Информатика. Упражнение 6Три уровня языков программирования
 Скачать 304.33 Kb.
|
|
01 A1 A2 02 A1 A2 03 A1 A2 04 A1 A2 05 A1 A2 06 A1 A2 07 A1 A2 08 A1 A2 10 A1 A2 11 A1 12 A1 13 A1 A2 20 A1 21 A1 30 A1 31 A1 00 A1 Информатика. Упражнение 6 Три уровня языков программирования Цель работы: познакомиться с различиями в программирования в машинных кодах, на языке ассемблера и на языке высокого уроня. Чаще всего программы пишутся на языках высокого уровня, реже - на языках ассемблера и в исключительных случаях (обычно для управляющих ЭВМ) - в машинных кодах, но на ЭВМ выполняются только программы в машинных кодах. Перед выполнением программа должна быть странслирована (переведена) с языка высокого уровня или с языка ассемблера в машинные коды. Необходимым условием высокой квалификации программиста является понимание принципов выполнения программы на ЭВМ. Задание 1. Изучите следующие разделы описания упражнения 6: структура ЭВМ ; система команд ЭВМ ; форматы чисел ; язык ассемблера ; язык высокого уровня Пример программы на трёх языках 2. Возьмите у преподавателя номер задачи 3. Запрограммируйте задачу на всех трёх языках Cтруктура ЭВМ Рассмотрим простейшую гипотетическую ЭВМ, структура которой изображенна на рис. 1. ЭВМ состоит из процессора, оперативной памяти, устройсва ввода (клавиатуры) и устройсва вывода (дисплея). Рис. 1. Структура ЭВМ Все числа на рисунке - в 16-й системе счисления. Система команд В отличие от большинства современных ЭВМ адреса в нашей ЭВМ имеют не байты, а 36-разрядные ячейки памяти. Команды ЭВМ имеют следующую структуру: | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 0 КОп 5 6 Адрес 1 20 21 Адрес 2 35 Адреса в команде - 15-разрядные. Максимальный адрес - 2 15 -1 = 7FFF 16 = 32767 10 . Максимальное количество команд - 2 6 = 64 10 . Для выполнения упражнения понадобятся следующие 16 команд. Арифметические операции Результат арифметической операции остаётся в АЛУ на регистре результата . - сложение с плавающей запятой операндов с адресами A1 и A2 - вычитание с плавающей запятой из операнда с адресом A1 операнда с адресом A2 - умножение с плавающей запятой операндов с адресами A1 и A2 - деление с плавающей запятой операнда с адресами A1 на операнд с адресом A2 - сложение с фиксированной запятой операндов с адресами A1 и A2 - вычитание с фиксированной запятой из операнда с адресом A1 операнда с адресом A2 - умножение с фиксированной запятой операндов с адресами A1 и A2 - деление с фиксированной запятой операнда с адресами A1 на операнд с адресом A2; остаток от деления отбрасывается Операции пересылки - пересылка из ячейки с адресом A1 в ячейку с адресом A2 - пересылка из сумматора в ячейку с адресом A1. Операции перехода - безусловный переход в ячейку с адресом A1. - условный переход. Если содержимое сумматора <0, то - по адресу A1, иначе переход по адресу A2. Операции ввода-вывода - ввод с клавиатуры в ячейку с адресом A1 целого числа. - ввод с клавиатуры в ячейку с адресом A1 числа с плавающей запятой. - вывод на экран дисплея из ячейки с адресом A1 целого числа. - вывод на экран дисплея из ячейки с адресом A1 числа с плавающей запятой. Операции завершения программы - останов. В результате выполнения этой команды счётчик команд не меняется. Точнее, в конце выполнения команды Останов в счётчике восстанавливается её адрес. В реальной ЭВМ алгоритмы ввода и ввода реализуются с помощью сложных аппаратных средств и специального программного обеспечения (драйверов и подсистемы ввода-вывода, входящей в состав операционной системы). Для упрощения выполнения упражнения будем считать, что ввод или вывод содержимого ячейки делается одной машинной командой. Пользователь может вводить с клавиатуры только шестнадцатиричные цифры, т.е. символы 1, 2, . . , 10, А, B, . . ,F, знак минус и точку. На экран дисплея содержимое ячейки памяти выводится в шестнадцатиричной системе счисления. На рис. 1 в оперативной памяти записаны программа и данные для вычисления выражения: e = (a + b) * (c + d), где a=1502, b=498, c=53, d=47 в дес. системе. Предполагается, что значения a, b, c и d предворительно записаны в память. Форматы чисел Формат числа с фиксированной запятой (целого) ± | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 0 1 35 Максимальное целое число равно 2 35 -1 = 34 359 738 367 10 = 7FF FFF FFF 16 Формат числа с плавающей запятой ± | | | | | | ± | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 0 1 7 8 35 В разряды 0 - 7 записывается порядок числа. В разряде 0 - знак порядка. В разряды с 8-го по 35-й помещается мантисса. В 8-м разряде - знак мантиссы. Язык ассемблера Программирование в машинных кодах очень трудоёмко. Программа в кодах трудно читается, в ней легко сделать ошибку. Кроме того, возникает задача распределения памяти, которая на языках более высокого уровня выполняется транслятором. Программа на языке ассемблера - это тоже последовательность машинных команд, только коды команд заменены сокращёнными названиями, а адреса - идентификаторами переменных. Например, команда сложения целочисленных переменных a и b на языке ассемблера записывается так: AddC a b В табл.1 дан список команд ассемблера, соответствующих описанным выше машинным кодам. Табл. 1. Команды ассемблера № п.п. Имя команды Операнды Описание команды Пример Арифметические 1 AddP Операнд1 Операнд2 Сложение чисел с пл. запятой. Результат - на сумматоре AddP a b 2 DedP Операнд1 Операнд2 Вычитание чисел с пл. запятой. Результат - на сумматоре DedP a b 3 MulP Операнд1 Операнд2 Умножение чисел с пл. запятой. Результат - на сумматоре MulP a b 4 DivP Операнд1 Операнд2 Деление чисел с пл. запятой. Результат - на сумматоре DivP a b 5 AddC Операнд1 Операнд2 Сложение целых чисел. Результат - на сумматоре AddC a b 6 DedC Операнд1 Операнд2 Вычитание целых чисел. Результат - на сумматоре DedC a b 7 MulC Операнд1 Операнд2 Умножение целых чисел. Результат - на сумматоре MulC a b 8 DivC Операнд1 Операнд2 Деление целых чисел. Результат - на сумматоре DivC a b Команды пересылки 9 Send Операнд1 Операнд2 Пересылка: Операнд1 → Операнд2 Эту команду можно использовать для присвоения переменной значения константы Send a b Send 5 a 10 SendS Операнд1 Пересылка: Сумматор → Операнд1 SendS a Команды перехода 11 Go Метка1 Безусловный переход к команде с меткой Go M1 M1: AddC a b 12 GoIf Метка1 Метка2 Условный переход. Если содержимое сумматора <0, то - Метка1, иначе Метка2. GoIf M1 M2 M1: AddC a b M2: AddC d e Команды ввода-вывода 13 RC Операнд1 Ввод с клавиатуры в Операнд1 целого числа. RC a 14 RP Операнд1 Ввод с клавиатуры в Операнд1 числа с плавающей запятой. RP a 15 WrC Операнд1 Вывод на экран дисплея Операнда1 целого типа. WrC a 16 WrP Операнд1 Вывод на экран дисплея Операнда1 с плавающей запятой. WrP a 17 Stop Stop Язык высокого уровня Для выполнения упражнения понадобится кроме машинных команд и языка ассемблера упрощённый язык высокого уровня. Опишем его. В описании языка будем использовать два обозначения ::= - "это есть"; | - "или". Пример знак числа ::= + | - Читается так: знак числа это есть плюс или минус. Алфавит: латинские буквы, арабские цифры. Комментарий начинается символами // и распространяется до конца строки. Константы - десятичные числа. Идентификаторы переменных. Все переменные делятся на скаляры и массивы. Идентификатор переменной начинается с буквы и состоит из букв и цифр. Элемент массива обозначается так: Идентификатор_переменной[номер элемента] Примеры: Ar1[5] E[0] Идентификатор_переменной[номер элемента] будем называть идентификатором элемента массива. Операции Арифметические: +, -, *, /. Сравнения: ==, >, <, <=, >=. Операторы языка Операторы объявления переменных Целого типа int идентификатор_скаляра; int идентификатор_массива(длина массива); Вещественного типа real идентификатор скаляра; real идентификатор массива(длина массива); Примеры int a; //скаляр a целого типа real Ar(10); //массив Ar из десяти элементов Оператор присваивания Идентификатор_скаляра | Идентификатор элемента массива = арифметическое выражение; Арифметическое выражение может состоять из одного идентификатора переменной. Примеры a = Ar[2]; f = (a + b) * (c + d); F[4] = Ar[3]; Оператор условия if(условие) блок операторов или if(условие) блок операторов else блок операторов Блок операторов ::= оператор | последовательность операторов, заключённая в фигурные скобки. Условие ::= арифметическое_выражение значок_операции_cравнения арифметическое_выражение Пример if(a > b) c = 1; else { c = 2; d = c +e; } Операторы цикла Оператор while - делать, пока выполняется условие while(условие) блок операторов Пример //Подсчитывается сумма арифметической прогрессии N = 1; s = 0; while(N <= 10) { s = s + N; N = N + 1; } // s = 55 Оператор for - делать, заданное число раз. for(начальное значение переменной цикла; условие выхода из цикла; изменение переменной цикла) блок операторов Пример //Подсчитывается сумма арифметической прогрессии s = 0; for( i=1; i <= 10; i = i +1 ) { s = s + 1; } // s = 55 Операторы ввода-вывода Оператор read - ввод с клавиатуры read Идентификатор_скаляра | Идентификатор элемента массива; Примеры read a; read Ar[2]; Оператор write - вывод на экран write Идентификатор_скаляра | Идентификатор элемента массива; Примеры write a; write Ar[2]; Пример программы на трёх языках Задача. Вводятся 10 натуральных чисел. Найти среди них наибольшее и наименьшее Решение в машиных кодах Адрес ячейки памяти Данные или команда Комментарии 000) 9 К - количество вводимых чисел минус 1 001) 0 N min 002) 0 N max 003) N i - текущее введённое число 004) 1 шаг цикла 008) 20 001 000 Ввод начального значения N min 009) 10 001 002 Начальное значение N max = N min 00A) 20 003 000 Ввод N i 00B) 06 003 001 N i - N min 00C) 13 011 00D Если N i < N min , то перейти по адресу 011 00D) 06 003 002 N i - N max 00E) 13 012 00F Если N i > N max , то перейти по адресу 00F 00F) 10 003 002 N max = N i 010) 12 012 000 Перейти в 012) 011) 10 003 001 N min = N i 012) 06 000 004 АЛУ = K-1 013) 11 000 000 АЛУ -> K уменьшить счётчик 014) 13 015 00A Если K >= 0, то перейти по адресу 00A 015) 30 001 000 Вывод на экран N min 016) 30 002 000 Вывод на экран N max 016) 00 000 000 Останов Решение на языке ассемблера Send 9 K //K = 9 количество вводимых чисел минус 1 RC Nmin //Ввод начального значения Nmin Send Nmin Nmax //Начального значения Nmax = Nmin Send 1 i //i = 1 шаг цикла M5: RC N //Ввод N DedC N Nmin //N - Nmin GoIf M1 M2 //Если N < Nmin, то перейти к M1 M2: DedC N Nmax //N - Nmax GoIf M3 M6 //Если N <= Nmax, то перейти к M3 M6: Send N Nmax //Nmax = N Go M3 M1: Send N Nmin //Nmin = N M3: DedC K i // Сумматор = K - i Send K //K = Сумматор GoIf M4 M5 //Если K >= 0, то перейти к M5 M4: WrC Nmin WrC Nmax // Вывод Nmax Решение на языке высокого уровня int Nmax; int Nmin; int N; int i; read Nmax; Nmin = Nmax; for (i = 1;i<=10;i = i + 1) { read N; if(N < Nmin) Nmin = N; else if (N > Nmax) Nmax = N; } write Nmin; write Nmax; Задачи Задача 1 Ввести N натуральных чисел. Подсчитать, сколько среди введённых чисел чётных и нечётных. Задача 2 Ввести натуральное число. Подсчитать содержащееся в нём количество простых множителей, равных пяти. Задача 3 Ввести 2 натуральных числа: A и B. Если A делится на B, то вывести частное, иначе вывести оба числа. Задача 4 Ввести натуральное число N. Подсчитать N!. Если N! не вмещается в ячейку памяти (переполнение), вывести -1. Задача 5 Вычислить приближённое значение натурального числа е по формуле: e = 1 + 1/1! + 1/2! +1/3! + 1/4!; Задача 6 Ввести 2 натуральных числа: A и B. Вычислить C = A B . Если C не вмещается в ячейку памяти (переполнение), вывести -1. Задача 7 Алгоритм Герона для вычисления квадратного корня x = a 1/2 . Ввести положительное число a Принять в первом приближении x 1 = a/2; Вычислять по формуле x i = (a/x i-1 + x i-1 )/2 , пока |a - x i *x i | > 0.001*a. Задача 8 Ввести три числа и вывести их в порядке возрастания. Задача 9 Ввести в произвольном порядке три положительных и три отрицательных числа. Вывести сначала отрицательные числа, а затем - положительные. Задача 10 Ввести натуральное число a . Определить, в какой из следующих диапазонов оно попадает: 1. 0 ≤ a ≤ 10 ; 2. 10 < a ≤ 100 ; 3. 100 < a ≤ 1000 ; 4. a > 1000 . Вывести номер диапазона. Задача 11 Ввести N чисел n 1 , n 2 , . . , n N , N > 3. Вывести n i , если n i > n i-1 , i =2, 3, .. ,N. Задача 12 Ввести N чисел. Найти их среднее арифметическое. Задача 13 Ввести N чисел. Найти их произведение. Задача 14 Ввести число записанное арабскими цифрами. Вывести его в кодах ASCII. Задача 15 Ввести коды ASCII двух чисел. Вывести в арабсих цифрах большее из них. Задача 16 Ввести коды ASCII N символов. Выбрать из них и вывести только коды цифр. Задача 17 Вводить натуральные числа до тех пор, пока не выполнится условие: N i ≥ N i-1 + N i-2 Задача 18 Вводятся коды символов в UTF-8. Нужно выводить только коды цифр. Задача 19 Вводить натуральные числа до тех пор, пока не будут введены три таких числа a, b и с, что a 2 + b 2 = c 2 Выведите эти числа. Задача 20 Вводить натуральные числа до тех пор, пока не будет введено такое число a, что a + a = a * a = a a . (1) Условие (1) должно проверяться в программе даже, если Вы догадались, что это за число, http://i.voenmeh.ru/kafi5/Kam.loc/inform/UprINF_6.html Go 15 captures 14 Dec 2016 - 29 Jan 2020 JUN JUL OCT 20 2018 2019 2020 👤 ⍰ ❎ f 🐦 ▾ About this capture |