Mơn học: Kiến trúc máy tính & Hợp ngữ • Là loại ngơn ngữ nhân tạo (Ví dụ: C/C++) cấu thành yếu tố chính: – Từ vựng: keyword (struct, enum, if, int…) – Ngữ pháp: syntax (if(…){} else{}, do{} while()…) • Ngơn ngữ lập trình giúp cho người sử dụng (gọi lập trình viên) diễn đạt mơ tả hướng dẫn cho máy tính hoạt động theo ý muốn • Độ phức tạp (trừu tượng) hướng dẫn định thứ bậc ngôn ngữ – Độ phức tạp cao bậc thấp – Ví dụ: C Sharp (C#) ngơn ngữ bậc cao C • Ngơn ngữ mà người dễ hiểu lại ngơn ngữ máy tính “khó hiểu” – Ngơn ngữ bậc cao người dễ hiểu máy tính lại “khó hiểu” • Nhưng máy tính lại nơi cần hiểu nhanh để thực thi muốn  Ngơn ngữ máy (Machine language) If (n>0) { n=-1; } OK ??? If (n>0) { n=-1; } • Ngơn ngữ máy cho phép người lập trình đưa hướng dẫn đơn giản mà vi xử lý (CPU) thực • Các hướng dẫn gọi thị / lệnh (instruction) mã máy (machine code) • Mỗi vi xử lý (CPU) có ngôn ngữ riêng, gọi lệnh (instruction set) • Trong dòng vi xử lý (processor family) lệnh gần giống Instruction set • Là dãy bit chứa yêu cầu mà xử lý CPU (ALU) phải thực • Instruction gồm thành phần: – Mã lệnh (opcode): thao tác cần thực – Thơng tin tốn hạng (operand): đối tượng bị tác động thao tác chứa mã lệnh • Tập lệnh dành cho vi xử lý có kiến trúc tương tự • Một số ISA thơng dụng: – Dịng vi xử lý 80x86 (gọi tắt x86) Intel • IA-16: Dịng xử lý 16 bit (Intel 8086, 80186, 80286) • IA-32: Dịng xử lý 32 bit (Intel 80368 – i386, 80486 – i486, Pentium II, Pentium III …) • IA-64: Dịng xử lý 64 bit (Intel x86-64 Pentium D…) – MIPS: Dùng nhiều hệ thống nhúng (embedded system) – PowerPC IBM • Có trường phái thiết kế lệnh: – Complete Instruction Set Computer (CISC): lệnh gồm nhiều lệnh, từ đơn giản đến phức tạp – Reduced Instruction Set Computer (RISC): lệnh gồm lệnh đơn giản • Nên chọn kiểu nào? • Khơng phải muốn / lập trình ngơn ngữ máy q khó hiểu so với ngơn ngữ bình thường người  Nhu cầu cần có phận phiên dịch (interpreter) High-level language (C/C++) OK Interpreter Machine Laguage OK • Trong số trường hợp, việc viết ngôn ngữ cấp “quá cao” trở nên chạy chậm phải phiên dịch nhiều lần để trở thành ngôn ngữ máy  Hợp ngữ (Assembly language) Highest-level language Lower-level language Lower-level language Interpreter Machine Laguage • Các mã máy số (0 / 1) • Trong ngơn ngữ máy khơng có khái niệm biến  thay vào địa ô nhớ, ghi (lưu trữ mã lệnh, liệu) • Để dễ dàng lập trình  dùng ký hiệu mã giả thay cho số biểu diễn địa ô nhớ, tên (label, tên biến, tên chương trình) • Hợp ngữ gần với ngơn ngữ máy lại đủ để người hiểu sử dụng tốt ngơn ngữ máy – Ví dụ: Ghi giá trị vào ghi $4 Ngôn ngữ máy: 00110100 0000100 00000000 00000101 Hợp ngữ : ori $4, $0, 10 • Trình biên dịch hợp ngữ  ngơn ngữ máy • Một vi xử lý (đi kèm lệnh xác định) có nhiều Assembler nhiều nhà cung cấp khác chạy OS khác – Ví dụ: Cùng kiến trúc x86, dùng A86, GAS, TASM, MASM, NASM • Assembly program phụ thuộc vào Assembler mà sử dụng (do mở rộng, đặc điểm khác Assembler) 16 17 • Bản thân Compiler chương trình, biên dịch gì?  Assembler • Sau biên dịch tập tin mã nguồn ngôn ngữ cấp cao thành tập tin mã máy (machine language), để chạy tập tin máy tính?  Linker & Loader 18 • Thực tế lập trình, ta dùng nhiều file (header / source) liên kết kèm theo thư viện có sẵn  Cần chương trình Linker để liên kết file sau biên dịch thành mã máy (Object file)  Tập tin thực thi (ví dụ: exe, bat, sh) 19 • Khi double click vào tập tin thực thi, cần chương trình tính tốn tải vào memory để CPU xử lý  Loader 20 21 22 • Compiler Assembler bỏ qua số trường hợp cụ thể… • Trong thực tế, có số compiler tạo file thực thi nhiều tảng kiến trúc bên khác nhau, gọi cross-platform compiler – Compiler cho Java – Cygwin – Code::Block Studio 23 24 • CPU xử lý lệnh qua bước, gọi chu kỳ lệnh: – Nạp lệnh (Fetch): Di chuyển lệnh từ memory vào ghi (register) CPU – Thực thi lệnh (Excute): Giải mã lệnh thực thi thao tác yêu cầu Start Fetch next Instruction Execute Instruction Halt 25 • • • • MAR  PC MBR  Memory IR  MBR PC  PC + • Thanh ghi PC (Program Counter) – Lưu địa (address) lệnh nạp • Thanh ghi MAR (Memory Address Register) – Lưu địa (address) output Address bus • • • Control Unit di chuyển mã lệnh, có địa PC, vào ghi IR Thanh ghi MBR (Memory Buffer Register) • Mặc định, giá trị ghi PC tăng – Lưu giá trị (value) input / output từ Data bus lượng = chiều dài lệnh vừa nạp Thanh ghi IR (Instruction Register) – Lưu mã lệnh xử lý tiếp 26 Chương trình x=x+y … CPU PC 00010011 R1 00010000 01000000 00000001 IR ALU CPU RAM … 00010000 01000000 00000001 00001100 01000010 00000001 00010000 00000001 01000000 … x y … Địa Lệnh (Instruction) 00010000 00010011 00010110 … 01000000 01000010 x  R1 R1+y  R1 R1  x … … 27 • Tính địa lệnh • Nạp lệnh • Giải mã lệnh • Tính địa tốn hạng • Nạp tốn hạng • Thực lệnh • Tính địa tốn hạng chứa kết • Các bước lặp lặp lại cho tất lệnh • Quy trình gọi Instruction cycle – vòng lặp xử lý lệnh • Ghi kết 28 • Ngơn ngữ lập trình giống khác ngôn ngữ tự nhiên người điểm nào? • Tại cần nhiều loại ngơn ngữ lập trình: C, C++, C#, VB, Java…? • Một chương trình khơng khai báo biến có sử dụng nhớ khơng? • Chương trình thực thi RAM hay CPU? • Tại file exe chạy Windows mà chạy Linux? 29 • Sách Petterson & Hennessy: Đọc chương (đọc kỹ 2.12 2.13) • Tài liệu tham khảo: Đọc “08_HP_AppA.pdf” 30