计算机基础知识-第6章-程序的本质(1)——图灵机及程序原理

如题所述

一、现代计算机程序的鼻祖——机器语言

机器语言是计算机能直接识别的程序语言或指令代码,无需翻译,每一操作码在计算机内部都有相应的电路来完成它。机器语言使用绝对地址和绝对操作码。不同的计算机有各自独特的机器语言,即指令系统。机器语言编程复杂,编程人员需熟记指令代码及含义,且编程过程需要手动处理数据存储分配、输入输出,易出错,运行效率高。

早期程序设计完全依赖机器语言。程序员编写程序时,需要将0和1编成的程序码打在纸带上或卡片上,再输入计算机进行运算。编写程序耗费时间巨大,且程序全为0和1的指令代码,直观性差。

二、程序助记符的诞生——汇编语言

面对机器语言的复杂性,汇编语言应运而生。汇编语言使用助记符代替机器指令的操作码,用地址符号或标号代替指令或操作数的地址。汇编语言通过编译转换为机器指令,保持了机器语言的执行效率,提高了编程的可读性。汇编语言适用于底层硬件操作和程序优化,例如驱动程序、嵌入式操作系统。

三、高级语言

高级语言简化了编程过程,其思想可分为面向过程型和面向对象型。高级语言最终编译或解释为机器语言,执行效率略低,但更易于学习和使用。常见的高级语言有C、Java、Python等。

四、程序的本质——指令和数据

程序的本质在于指令和数据的集合。指令指导计算机执行任务,数据是操作的对象。程序设计是将需求转化为指令和数据的过程。指令集和数据集决定了程序的功能和执行过程。

五、指令集与数据集

不同架构的CPU有其特定的指令集,如X86、ARM、MIPS等,每种指令集设计目的和性能特点不同,但都旨在高效执行指令,处理数据。指令集的先进性直接影响CPU性能。

六、总结

理解程序的本质在于理解指令和数据的交互与处理。从机器语言到高级语言,程序设计逐渐简化,但核心目标始终是指导计算机执行任务。指令集与数据集的选择和设计对程序性能有直接影响。深入理解程序的本质有助于更高效、准确地编写和优化程序。
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