy tính

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 trình phải có kiến thức cần thiết về phần

cứng

• Các lệnh chỉ được viết ở mức mã máy nên viết

chương trình bằng hợp ngữ vẫn còn mất thời gian và

không dễ dàng lắm.

Ngôn ngữ lập trình cấp thấp

• Là ngôn ngữ máy chỉ có hai cấu trúc điều khiển cơ

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

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

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

hành trong chương trình. Lệnh nhảy cho phép người

lập trình xác định lệnh kế tiếp được thi hành ở đâu

trong chương trình.

• “Ngôn ngữ lập trình cấp thấp" để miêu tả các ngôn

ngữ của các máy nằm thấp dưới đáy chồng các máy

nhiều cấp. Thí dụ ngôn ngữ máy là ngôn ngữ lập trình

cấp thấp.

Ngôn ngữ cấp cao

• Là các ngôn ngữ của các máy nằm cao trên chồng

các máy nhiều cấp.

• Cho phép dùng nhiều kiểu dữ liệu và nhiều cấu trúc

điều khiển hơn so với những gì được cung cấp bởi

ngôn ngữ cấp thấp, đồng thời cách biểu diễn các lệnh

cũng gần với ngôn 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 ngôn ngữ cấp cao:

• Độc lập với máy

• Không đòi hỏi lập trình viên biết bất cứ thứ gì về cấu

trúc bên trong của máy tính.

• Không xử lý mã máy.

• Cho phép sử dụng máy tính giải quyết vấn đề ngay cả

khi người dùng không phải là chuyên gia lập trình.

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 trình dịch để dịch chương trình bằng ngôn

ngữ cấp cao phải chuyển đổi thành chương trình ngôn

ngữ máy tính tương đương với nó trước khi nó có thể

được thi hành trên máy tính.

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

chính xác tất cả các tập tin đối tượng chương trình

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

chương trình 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)