Bài giảng Nhập môn Tin học - Chương 3: Ngôn ngữ máy - Từ Thị Xuân Hiền

Chương 3: Ngôn ngữ máy(Computer languages)8/22/20211Phân loại ngôn ngữ máyMachine languageAssembly languageHigh-level language8/22/20212Ngôn ngữ máy - Machine language Là ngôn ngữ duy nhất mà bộ vi xử lý nhận biết và thực hiện trực tiếp không cần sử dụng chương trình dịch.Thường được viết dưới dạng chuỗi các bit nhị phân 0 và 1Thường khó đọcLệnh thực thi nhanh vì các lệnh được đọc và thực thi trực tiếp8/22/20213Định dạng của lệnh trong ngôn ngữ máyOpcode- Operation codeOpcode báo cho máy tính thực hiện lệnh nào trong tập lệnh của máy.Operand (Address/Location)Operand chỉ cho máy tính địa chỉ của dữ liệu mà trên đó lệnh sẽ được thực thi.8/22/20214Định dạng của lệnh trong ngôn ngữ máy8/22/20215Ví dụ8/22/20216Thuận lợi và bất lợi của ngôn ngữ máyThuận lợi:Lệnh thực hiện rất nhanhBất lợi:Phụ thuộc vào máyKhó viết chương trìnhDễ bị lỗiKhó hiệu chỉnh8/22/20217Hợp ngữ -Assembly/Symbolic languageLà ngôn ngữ lập trình mà giải quyết những hạn chế của ngôn ngữ máySử dụng mã chữ và số thay vì mã số cho các chỉ thị trong tập lệnh.Ví dụ: sử dụng lệnh ADD thay vì sử dụng lệnh 1110 (Binary) hoặc 14 (deciaml) cho lệnh cộng.Cho phép các vị trí lưu trữ được biểu diễn theo dạng thức địa chỉ chữ và số thay vì địa chỉ sốVí dụ: biểu diễn vị trí bộ nhớ 1000, 1001, 1002 cho lệnh FIRST, SCND, ANSR8/22/20218Hợp ngữ -Assembly/Symbolic languageCung cấp những lệnh giả được sử dụng để hướng dẫn hệ thống gắn kết các lệnh của chương trình vào trong bộ nhớ của máy tính.Ví dụ: START PROGRAM AT 0000 START DATA AT 1000 SET ASIDE AN ADDRESS FOR FRST SET ASIDE AN ADDRESS FOR SCND ASIDE AN ADDRESS FOR ANSR8/22/20219Hợp ngữ -Assembly/Symbolic languageVí dụ: Ngôn ngữ máy dạng nhị phân NNM dạng Hex NN Assembly10111000 00000101 00000000 b8 05 00 mov ax, 510100011 00000000 00000002 a3 00 02 mov [200], ax10100001 00000000 00000002 a1 00 02 mov ax, [200]00000101 00001010 00000000 05 0a 00 add ax, 1010100011 00000010 00000010 a3 02 02 mov [202],ax8/22/202110Hợp ngữ -Assembly/Symbolic languageAssembler: là phần mềm dùng để chương trình hợp ngữ sang ngôn ngữ máy 8/22/202111Hợp ngữ -Assembly/Symbolic languageVí dụ: các lệnh trong tập lệnh của hợp ngữ8/22/2021MnemonicOpcodeMeaningHLTCLAADDSUBSTA0010141530Halt, để kết thúc chương trìnhXóa và thêm vào thanh ghi AThêm nội dung vào thanh ghi ATrừ nội dung của thanh ghi A Lưu trữ thanh ghi A12Hợp ngữ -Assembly/Symbolic languageVí dụ: chương trình cộng 2 số và lưu kết quả8/22/202113Tương đương giữa chương trình sử dụng ngôn máy và chương trình sử dụng ngôn ngữ Assembly8/22/2021Memory locationNội dungÝ nghĩaOpcodeAddress0000101000Xóa và gán số thứ nhất vào FIRST của thanh ghi A0001141001Thêm số thứ hai tại SCND của thanh ghi A0002301002Lưu nội dung của thanh ghi A vào ANSR000300Dừng chương trình1001Lưu trữ giá trị trong FIRST1002Lưu trữ giá trị trong SCND1003Lưu trữ giá trị trong ANSR14Thuận lợi và bất lợi của ngôn ngữ AssemblyThuận lợi:Dễ hiểu và dễ sử dụngDễ định vị hơn và sửa lỗi chính xác Dễ hiệu chỉnh chương trìnhKhông quan tâm đến địa chỉDễ dàng xác định đúng vị trí Hiệu xuất cao hơn ngôn ngữ máy tính 8/22/202115Thuận lợi và bất lợi của ngôn ngữ AssemblyBất lợi:Phụ thuộc vào máyNgười lập trình phải có kiến thức 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 khó. 8/22/202116Ngôn ngữ cấp cao – High-level languageKhông phụ thuộc vào máyNgười lập trình không cần biết nhiều về cấu trúc bên trong của máy tính, nơi mà chương trình viết bằng ngôn ngữ cấp cao sẽ thực thi.Ngôn ngữ cấp cao cho phép người lập trình sử dụng các lệnh gần với ngôn ngữ tự nhiên, các biểu thức và các ký hiệu toán học.8/22/202117Ngôn ngữ cấp cao – High-level languageCác loại ngôn ngữ lập trình cấp cao :Ngôn ngữ đa mục đích: Basic, C, C++, C#, Java, Fortran, PascalNgôn 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,..8/22/202118Ngôn ngữ cấp cao – High-level languageVí dụ: chương trình trên được viết bằng ngôn ngữ cấp cao C:short i, j; // khai báo 2 biên i, j thuộc kiểu số nguyên 16 biti = 5; // chứa 5 vào biến ij = i +10; // chứa kết quả tính công thức i + 10 vào biến j8/22/202119Trình biên dịch - CompilerLà chương trình dịch dùng để chuyển một chương trình được viết bằng ngôn ngữ cấp cao thành một chương trình bằng ngôn ngữ máy.Biên dịch thành một tập các chỉ thị của ngôn ngữ máy cho các chỉ thị trong chương trình của ngôn ngữ cấp cao.8/22/202120Trình biên dịch - CompilerCompiler:8/22/202121Trình biên dịch - CompilerMột máy tính sẽ hỗ trợ các chương trình dịch khác nhau cho những ngôn ngữ cấp cao khách nhau8/22/202122Trình biên dịch - CompilerChương trình viết bằng ngôn ngữ cấp cao độc lập với máy tính8/22/202123Trình biên dịch - CompilerKiểm tra lỗi cú pháp (Syntax errors)Trình biên dịch ngoài chức năng biên dịch từ ngôn ngữ cấp cao sang ngôn ngữ máy còn có chức năng kiểm tra lỗi cú pháp.Các loại lỗi cú pháp:Ký tự và kết hợp các ký tự không hợp lệTrình tự của các lệnh trong chương trình không hợp lệSử dụng tên của các biến chưa được định nghĩa8/22/202124Trình biên dịch - CompilerQuy trình kiểm lỗi của trình biên dịch8/22/202125Liên kết - LinkerĐối với một phần mềm lớn, để lưu trữ tất cả các dòng lệnh trong chương trình sẽ gặp các vấn đề:Khó khăn khi nhiều lập trình viên làm việc đồng thời trong việc xây dựng và phát triển phần mềm.Bất kỳ sự thay đổi nào trong chương trình đều phải biên dịch lại toàn bộ chương trình.Cách tiếp cận Module thường được áp dụng trong việc xây dựng những phần mềm lớn với nhiều tập tin chương trình nguồn.8/22/202126Liên kết - LinkerKhông cần phải viết lại những chương trình cho những module có sẵn trong thư viện với chức năng tương tự.Mỗi tập tin chương trình nguồn có thể được biên dịch và hiệu chỉnh một các độc lập để tạo ra một đối tượng tập tin chương trình tương ứng.Chương trình liên kết được sử dụng để kết hợp tất cả các đối tượng tập tin chương trình một cách chính xác.Tạo một tập tin thực thi chương trình cuối cùng.8/22/202127Liên kết - Linker8/22/202128Trình thông dịch - InterpreterInterpreter là một trình thông dịch những chương trình được viết bằng ngôn ngữ cấp cao.Lấy một lệnh của ngôn ngữ cấp cao chuyển thành ngôn ngữ máy và thực thi ngay lập tức và đưa ra kết quả8/22/202129Ngôn ngữ trung gian của trình biên dịch và thông dịchIntermediate: là ngôn ngữa trung gian, kết hợp của trình biên dịch và thông dịch sẽ tăng tốc độ và dễ dàng hơn:Trước hết, trình biên dịch sẽ biên dịch chương trình nguồn sang chương trình đối tượng trung gian.Trình thông dịch nhận chương trình đối tượng trung gian và dịch sang chương trình ngôn ngữ máy và thực thi.8/22/202130Thuận lợi và bất lợi của ngôn ngữ cấp caoThuận lợi:Dễ sử dụng trên từng máy, độc lập với máyDễ đọc, dễ hiểu và dễ sử dụngLỗi ít Chi phí viết chương trình thấp. Dễ dàng lưu trữ và dễ bảo trì8/22/202131Thuận lợi và bất lợi của ngôn ngữ cấp caoBất lợi:Hiệu quả thấp hơn vì thời gian thực thi lâu và tốn bộ nhớÍt linh hoạt hơn vì không có cơ chế kiểm soát CPU và bộ nhớ8/22/202132Ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng - OOPLà ngôn ngữ lập trình mô phỏng các vấn đề của thế giới thực trên máy tính.Bản chất của OOP là giải quyết vấn đề bằng cách:Xác định các đối tượng thế giới thực.Xử lý yêu cầu của các đối tượng.Mô phỏng các đối tượng, tiến trình và giao tiếp giữa chúng8/22/202133Ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng -OOPThuận lợi:Khả năng mô hình hóa gần với tự nhiênThiết kế theo hướng modularTrừu tượng hóaLiên kết độngTái sử dụng mã lệnhDễ bảo trì8/22/202134Các khái niệm trong lập trình hướng đối tượngĐối tượng (Object)Mỗi đối tượng bao gồm một bộ các phương thức và thuộc tính.Mỗi đối tượng có một tên riêng biệt và tất cả các tham chiếu đến đối tượng đó được tiến hành qua tên của nó. Mỗi đối tượng có khả năng nhận vào các thông báo, xử lý dữ liệu, và trả kết quả.8/22/202135Các khái niệm trong lập trình hướng đối tượngPhương thức:Các thao tác mà đối tượng sẽ thực hiện.Thuộc tính:Danh sách các tính chất mô tả đối tượng.Ví dụ: . Đối tượng: Sinh viên . Thuộc tính: Họ SV, Tên SV, Ngày Sinh . Phương thức: xuất thông tin sinh viên8/22/202136Các khái niệm trong lập trình hướng đối tượngThông báo (Messages):Là cơ chế để hỗ trợ giao tiếp giữa các đối tượng.Tất cả các máy tính trong một chương trình được viết bằng một ngôn ngữ OOP được thực hiện bằng cách gửi thông báo cho một đối tượng để gọi các phương thức thực thi. 8/22/202137Các khái niệm trong lập trình hướng đối tượngThừa kế (Inheritance)Là một cơ chế để chia sẻ mã lệnh và hành vi (phương thức). Cho phép một lập trình viên tái sử dụng các hành vi của một lớp khi định nghĩa lớp mới.Lớp con có thể kế thừa từ nhiều lớp cha. Đây gọi là đa thừa kế8/22/202138Ngôn ngữ lập trình hướng thủ tụcQuy ước sử dụng thủ tục trừu tượng, đóng gói một dãy các lệnh vào trong một thủ tục. Vai trò của các thủ tục là chuyển dữ liệu đầu vào được xác định bởi các tham số thành các giá trị.Mô hình của ngôn ngữ lập trình hướng thủ tục:Mạnh về mặt tổ chức và quản lý các hành động và thuật toán Yếu về cách tổ chức quản lý dữ liệu dùng chung. 8/22/202139Một số ngôn ngữ lập trình cấp caoFORTRANCOBOL BASICPASCAL PL/1C/C++C#Java8/22/202140Một số ngôn ngữ lập trình cấp caoPascal:Được tạo ra năm 1971 bởi giáo sư Nicklaus Wirth của Viện Công nghệ liên bang ở Zurich, Thụy Sĩ. Pascal được phát triển dựa trên các khái niệm liên quan đến cấu trúc chương trình, đặc biệt biểu thức điều khiển và cấu trúc lặp.Để tạo ra chương trình có cấu trúc, các chương trình Pascal gồm nhiều khối. Mỗi khối bắt đầu bằng BEGIN và kết thúc bằng END 8/22/202141Một số ngôn ngữ lập trình cấp caoVí dụ một chương trình viết bằng ngôn ngữ Pascal8/22/202142PROGRAM SUMNUMS (INPUT, OUTPUT);(* PROGRAM TO COMPUTE THE SUM OF 10 NUMBERS *)(* DECLARATION OF VARIABLES *)VAR SUM, N : REAL;VAR I: INTEGER;(*MAIN PROGRAM LOGIC STARTS HERE *)BEGIN SUM:= 0; FOR I:= 1 TO 10 DO BE GIN READ (N); SUM:= SUM + N; END; WRITELN (“THE SUM OF GIVEN NUMBERS =”, SUM);ENDMột số ngôn ngữ lập trình cấp caoNgôn ngữ CNgôn ngữ C được phát triển năm 1972 tại phòng thí nghiệm Bell của AT & T, Mỹ bởi Dennis Ritchie và Brian Kemiglian. Mục tiêu của họ là phát triển một ngôn ngữ có những ưu điểm của ngôn ngữ lập trình cấp cao với hiệu quả của ngôn ngữ máy. 8/22/202143Một số ngôn ngữ lập trình cấp caoVí dụ chương trình viết bằng ngôn ngữ C8/22/202144Một số ngôn ngữ lập trình cấp caoNgôn ngữ C++C+ + được phát triển bởi Bjarne Stroustrup tại phòng thí nghiệm Bell vào đầu những năm 1980. C++ chứa tất cả các yếu tố cơ bản của các ngôn ngữ C, nhưng được mở rộng thêm tính năng lập trình hướng đối tượng. C+ + khó học hơn so với C.C+ + hoàn toàn tương thích với C. Chương trình C có thể được biên dịch như là chương trình C++ 8/22/202145Một số ngôn ngữ lập trình cấp caoVí dụ chương trình viết bằng ngôn ngữ C++8/22/202146#include#includeint main(){ int tong, i, n; tong =0; for(i=0; i>n; tong=tong+n; } cout<<"\nTong cac so vua nhap:"<<tong;}Một số ngôn ngữ lập trình cấp caoJava:Java là một ngôn ngữ chính được sử dụng cho các ứng dụng dựa trên Internet. Được phát triển tại Sun Microsystems vào năm 1991 bởi một nhóm do James Gosling lãnh đạo. Java được công bố chính thức vào tháng 5 năm 1995, và phiên bản phát hành thương mại đầu tiên đã được thực hiện trong năm 1996. 8/22/202147Một số ngôn ngữ lập trình cấp caoTính chất của Java:Chỉ biên dịch một lần, các chương trình Java được biên dịch độc lập và được thông dịch bởi hệ thống “Java Runtime” tại thời gian thực thi của chương trình.Java đơn giản, dễ cài đặt và dễ sử dụng. Java không hỗ trợ kiểu con trỏ và đa thừa kế. Do đó, Java được coi là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng hoàn toàn. Việc biên dịch được thực hiện bởi máy độc lập8/22/202148Đặc điểm của một ngôn ngữ lập trình tốtTính đơn giảnTính tự nhiênSự trừu tượng hóaTính hiệu quảCó cấu trúcTính chắc chắnTính cục bộTính mở rộngPhù hợp cho các môi trường8/22/202149Cách chọn ngôn ngữ cho việc xây dựng ứng dụngTính tự nhiên của ứng dụngThân thiện với ngôn ngữDễ học, dễ sử dụng.Có sẵn các công cụ để phát triển chương trình.Thực thi hiệu quảMang tính chất của một ngôn ngữ lập trình tốt.8/22/202150