В. Г. Баула Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования




НазваниеВ. Г. Баула Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования
страница5/46
Дата публикации27.06.2013
Размер3.44 Mb.
ТипИзложение
lit-yaz.ru > Информатика > Изложение
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   46
^

3.2. Примеры программ для учебной машины.

3.2.1. Пример 1. Оператор присваивания.


Составим программу, которая реализует арифметический оператор присваивания.

y := (x+1)2 mod (x-1)2.

Сначала необходимо решить, в каких ячейках памяти будут располагаться наши переменные x и y. Эта работа называется распределением памяти под хранение переменных. При программировании на Паскале эту работу выполняла за нас Паскаль-машина, когда видела описания переменных:

Var x,y: integer;

Теперь нам придётся распределять память самим. Сделаем естественное предположение, что наша программа будет занимать не более 100 ячеек памяти (напомним, что программа вводится, начиная с первой ячейки памяти при нажатии кнопки ПУСК). Тогда, начиная со 101 ячейки, память будет свободна. Пусть для хранения значения переменной x мы выделим 101 ячейку, а переменной y – 102 ячейку. Остальные переменные при необходимости будем размещать в последующих ячейках памяти. В приведенном примере нам понадобятся дополнительные (как говорят, рабочие) переменные r1 и r2, которые мы разместим в ячейках 103 и 104 соответственно.

При программировании на машинном языке, в отличие от Паскаля, у нас не будут существовать константы. Действительно, в какой бы ячейке мы не поместили значение константы, ничто не помешает нам записать в эту ячейку новое значение. Поэтому мы будем называть константами такие переменные, которые имеют начальные значения, и которые мы не планируем изменять в ходе выполнения программы. Отсюда следует, что такие константы, как и переменные с начальным значением, следует располагать в тексте программы и загружать в память вместе с программой при нажатии кнопки ПУСК. Разумеется, такие переменные с начальными значениями следует располагать в таком месте программы, чтобы устройство управления не начало бы выполнять их как команды. Чтобы избежать этого мы будем размещать их в конце программы, после команды СТОП.

Следует обратить внимание и на тот факт, что изначально программист не знает, сколько ячеек в памяти будет занимать его программа. Поэтому адреса программы, ссылающиеся на переменные с начальным значением, до завершения написания программы остаются незаполненными, и уже потом, разместив эти переменные в памяти сразу же вслед за командами программы, следует указать их адреса в тексте программы. В приведённом примере те адреса программы, которые заполняются в последнюю очередь, будут обозначаться подчёркиванием.

Запись программы состоит из строк, каждая строка снабжается номером ячейки, куда будет помещаться это машинной слово (команда или переменная с начальным значением) при загрузке программы. Вслед за номером задаются все поля команды, затем программист может указать комментарий. Номера ячеек, кодов операций и адреса операндов будем записывать в десятичном виде, хотя первые программисты использовали для этого 8-ую или 16-ую системы счисления. Кроме того, так как числа неотличимы по внешнему виду от команд, то будем записывать их тоже чаще всего в виде команд. Текст нашей первой программы с комментариями приведён на рис. 3.1.




Команда

Комментарий

001

06

101

001

000

Ввод x

2

11

103

101

009

r1 := (x+1)

3

13

103

103

103

r1 := (x+1)2

4

12

104

101

009

r2 := (x-1)

5

13

104

104

104

r2 := (x-1)2

6

24

102

103

104

y := r1 mod r2

7

16

102

001

000

Вывод y

8

31

000

000

000

Стоп

9

00

000

000

001

Целая константа 1


Рис 3.1. Текст программы первого примера.
После написания программы осталось поместить на устройство ввода два массива – саму программу (9 машинных слов) и число x (одно машинное слово) и нажать кнопку ПУСК. Как мы уже говорили, первый массив заканчивался специальной строкой – признаком конца ввода, так что устройство ввода знает, сколько машинных слов надо ввести в память по кнопке ПУСК.
^

3.2.2. Пример 2. Условный оператор.


Составим теперь программу, реализующую условный оператор присваивания. Пусть целочисленная переменная y принимает значение в зависимости от вводимой целочисленной переменной x в соответствии с правилом:



В данном примере при записи программы на месте кода операции мы будем для удобства вместо числа указывать его мнемоническое обозначение. Разумеется, потом, перед вводом программы необходимо будет заменить эти мнемонические обозначения соответствующими им числами.

Для определения того, является ли значение переменной x больше, меньше или равным константе 2, мы будем выполнять операцию вычитания x–2, получая в регистре w значение 0 при x=2, 1 при x<2 и 2 при x>2. При этом сам результат операции вычитания нам не нужен, но по нашему формату команд указание адреса ячейки для записи результата является обязательным. Для записи таких ненужных значений мы будем чаще всего использовать ячейку с номером 0. В соответствии с принципом однородности памяти, эта ячейка ничем не отличается от других, то есть, доступна как для записи, так и для чтения данных. В некоторых реальных ЭВМ этот принцип нарушается: при считывании из этой ячейки всегда возвращался нуль, а запись в ячейку с адресом ноль физически не осуществляется (на практике такой принцип работы c с этой ячейкой иногда удобнее).

Для хранения переменных x и y выделим ячейки 100 и 101 соответственно. Программист сам определяет порядок размещения в программе трёх ветвей нашего условного оператора присваивания. Мы будем сначала располагать вторую ветвь (x=2), затем первую (x<2), а потом третью (x>2). На рис. 3.2 приведён текст этой программы.



Команда

Комментарий

001

ВВЦ

100

001

000

Read(x)

2

СЛЦ

101

100

011

y := x+2

3

ВЧЦ

000

100

011

<000> := x–2; формирование w

4

УСЛ

005

007

009

Case w of 0: goto 005; 1: goto 007; 2: goto 009 end

5

ВЫЦ

011

001

000

Write(2)

6

СТОП

000

000

000

Конец работы

7

ВЫЦ

101

001

000

Write(y)

8

СТОП

000

000

000

Конец работы

9

УМЦ

101

011

101

y := 2 * y

010

БЕЗ

000

007

000

Goto 007

011

00

000

000

002

Целая константа 2


Рис 3.2. Текст программы второго примера.

Обратите внимание, что константа 2 неотличима от команды пересылки содержимого второй ячейки памяти в нулевую ячейку, именно такая команда и будет выполняться, если эта константа будет выбрана на регистр команд устройства управления.
^

3.2.3. Пример 3. Реализация цикла.


В качестве следующего примера напишем программу для вычисления начального отрезка гармонического ряда:



Для хранения переменных n,y и i выделим ячейки 100, 101 и 102 соответственно. В этом алгоритме мы реализуем цикл с предусловием, поэтому при вводе n<1 тело цикла не будет выполняться ни одного раза, и наша программа будет выдавать нулевой результат. На рис. 3.3 приведена возможная программа для решения этой задачи.

Сделаем некоторые замечания к этой программе. В нашем языке у нас нет команды деления целого числа на вещественное, поэтому при вычислении величины 1.0/i нам пришлось отдельной командой

ВЕЩ 000 000 102 

преобразовать значение целой переменной i в вещественной значение. Обратите также внимание, что для нашей учебной машины мы ещё не определили формат представления вещественных чисел, поэтому в ячейке с адресом 14 стоит пока просто условное обозначение константы 1.0, а не её машинное представление.



Команда

Комментарий

001

ВВЦ

100

001

000

Read(n)

2

ВЧВ

101

101

101

y := 0.0

3

ПЕР

102

000

013

i := 1

4

ВЧЦ

000

102

100

i := i–n; формирование w

5

УСЛ

006

006

011

If i>n then goto 011

6

ВЕЩ

000

000

102

<000> := Real(i)

7

ДЕВ

000

014

000

<000> := 1.0/<000>

8

СЛВ

101

101

000

y := y+<000>

9

СЛЦ

102

102

013

i := i+1

010

БЕЗ

000

004

000

Следующая итерация цикла

1

ВЫВ

101

001

000

Write(y)

2

СТОП

000

000

000

Стоп

3

00

000

000

001

Целая константа 1

4

<1.0>

Вещественная константа 1.0

Рис 3.3. Текст программы третьего примера.
^

3.2.4. Пример 4. Работа с массивами.


Пусть требуется написать программу для ввода массива x из 100 вещественных чисел и вычисления суммы всех элементов этого массива:



Будем предполагать, что длина программы не превышает 200 ячеек, и поместим массив x, начиная с 200-ой ячейки памяти. Вещественную переменную S с начальным значением 0.0 и целую переменную i с начальным значением 100 разместим в конце текста программы. На рис. 3.4 приведён текст этой программы.




Команда

Комментарий

001

ВВВ

200

100

000

Read(x); массив x в ячейках 200299

2

СЛВ

008

200

008

S := S+x[1]

3

СЛЦ

002

002

011

Модификация команды в ячейке 2

4

ВЧЦ

010

010

009

n := n-1

5

УСЛ

006

006

002

Следующая итерация цикла

6

ВЫВ

008

001

000

Write(S)

7

СТОП

000

000

000

Стоп

8

<0.0>

Переменная S = 0.0

9

00

000

000

001

Целая константа 1

010

00

000

000

100

Переменная n с начальным значением 100

1

00

000

001

000

Константа переадресации


Рис 3.4. Текст программы четвёртого примера.
Рассматриваемая программа выделяется своим новым приёмом программирования и может быть названа самомодифицирующейся программой. Обратим внимание на третью строку программы. Содержащаяся в ней команда изменяет исходный код программы (команду в ячейке 2) для организации цикла перебора элементов массива. Модифицируемая команда рассматривается как целое число, которое складывается со специально подобранное константой переадресации. Согласно одному из принципов фон Неймана, числа и команды в учебной машине неотличимы друг от друга, а, значит, изменяя числовое представление команды, мы можем изменять и её суть.

У такого метода программирования есть один существенный недостаток: модификация кода программы внутри её самой может привести к путанице и вызвать появление ошибок. Кроме того, самомодифицирующуюся программу трудно понимать и вносить в неё изменения. В нашей учебной машине это, однако, единственный способ обработки массивов. В других архитектурах ЭВМ, с которыми мы познакомимся несколько позже, есть и другие, более эффективные способы работы с массивами, поэтому метод с модификацией команд не используется.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   46

Похожие:

В. Г. Баула Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования iconМатематико-механический факультет Кафедра системного программирования...
Тем не менее, для создания достаточно крупных продуктов, такие системы должны иметь возможность коллективной работы. Поэтому у них...

В. Г. Баула Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования iconПрактикум на ЭВМ технология программирования в среде С++
Трунов К. В., Рыков В. И. Методы и технологии С++. Технология программирования в среде С++. /Издание Башкирского ун-та. Уфа 2007....

В. Г. Баула Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования iconМетодические указания к курсовой работе по дисциплине " системы программирования " Киев -2002
Целью курсовой работы по дисциплине "Системы программирования" является закрепление теоретического материала и приобретение практических...

В. Г. Баула Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования iconКонспект лекций доцента и. А. Волковой по курсу «системы программирования»
Система программирования – комплекс программных инструментов и библиотек, который поддерживает создание и существование программного...

В. Г. Баула Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования iconУчебная программа курса или дисциплины «Основы программирования»
В частности, в курсе рассматриваются основные конструкции языков программирования, анализируются основные типы и структуры данных,...

В. Г. Баула Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования iconМетодические разработки уроков информатики для учащихся 9-х классов по теме "Системы счисления"
Ящее время сохраняет своё значение как типичный случай кодирования ин­формации, в связи с широким использованием шестнадцатеричных...

В. Г. Баула Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования iconЗадача проекта создание Информационной системы изучения дисциплины...
Задача проекта создание Информационной системы изучения дисциплины «Архитектура эвм, систем и сетей», состоящую из электронных пособий,...

В. Г. Баула Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования iconКафедра «Электронных вычислительных машин» методические указания...
Методические указания к дипломному проектированию составлены и доц каф ЭВМ лебеденко Ю. И. и обсуждены на заседании кафедры ЭВМ факультета...

В. Г. Баула Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования icon«Организация эвм» Контрольно курсовая работа «Проектирование вычислительной системы»
Данная контрольно-курсовая работа выполняется с целью закрепления знаний по курсу «Организация ЭВМ и систем» и получения практических...

В. Г. Баула Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования icon«Алгоритм» и«Об­щие принципы работы эвм»
Программы: «Алгоритмизация и основы программирования» и «Общие принципы организа­ции и работы компьютера»



Образовательный материал



При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
lit-yaz.ru
главная страница