Bài giảng Chương 12: Ngôn ngữ máy tính

Cùng tìm hiểu tương tự với ngôn ngữ tự nhiên; ngôn ngữ máy tính; hợp ngữ; ngôn ngữ cấp cao; ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng;... được trình bày cụ thể trong Bài giảng Chương 12: Ngôn ngữ máy tính.

12.1 Tương t  v i ngôn ng  t  nhiênự ớ ữ ự

• 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

• 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 ng  c a máy tính ữ ủ

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

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 :

• 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 ng  c a máy tính ữ ủ

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

– 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

Ngôn ng  c a máy tính ữ ủ

• Hợp ngữ được sử dụng vào năm 1952 Lập trình bằng

START PROGRAM AT 0000 START DATA AT 1000 SET ASIDE AN ADDRESS FOR FRST SET ASIDE AN ADDRESS FOR SCND ASIDE AN ADDRESS FOR ANSR

H p ng ợ ữ

• 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

H p ng ợ ữ

Assembler

One-to-once correspondence

Figure 12.2 Illustrating the translation process of an assembler

• Ví dụ: Ch ươ ng trình h p ng  m u c ng hai s  và  ợ ữ ẫ ộ ố

Halt,  s   d ng  đ   k t  thúc ử ụ ể ế

chương trìnhXóa  và  thêm  vào  thanh  ghi  AThêm n i dung vào thanh ghi Aộ

Tr  n i dung c a thanh ghi A ừ ộ ủ

L u tr  thanh ghi Aư ữ

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

H p ng ợ ữ

• 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 ng  l p trình c p th p ữ ậ ấ ấ

• 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 ng  c p cao ữ ấ

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 ng  c p cao ữ ấ

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 ng  c p cao ữ ấ

• 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. 

Ngôn ng  c p cao ữ ấ

Quá trình d ch c a m t trình biên d ch ị ủ ộ ị  

Ngôn ng  c p cao ữ ấ

Minh h a  quá trình biên d ch l i mã ngu n c a ch ọ ị ạ ồ ủ ươ ng trình 

• 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 ng  c p cao ữ ấ

Ngôn ng  c p cao ữ ấ

Quá trình biên d ch nhi u ch ị ề ươ ng trình ngu n ồ

và k t n i chúng v i nhau đ  th c thi ch ế ố ớ ể ự ươ ng trình (n p module) ạ

• Trình thông dịch: được sử dụng để phiên dịch các

chương trình được viết bằng ngôn ngữ cấp cao

• Trình thông dịch lấy các lệnh của một chương trình

ngôn ngữ cấp cao dịch nó sang các tập lệnh của ngôn ngữ máy và sau đó ngay lập tức thực thi kết quả các tập lệnh bằng ngôn ngữ máy

Ngôn ng  c p cao ữ ấ

Vai trò c a trình thông d ch ủ ị  

• Những bất lợi chính của trình biên dịch so với trình

thông dịch là chúng chạy chậm hơn so với trình biên dịch khi dịch một chương trình hoàn tất

• So với biên dịch, thông dịch được dễ dàng hơn để

viết

• Lợi thế chính của thông dịch so với các trình biên dịch

là một lỗi cú pháp trong một biểu thức của chương trình được phát hiện thì sẽ đưa ra hướng giải quyết cho các lập trình viên ngay sau khi nó được dịch

Ngôn ng  c p cao ữ ấ

Vai trò c a trình thông d ch ủ ị  

Thuận lợi của ngôn ngữ cấp cao:

Hạn chế của ngôn ngữ cấp cao:

• Hiệu quả Thấp hơn

• Ít linh hoạt hơn

Ngôn ng  c p cao ữ ấ

L p trình h ậ ướ ng đ i t ố ượ ng(OOP) là gì?

• Các khái ni m v  OOP l n đ u tiên đ ệ ề ầ ầ ượ c gi i  ớ

thi u vào năm 1967 c a các nhà phát tri n c a  ệ ủ ể ủ

m t ngôn ng  l p trình có tên Simula­67  ộ ữ ậ

• Khái  ni m  này  b t  đ u  đ ệ ắ ầ ượ c  ph   bi n  trong  ổ ế

nh ng  năm  1980  v i  s   phát  tri n  c a  ngôn  ữ ớ ự ể ủ

ng  l p trình khác có tên Smalltalk, t  đó khái  ữ ậ ừ

ni m OOP đ ệ ượ ử ụ c s  d ng r ng rãi ộ

Ngôn ng  l p trình h ữ ậ ướ ng đ i  ố

t ượ ng(OOP)

L p trình hậ ướng đ i tố ượng(OOP) là gì?

• Nh ng  ý  tữ ưởng  đ ng  sau  OOP  c   b n  là  ngôn  ng   l p ằ ơ ả ữ ậtrình đượ ử ục s  d ng đ  mô ph ng các v n đ  c a th  gi i ể ỏ ấ ề ủ ế ớ

th c trên các máy tính.ự

• Do đó cái c t lõi c a OOP là gi i quy t v n đ  b ng cách ố ủ ả ế ấ ề ằxác đ nh các đ i tị ố ượng th  gi i th c c a v n đ  và x  lý ế ớ ự ủ ấ ề ửyêu c u c a các đ i tầ ủ ố ượng, và sau đó t o ra mô ph ng c a ạ ỏ ủ

nh ng đ i tữ ố ượng, quy trình c a h , và đủ ọ ược yêu c u thông ầtin liên l c gi a các đ i tạ ữ ố ượng

Ngôn ng  l p trình h ữ ậ ướ ng đ i  ố

t ượ ng(OOP)

Các khái ni m c  b nệ ơ ả

1.Đ i tố ượ  ng

• M t đ i tộ ố ượng là y u t  ban đ u c a m t chế ố ầ ủ ộ ương trình 

được vi t b ng m t ngôn ng  OOP. M i đ i tế ằ ộ ữ ỗ ố ượng bao 

g m m t b  các th  t c (g i là phồ ộ ộ ủ ụ ọ ương th c) và m t s  ứ ộ ố

d  li u (thu c tính).ữ ệ ộ

• M t chộ ương trình được vi t b ng m t ngôn ng  OOP là ế ằ ộ ữ

m t t p h p các đ i tộ ậ ợ ố ượng liên k t v i nhau. ế ớ

Ngôn ng  l p trình h ữ ậ ướ ng đ i  ố

t ượ ng(OOP)

Các khái ni m c  b n ệ ơ ả

2.Ph ươ ng th c ứ

• M t  ph ộ ươ ng  th c  c a  m t  đ i  t ứ ủ ộ ố ượ ng  xác 

đ nh t p h p các thao tác mà đ i t ị ậ ợ ố ượ ng s   ẽ

th c  hi n  khi  m t  thông  báo    t ự ệ ộ ươ ng  ng  ứ

v i  các  ph ớ ươ ng  th c  nh n  đ ứ ậ ượ c  c a  đ i  ủ ố

t ượ ng

• Trong  m t  đo n  ch ộ ạ ươ ng  trình,  ph ươ ng 

th c đ ứ ượ c đ nh nghĩa nh  ch c năng ị ư ứ  hoàn 

ch nh v i các thông s  và kh  năng tr  v   ỉ ớ ố ả ở ề giá trị.

Ngôn ng  l p trình h ữ ậ ướ ng đ i  ố

t ượ ng(OOP)

Ngôn ng  l p trình h ữ ậ ướ ng đ i  ố

t ượ ng(OOP)

Mô hình c a 1 đ i t ủ ố ượ ng s  d ng trong OOP ử ụ  

Ngôn ng  l p trình h ữ ậ ướ ng đ i  ố

t ượ ng(OOP)

Các khái ni m c  b nệ ơ ả

4.L pớ

• M t l p là m t mô t  c a m t hay nhi u đ i tộ ớ ộ ả ủ ộ ề ố ượng tương 

t  nhau. Khái ni m l p là  tự ệ ớ ương t  v i "ki u" trong các ự ớ ểquy ước th  t c­ hủ ụ ướng ngôn ng ữ  

• L p có 2 d ng: l p bi n và l p th c th ớ ạ ớ ế ớ ự ể

• Ví  d ,  n u  "s   nguyên"  là  m t  ki u  (l p),  sau  đó  "8"  là ụ ế ố ộ ể ớ

m t th c th  (đ i tộ ự ể ố ượng) c a ki u (l p) "s  nguyên". ủ ể ớ ố

Tương t , "Ngự ười­1" và "Người­2" có th  là hai th c th  ể ự ể(đ i tố ượng) c a m t l p "Ngủ ộ ớ ười"

Ngôn ng  l p trình h ữ ậ ướ ng đ i  ố

t ượ ng(OOP)

Các khái ni m c  b n ệ ơ ả

5.Th a k ừ ế

• Trong OOP,  k  th aế ừ  là m t c  ch  đ  chia s  mã l nh ộ ơ ế ể ẻ ệ

và hành vi. Nó cho phép m t l p trình viên tái s  d ng các ộ ậ ử ụhành vi c a m t l p trong các đ nh nghĩa c a l p m iủ ộ ớ ị ủ ớ ớ

• K  th a không c n ph i có gi i h n đ i v i m t l p cha. ế ừ ầ ả ớ ạ ố ớ ộ ớ

L p con có th  k  th a t  nhi u l p cha.  Đây g i là đa ớ ể ế ừ ừ ề ớ ọ

th a k ừ ế

Ngôn ng  l p trình h ữ ậ ướ ng đ i  ố

t ượ ng(OOP)

Ngôn ng  l p trình h ữ ậ ướ ng đ i  ố

t ượ ng(OOP)

Ví d  v  c u trúc th a k  c a l p ụ ề ấ ừ ế ủ ớ  

Ch ươ ng trình h ướ ng th  t c ủ ụ

• Ngôn ng  l p trình h ng th  t c quy ữ ậ ướ ủ ụ ước s  d ng th  ử ụ ủ

t c tr u tụ ừ ượng mà th  t  đóng gói m t dãy các l nh vào ứ ự ộ ệtrong các th  t c. ủ ụ

• Vai  trò  c a  các  th   t c  là  chuy n  đ i  d   li u  đ u  vào ủ ủ ụ ể ổ ữ ệ ầ

được xác đ nh b i các tham s  vào các giá tr ị ở ố ị

• Mô hình c a ngôn ng  l p trình h ng th  t c có nguyên ủ ữ ậ ướ ủ ụ

t c t  ch c m nh m  đ  qu n lý các hành đ ng và thu t ắ ổ ứ ạ ẽ ể ả ộ ậtoán  nh ng  y u  kém  v   nguyên  tác  t   ch c  qu n  lý  d  ư ế ề ổ ứ ả ữ

li u dùng chung. ệ

Ch ươ ng trình h ướ ng đ i t ố ượ   ng

• Ngôn  ng   l p  trình  h ng  đ i  t ng  đóng  gói  d   li u ữ ậ ướ ố ượ ữ ệcũng nh  th  t  thao tác vào trong các th c th  tr u tư ứ ự ự ể ừ ượng 

g i là đ i tọ ố ượng. 

• L p trình h ng đ i t ng cung c p nhi u công c  ti n ậ ướ ố ượ ấ ề ụ ệ

d ng và h u ích h n l p trình hụ ữ ơ ậ ướng th  t c.ủ ụ

• Vai trò c a các đ i t ng là ph c v  nh  m t kho d  li u ủ ố ượ ụ ụ ư ộ ữ ệ

và  đáp  ng  th c  hi n  các  hành  đ ng  đứ ự ệ ộ ược  yêu  c u  theo ầ

m t  cách  th c  xác  đ nh  b i  tr ng  thái  hi n  t i  c a  h  ộ ứ ị ở ạ ệ ạ ủ ệ

th ng. ố

• Mô  hình  c a  ngôn  ng   l p  trình  h ng  đ i  t ng  thì ủ ữ ậ ướ ố ượ

m nh m  v  t  ch c qu n lý các hành đ ng và thu t toán ạ ẽ ề ổ ứ ả ộ ậ

và c  qu n lý d  li u dùng chung. ả ả ữ ệ

• K  th a cung c p thêm s c m nh cho phép các l p đ c ế ừ ấ ứ ạ ớ ượphân lo i theo các thu c tính và theo th a s  đ  tách thành ạ ộ ừ ố ểnhi u l p ph  vào m t siêu l p.ề ớ ụ ộ ớ

Ch ươ ng trình h ướ ng đ i t ố ượ   ng

M T S  NGÔN NG  L P TRÌNH C P CAOỘ Ố Ữ Ậ Ấ

1 FORTRAN

•    FORTRAN là t  vi t t t c a FORmula TRANslation.ừ ế ắ ủ

•    Đ c thi t k  đ  gi i quy t các v n đ  khoa h c và k  ượ ế ế ể ả ế ấ ề ọ ỹthu tậ

M T S  NGÔN NG  L P TRÌNH C P CAOỘ Ố Ữ Ậ Ấ

C FORTRAN PROGRAM TO COMPUTE

C THE SUM OF 10 NUMBERS

SUM = 0

DO 50 I = 1, 10READ (5, 10)NSUM = SUM + N

END

Ví d  v  ch ụ ề ươ ng trình FORTRAN 

COBOL  là  t   vi t  t t  c a ừ ế ắ ủ COmmon  Business  Oriented 

Language. Các chu n m i COBOL có nh ng tính năng:ẩ ớ ữ

Đ nh d ng mi n phí, cho phép nh p l nh vào b t c  v  trí nào  ị ạ ễ ậ ệ ấ ứ ịtrên dòng

Các chú thích trên dòng

M t s  lo i d  li u m i.ộ ố ạ ữ ệ ớ

Đi u  ki n  biên  so n  c a  m t  s   mã  phân  đo n  cho  phép ề ệ ạ ủ ộ ố ạ

ngườ ậi l p trình vi t các chế ương trình đáp  ng đứ ược v i các ớmôi trường khác nhau

D  li u t  đ ng xác nh n.ữ ệ ự ộ ậ

G i l nh c i ti n.ọ ệ ả ế

Chia s  t p tin và  khóa các b n ghi ẻ ậ ả

Các tính năng hướng đ i tố ượng: l p, đ i tớ ố ượng, th a k , ừ ế

M T S  NGÔN NG  L P TRÌNH C P CAOỘ Ố Ữ Ậ Ấ

COBOL  là  t   vi t  t t  c a ừ ế ắ ủ COmmon  Business  Oriented 

Language. Các chu n m i COBOL có nh ng tính năng:ẩ ớ ữ

Đ nh d ng mi n phí, cho phép nh p l nh vào b t c  v  trí nào  ị ạ ễ ậ ệ ấ ứ ịtrên dòng

Các chú thích trên dòng

M t s  lo i d  li u m i.ộ ố ạ ữ ệ ớ

Đi u  ki n  biên  so n  c a  m t  s   mã  phân  đo n  cho  phép ề ệ ạ ủ ộ ố ạ

ngườ ậi l p trình vi t các chế ương trình đáp  ng đứ ược v i các ớmôi trường khác nhau

D  li u t  đ ng xác nh n.ữ ệ ự ộ ậ

G i l nh c i ti n.ọ ệ ả ế

Chia s  t p tin và  khóa các b n ghi ẻ ậ ả

Các tính năng hướng đ i tố ượng: l p, đ i tớ ố ượng, th a k , ừ ế

M T S  NGÔN NG  L P TRÌNH C P CAOỘ Ố Ữ Ậ Ấ

Các ràng bu c đ ộ ượ c ch  đ nh đ  t  đ ng ch p nh n d  li u ỉ ị ể ự ộ ấ ậ ữ ệ

M T S  NGÔN NG  L P TRÌNH C P CAOỘ Ố Ữ Ậ Ấ

Tất cả các chương trình COBOL phải có bốn phần sau:

1 Phần xác minh: xác định các thông tin về chương trình

2 Phần môi trường: xác định máy tính và các thiết bị

ngoại vi được sử dụng để biên dịch và thực thi các

chương trình

3 Phần dữ liệu: xác định cấu trúc và định dạng của các

tập tin dữ liệu đầu vào và đầu ra cũng như tất cả các

vùng lưu trữ được sử dụng để lưu trữ những kết quả

trung gian và các giá trị khác trong quá trình xử lý

4 Phần thủ tục: chứa các các lệnh tuần tự được thực hiện

bởi chương trình

M T S  NGÔN NG  L P TRÌNH C P CAOỘ Ố Ữ Ậ Ấ

M T S  NGÔN NG  L P TRÌNH C P CAOỘ Ố Ữ Ậ Ấ

Tất cả các chương trình COBOL phải có bốn phần sau:

1 Phần xác minh: xác định các thông tin về chương trình

2 Phần môi trường: xác định máy tính và các thiết bị

ngoại vi được sử dụng để biên dịch và thực thi các

chương trình

3 Phần dữ liệu: xác định cấu trúc và định dạng của các

tập tin dữ liệu đầu vào và đầu ra cũng như tất cả các

vùng lưu trữ được sử dụng để lưu trữ những kết quả

trung gian và các giá trị khác trong quá trình xử lý

4 Phần thủ tục: chứa các các lệnh tuần tự được thực hiện

bởi chương trình

M T S  NGÔN NG  L P TRÌNH C P CAOỘ Ố Ữ Ậ Ấ

• COBOL thường g i t t là ngôn ng  “ọ ắ ữ self –

documenting” có các tính năng c a sau đây: ủ

1. Các câu l nh t ệ ươ ng t  nh  ti ng anh.  ự ư ế

2. C u trúc câu và đo n c a nó gi ng v i ti ng anh ấ ạ ủ ố ớ ế

3. Chi u dài t i đa c a tên tr ề ố ủ ườ ng là 30 ký t  V i chi u dài c a  ự ớ ề ủ tên lên đ n 30 ký t , tên có th  nh n di n chính xác nh ng  ế ự ể ậ ệ ữ lĩnh v c và m c đích c a nó.  ự ụ ủ

M T S  NGÔN NG  L P TRÌNH C P CAOỘ Ố Ữ Ậ Ấ

3) Basic

• BASIC là chữ viết tắt của Beginners All-purpose

Symbolic Instruction Code, BASIC được phát triển vào năm 1963 bởi các giáo sư John Kemeny và Thomas Kurtz thuộc đaih học Darmouth ,Mỹ

• Các đặc tính của BASIC:

1 Được thiết kế sử dụng các thiết bị đầu cuối như là phương pháp truy cập vào máy tính

2 Được thiết kế như một ngôn ngữ thông dịch để các lập trình

có thể tạo ra, chạy, kiểm tra và gỡ lỗi chương trình

3 Được thiết kế với rất ít câu lệnh, quy tắc cú pháp bởi vậy nó

có thể học và sử dụng dễ dàng

4 Bộ dịch ngôn ngữ sử dụng cho BASIC là thông dịch cho phép lập trình viên kiểm tra lỗi cú pháp và sửa nó ngay khi chương trình được nhập vào  

M T S  NGÔN NG  L P TRÌNH C P CAOỘ Ố Ữ Ậ Ấ