Bài giảng Nhập môn Tin học - Chương 3: Ngôn ngữ máy

Bài giảng Nhập môn Tin học - Chương 3: Ngôn ngữ máy, cung cấp cho người học những kiến thức như: Phân loại ngôn ngữ máy; Định dạng của lệnh trong ngôn ngữ máy; Thuận lợi và bất lợi của ngôn ngữ máy; hợp ngữ - Assembly/Symbolic language; ngôn ngữ trung gian của trình biên dịch và thông dịch;...Mời các bạn cùng tham khảo!

(Computer languages)

Phân loại ngôn ngữ máy

• Assembly language

• High-level language

2

Ngôn 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 1

• Lệnh thực thi nhanh vì các lệnh được đọc và thực thi trực tiếp

Định dạng của lệnh trong ngôn ngữ máy

• Opcode- Operation code

• Opcode 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

4

Định dạng của lệnh trong ngôn ngữ máy

Ví dụ

6

Thuận lợi và bất lợi của ngôn ngữ máy

Hợp ngữ -Assembly/Symbolic language

• Là ngôn ngữ lập trình mà giải quyết những hạn chế của ngôn ngữ máy

• Sử 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 số

Ví dụ: biểu diễn vị trí bộ nhớ 1000, 1001, 1002 cho lệnh FIRST, SCND, ANSR

8

ASIDE AN ADDRESS FOR ANSR

Hợp ngữ -Assembly/Symbolic language

• Assembler: là phần mềm dùng để chương trình hợp ngữ sang ngôn ngữ máy

Hợp ngữ -Assembly/Symbolic language

• Ví dụ: các lệnh trong tập lệnh của hợp ngữ

Mnemonic Opcode Meaning

HLT CLA ADD SUB STA

00 10 14 15 30

Halt, 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

12

Hợp ngữ -Assembly/Symbolic language

• Ví dụ: chương trình cộng 2 số và lưu kết quả

• Tương đương giữa chương trình sử dụng ngôn máy và chương

…

14

Thuận lợi và bất lợi của ngôn ngữ Assembly

Thuận lợi và bất lợi của ngôn ngữ Assembly

• Bất lợi:

• Phụ thuộc vào máy

• Người 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

16

Ngôn ngữ cấp cao – High-level language

• Không phụ thuộc vào máy

• Người 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.

Ngôn ngữ cấp cao – High-level language

• Các loại 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,

18

Ngôn ngữ cấp cao – High-level language

• Ví 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 bit

i = 5; // chứa 5 vào biến i

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

Trình biên dịch - Compiler

• Là 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.

20

Trình biên dịch - Compiler

• Compiler:

Trình biên dịch - Compiler

• Một máy tính sẽ hỗ trợ các chương trình dịch khác nhau cho những ngôn ngữ cấp cao khách nhau

22

Trình biên dịch - Compiler

• Chương trình viết bằng ngôn ngữ cấp cao độc lập với máy tính

Trình biên dịch - Compiler

• Kiểm 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 lệ

• Trình tự của các lệnh trong chương trình không hợp lệ

• Sử dụng tên của các biến chưa được định nghĩa

24

Trình biên dịch - Compiler

• Quy trình kiểm lỗi của trình

biên dịch

• 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

26

Liên kết - Linker

• Không 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

Liên kết - Linker

28

Trình thông dịch - Interpreter

• Interpreter 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 quả

Ngôn ngữ trung gian của trình biên dịch và thông dịch

• Intermediate: là ngôn ngữa trung gian, kết hợp của trình biên dịch và thông dịch

Thuận lợi và bất lợi của ngôn ngữ cấp cao

Thuận lợi và bất lợi của ngôn ngữ cấp cao

• Bất lợi:

• Hiệu quả thấp hơn vì thời gian thực thi lâu và tốn bộ nhớ

• Ít linh hoạt hơn vì không có cơ chế kiểm soát CPU và bộ nhớ32

Ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng - OOP

• Là 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 chúng

Ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng -OOP

• Thuận lợi:

• Khả năng mô hình hóa gần với tự nhiên

• Thiết kế theo hướng modular

• Trừu tượng hóa

• Liên kết động

• Tái sử dụng mã lệnh

• Dễ bảo trì34

Các khái niệm trong lập trình hướng đối tượng

• Đối 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

Các khái niệm trong lập trình hướng đối tượng

Các khái niệm trong lập trình hướng đối tượng

• Thông 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

Các khái niệm trong lập trình hướng đối tượng

• Thừa 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 kế38

• 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

• 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

Một số ngôn ngữ lập trình cấp cao

• Ví dụ một chương trình viết bằng ngôn ngữ Pascal

42

PROGRAM SUMNUMS (INPUT, OUTPUT);

(* PROGRAM TO COMPUTE THE SUM OF 10 NUMBERS *) (* DECLARATION OF VARIABLES *)

VAR SUM, N : REAL;

Một số ngôn ngữ lập trình cấp cao

• Ví dụ chương trình viết bằng ngôn ngữ C

44

Một số ngôn ngữ lập trình cấp cao

• Ngôn 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++

}

Một số ngôn ngữ lập trình cấp cao

• Java :

• 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

Một số ngôn ngữ lập trình cấp cao

• Tính 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 lập

48

Đặc điểm của một ngôn ngữ lập trình tốt

Cách chọn ngôn ngữ cho việc xây dựng ứng dụng

• Tính tự nhiên của ứng dụng

• Thân thiện với ngôn ngữ

• Dễ học, dễ sử dụng.

• Có sẵn các công cụ để phát triển chương trình.

• Thực thi hiệu quả

• Mang tính chất của một ngôn ngữ lập trình tốt.

50

Review

A Chuyển đổi ngôn ngữ máy sang ngôn ngữ lập trình bậc cao

B Chuyển đổi chương trình viết bằng hợp ngữ hoặc ngôn ngữ lập

trình bậc cao sang ngôn ngữ máy

C Chuyển đổi hợp ngữ sang ngôn ngữ lập trình bậc cao

D Chuyển đổi ngôn ngữ máy sang hợp ngữ

A Chuyển đổi các ngôn ngữ lập trình khác sang ngôn ngữ máy

B Chuyển đổi ngôn ngữ máy sang ngôn ngữ bậc cao

C Chuyển đổi hợp ngữ sang ngôn ngữ lập trình bậc cao

D Cả A_, B_, C_ đều đúng

A Là bất cứ ngôn ngữ lập trình nào mà có thể mô tả thuật toán để giao cho máy tính thực

hiện

B Là ngôn ngữ duy nhất mà máy tính có thể hiểu và thực hiện được

C Là ngôn ngữ gần với ngôn ngữ tự nhiên, có tính độc lập cao và không phụ thuộc vào

các loại máy

A Mà máy tính có thể thực hiện được trực tiếp không cần dịch

B Sử dụng một số từ để thực hiện các lệnh trên thanh ghi Để thực hiện được cần dịch ra

ngôn ngữ máy

C Mà các lệnh không viết trực tiếp bằng mã nhị phân

D Không viết bằng mã nhị phân, được thiết kế cho một số loại máy có thể hiểu và thực

hiện trực tiếp các câu lệnh dưới dạng kí tự

Hợp ngữ là ngôn ngữ

A Là loại ngôn ngữ mô tả thuật toán dưới dạng văn bản theo những quy ước nào đó và

hoàn toàn không phụ thuộc vào các máy tính cụ thể

B Là loại ngôn ngữ mà máy tính không thực hiện trực tiếp được Trước khi thực hiện

phải dịch ra ngôn ngữ máy

C Là ngôn ngữ gần với ngôn ngữ tự nhiên, có tính độc lập cao và không phụ thuộc vào

các loại máy

D Là loại ngôn ngữ có thể mô tả được mọi thuật toán

A Ngôn ngữ máy

B Hợp ngữ

C Ngôn ngữ bậc cao

D Cả 3 câu đều đúng