高级程序设计语言原理课件.pptxVIP

語言設計問題;早期的語言設計需使程式能高效地運行於昂貴的硬體上，因此，早期語言總以翻譯成高效的機器碼為目標，既使程式難以書寫。

現在，硬體價格下降、軟體價格上升，更強調程式容易書寫，即使慢點也可。例如，ML的類型特性、C++的類、Ada的Package均在執行速度上有代價，但對保證程式正確性有幫助。

開發語言時，有三個影響語言設計的主要因素：

電腦本身

在電腦上支持語言的執行模型，即虛擬電腦

語言所實現的計算模型;2.1電腦的結構和操作;一個電腦包含6個主要部件，它們緊密地對應於程式設計語言的主要方面。

1、數據：電腦必須提供各種基本資料項目和操作的數據結構。

2、基本操作：必須提供對運算元據有用的基本操作集。

3、順序控制：必須提供控制基本操作執行順序的機制。

4、數據訪問：必須提供控制向操作的執行供給數據的機制。

5、存儲管理：必須提供控制程式和數據存儲分配的機制。

6、操作環境：必須提供與包圍程式和被處理數據的外部環境通訊的機制。;電腦硬體

一個典型的傳統電腦組織如下：;數據

有三個主要的存貯部件：主存，高速寄存和外部檔。

主存：組織為線性位串，可分為定長的字（32或64）或8位位元組。

寄存器：字長度的位串，可能有特殊的子域可直接訪問，可存數據或主存地址。

外部檔：存在盤、帶或CD-ROM上，按記錄劃分，記錄是位或位元組的序列。

一個電腦有被硬體基本操作直接操作的固有數據類型。一般有：整數、單精確度實數（浮點數）、定長字串、定長位串等。

除了明顯的硬體數據元素外，程式（也有固有的內部表示，稱為機器語言表示）也是一種數據形式。

機器語言程式可構造為存儲位置的序列，每個包含一或多條指令，每條包括操作碼和若干運算元（指示）。;操作

電腦必須包含有一個固有的基本操作集，通常和機器語言指令中操作碼一一對應。

典型的操作集包括在固有數值類型上的基本算術操作。

測試資料項目各種性質的基本操作。

訪問和修改資料項目的基本操作。

控制I/O設備的基本操作。

順序控制的基本操作。

傳統的機器是CISC，complexinstructionsetcomputers.

新近發展的是RISC，reducedinstructionsetcomputers.

更少的基本指令，更簡單的內部邏輯。;順序控制

程式地址寄存器（位置計數器）的內容決定了下一條將執行的指令，即包含了下條指令的地址。

某些基本操作允許修改程式寄存器，從而傳遞控制到程式的其他部分。

解釋器實際地使用程式地址寄存器並指導操作序列。

解釋器是電腦操作的中心，其週期動作如圖所示：;數據訪問

除了操作碼外，每個機器指令必須指明所需的運算元（必須在主存或寄存器中）

電腦必須結合指定運算元的手段和從給定運算元指示器檢索運算元的機制。同時，操作的結果也必須存儲在指定的位置。

傳統的存儲控制機制是為存儲位置設定整數地址，提供操作從給定地址的位置檢索內容和存儲新值。

寄存器也賦以整數地址。;存儲管理

機器設計的一個驅動原則是保持所有電腦資源盡可能多地被使用，中心衝突是：

CPU中的操作是納秒級（一個操作10—50ns）

訪問主存是是微秒級（0.1~0.2微秒，100—200ns）

外部數據操作是毫秒級（15—30毫秒）

這樣在內外速度間相差1000,000倍。

為了平衡速度差異，各種存儲管理機制是必須的。

1、在最簡單的設計（如低價PC）中，只有簡單的存儲管理設施。程式和數據執行時駐留記憶體，在一個時刻只有一個程式準備執行。雖然CPU必須等待數據，它也是價格有效的，因為不需加入附加硬體。;2、為加速外部數據訪問和CPU間的平衡，操作系統常使用多道程序設計，當等待毫秒去讀數據時，電腦將執行另一個程式。為了保證多個程式同時駐留主存，通常有硬體設施負責頁面查找或動態程式重定位，頁面查找通過預測進行，預測在最近將來最可能使用的頁面，將其放入主存。如在主存，則程式執行，否則，出現頁間錯，操作系統將從外存中讀取所需頁，同時執行別的程式。

3、為加速主存和CPU間的不平衡，常使用Cache記憶體（小的高速數據存儲）。Cache可允許電腦操作，好象主存具有和CPU相同速度，通常是1K到256K位元組，32K的Cache，可達到95%的選中率。;操作環境

電腦的操作環境通常包括週邊記憶體和I/O設備，這些設備表示了電腦的外部世界，和電腦的任何通訊必須通過它們。

操作環境中通常有硬體的不同，如：高速存儲（擴展記憶體），中速存儲（磁片），低速存儲（磁帶）和I/O設備。

各種電腦體系結構

電腦硬體的組織有多種形式，上面的討論是基於VonNeumann體系結構。

VonNeumann體系結構：

命名來源於數學家JohnvonNeumann，他在40年代開發這個初始設計，作為ENIA