第二章 语言设计问题
第二章 语言设计问题
早期的语言设计需使程序能高效地运行于昂贵的硬件上,因此 早期语言总以翻译成高效的机器码为目标,既使程序难以书写。 现在,硬件价格下降、软件价格上升,更强调程序容易书写, 即使慢点也可。例如,ML的类型特性、C++的类、Ada的 Package均在执行速度上有代价,但对保证程序正确性有帮助 开发语言时,有三个影响语言设计的主要因素: 计算机本身 在计算机上支持语言的执行模型,即虚拟计算机 语言所实现的计算模型
•早期的语言设计需使程序能高效地运行于昂贵的硬件上，因此， 早期语言总以翻译成高效的机器码为目标，既使程序难以书写。 •现在，硬件价格下降、软件价格上升，更强调程序容易书写， 即使慢点也可。 例如，ML的类型特性、C++的类、Ada的 Package均在执行速度上有代价，但对保证程序正确性有帮助。 •开发语言时，有三个影响语言设计的主要因素： 计算机本身 在计算机上支持语言的执行模型，即虚拟计算机 语言所实现的计算模型
21计算机的结构和操作 个计算机是能够存储和执行程序的数据结构和算法的集成集 计算机可构造为实际的物理设备,用导线、集成电路、电路板 等。此即实际计算机或称硬件计算机。 ˆ计算机构造为软件,用运行于其他计算机上的程序。此即软件 仿真计算机 程序设计语言的实现是通过一个翻译器,将以语言书写的程序 翻译为机器语言程序(可为某计算机直接执行,可以是硬件计 算机,也可以为软硬参杂的虚拟机)
2.1 计算机的结构和操作 •一个计算机是能够存储和执行程序的数据结构和算法的集成集 合。 •计算机可构造为实际的物理设备，用导线、集成电路、电路板 等。此即实际计算机或称硬件计算机。 •计算机构造为软件，用运行于其他计算机上的程序。此即软件 仿真计算机。 •程序设计语言的实现是通过一个翻译器，将以语言书写的程序 翻译为机器语言程序（可为某计算机直接执行，可以是硬件计 算机，也可以为软硬参杂的虚拟机）
一个计算机包含6个主要部件,它们紧密地对应于程序设计 语言的主要方面 1、数据:计算机必须提供各种基本数据项和操作的数据 结构 2、基本操作:必须提供对操作数据有用的基本操作集 3、顺序控制:必须提供控制基本操作执行顺序的机制 4、数据访问:必须提供控制向操作的执行供给数据的机 制 5、存储管理:必须提供控制程序和数据存储分配的机制 6、操作环境:必须提供与包围程序和被处理数据的外部 环境通讯的机制
•一个计算机包含6个主要部件，它们紧密地对应于程序设计 语言的主要方面。 1、数据：计算机必须提供各种基本数据项和操作的数据 结构。 2、基本操作：必须提供对操作数据有用的基本操作集。 3、顺序控制：必须提供控制基本操作执行顺序的机制。 4、数据访问：必须提供控制向操作的执行供给数据的机 制。 5、存储管理：必须提供控制程序和数据存储分配的机制。 6、操作环境：必须提供与包围程序和被处理数据的外部 环境通讯的机制
计算机硬件 个典型的传统计算机组织如下: External files and input-output equipment Main memory 包括程序和被处理的数据 Cache memory Program Address gh-speed Register Data Registers reg 完成处理工作 取机器指令 Active Primitiv Primitive Interpreter <--- processing 解码 operation t operation k elements CENTRAL PROCESSING UNIT 操作主存和高速缓存中的数据 调用指定的基本操作,以指定的操作数作为输入在主存和外部环境间传递程序或数据
计算机硬件 •一个典型的传统计算机组织如下： 包括程序和被处理的数据 操作主存和高速缓存中的数据 在主存和外部环境间传递程序或数据 完成处理工作 取机器指令 解码 调用指定的基本操作，以指定的操作数作为输入
数据 有三个主要的存贮部件:主存,高速寄存和外部文件。 主存:组织为线性位串,可分为定长的字(32或64)或8 位字节。 寄存器:字长度的位串,可能有特殊的子域可直接访问, 可存数据或主存地址。 外部文件:存在盘、带或 CD-ROM上,按记录划分,记 录是位或字节的序列 个计算机有被硬件基本操作直接操作的固有数据类型。 般有:整数、单精度实数(浮点数)、定长字符串、 定长位串等。 除了明显的硬件数据元素外,程序(也有固有的内部表 示,称为机器语言表示)也是一种数据形式 机器语言程序可构造为存储位置的序列,每个包含一或 多条指令,每条包括操作码和若干操作数(指示)
•数据 有三个主要的存贮部件：主存，高速寄存和外部文件。 主存：组织为线性位串，可分为定长的字（32或64）或8 位字节。 寄存器：字长度的位串，可能有特殊的子域可直接访问， 可存数据或主存地址。 外部文件：存在盘、带或CD-ROM上，按记录划分，记 录是位或字节的序列。 一个计算机有被硬件基本操作直接操作的固有数据类型。 一般有：整数、单精度实数（浮点数）、定长字符串、 定长位串等。 除了明显的硬件数据元素外，程序（也有固有的内部表 示，称为机器语言表示）也是一种数据形式。 机器语言程序可构造为存储位置的序列，每个包含一或 多条指令，每条包括操作码和若干操作数（指示）
操作 计算机必须包含有一个固有的基本操作集,通常和机器 语言指令中操作码一一对应 典型的操作集包括在固有数值类型上的基本算术操作。 测试数据项各种性质的基本操作。 访问和修改数据项的基本操作。 控制I/O设备的基本操作。 顺序控制的基本操作 传统的机器是CISC, complex instruction set computers 新近发展的是RISC, reduced instruction set computers 更少的基本指令,更简单的内部逻辑
•操作 计算机必须包含有一个固有的基本操作集，通常和机器 语言指令中操作码一一对应。 典型的操作集包括在固有数值类型上的基本算术操作。 测试数据项各种性质的基本操作。 访问和修改数据项的基本操作。 控制I/O设备的基本操作。 顺序控制的基本操作。 传统的机器是CISC，complex instruction set computers. 新近发展的是RISC，reduced instruction set computers. 更少的基本指令，更简单的内部逻辑
顺序控制 程序地址寄存器(位置计数器)的内容决定了下一条将 执行的指令,即包含了下条指令的地址 某些基本操作允许修改程序寄存器,从而传递控制到程 序的其他部分 解释器实际地使用程序地址寄存器并指导操作序列 解释器是计算机操作的中心,其周期动作如图所示:
•顺序控制 程序地址寄存器（位置计数器）的内容决定了下一条将 执行的指令，即包含了下条指令的地址。 某些基本操作允许修改程序寄存器，从而传递控制到程 序的其他部分。 解释器实际地使用程序地址寄存器并指导操作序列。 解释器是计算机操作的中心，其周期动作如图所示：
Fetch next instruction Decode instruction(determine the operation and operand designators Fetch designated operands Branch to designated operation Execute Execute xecute Execute primitive primitive primitive halt operation 1 operation operation operation Stor
数据访问 除了操作码外,每个机器指令必须指明所需的操作数 (必须在主存或寄存器中) 计算机必须结合指定操作数的手段和从给定操作数指示 器检索操作数的机制。同时,操作的结果也必须存储在 指定的位置 传统的存储控制杋制是为存储位置设定整数地址,提供 操作从给定地址的位置检索内容和存储新值 寄存器也赋以整数地址
•数据访问 除了操作码外，每个机器指令必须指明所需的操作数 （必须在主存或寄存器中） 计算机必须结合指定操作数的手段和从给定操作数指示 器检索操作数的机制。同时，操作的结果也必须存储在 指定的位置。 传统的存储控制机制是为存储位置设定整数地址，提供 操作从给定地址的位置检索内容和存储新值。 寄存器也赋以整数地址