Chương trình máy tính “Xin chào, thế giới” của Brian Kernighan (1978)
Chương trình máy tính là tập hợp các câu lệnh [1] thực hiện một tác vụ cụ thể khi được máy tính thực thi. Hầu hết các thiết bị máy tính yêu cầu các chương trình để hoạt động đúng.
Một chương trình máy tính thường được viết bởi một lập trình viên máy tính bằng ngôn từ lập trình. Từ chương trình trong dạng mã nguồn mà con người hoàn toàn có thể đọc được, một trình biên dịch hoặc lắp ráp hoàn toàn có thể tạo thành hình thức mã máy gồm có những hướng dẫn mà máy tính hoàn toàn có thể trực tiếp triển khai. Ngoài ra, một chương trình máy tính hoàn toàn có thể được thực thi với sự trợ giúp của trình thông dịch .Một bộ sưu tập những chương trình máy tính, thư viện và tài liệu tương quan được gọi là ứng dụng. Các chương trình máy tính hoàn toàn có thể được phân loại theo những dòng tính năng, ví dụ điển hình như ứng dụng ứng dụng và ứng dụng mạng lưới hệ thống. Phương pháp cơ bản được sử dụng cho 1 số ít thống kê giám sát hoặc thao tác được gọi là thuật toán .
Máy lập trình bắt đầu[sửa|sửa mã nguồn]
Các máy lập trình sớm nhất đi trước phát minh ra máy tính kỹ thuật số. Ngay từ thế kỷ thứ 9, một trình phát nhạc có thể lập trình được phát minh bởi anh em người Ba Tư Musu, người đã mô tả một người thổi sáo cơ khí tự động trong Sách thiết bị khéo léo.[2] Năm 1206, kỹ sư người Ả Rập Al-Jazari đã phát minh ra một chiếc máy đánh trống có thể lập trình trong đó máy tự động tạo âm nhạc cơ học để chơi các nhịp điệu và mẫu nhịp trống khác nhau.[3] Năm 1801, Joseph-Marie Jacquard đã nghĩ ra một khung dệt có thể dệt một mẫu vải bằng cách làm theo một loạt các thẻ đục lỗ. Các mẫu có thể được dệt và lặp đi lặp lại bằng cách sắp xếp các thẻ.[4]
Công cụ nghiên cứu và phân tích[sửa|sửa mã nguồn]
Năm 1837, Charles Babbage đã được truyền cảm hứng từ máy dệt của Jacquard để cố gắng nỗ lực kiến thiết xây dựng Công cụ nghiên cứu và phân tích. [ 4 ] Tên của những thành phần của thiết bị đo lường và thống kê được mượn từ ngành dệt may. Trong ngành dệt, sợi được mang từ shop để xay. Thiết bị này sẽ có một ” shop ” – bộ nhớ chứa 1.000 số có 40 chữ số thập phân mỗi số. Các số từ ” shop ” sau đó sẽ được chuyển sang ” máy nghiền ” ( tựa như CPU của máy tân tiến ) để giải quyết và xử lý. Và một ” luồng ” đóng vai trò triển khai những hướng dẫn được lập trình của thiết bị. Nó được lập trình bằng cách sử dụng hai bộ thẻ đục lỗ – một bộ thẻ để chỉ huy thao tác và bộ kia cho những biến nguồn vào. [ 4 ] [ 5 ] Tuy nhiên, sau khi tiêu hết hơn 17.000 bảng tiền hỗ trợ vốn của chính phủ nước nhà Anh, hàng ngàn bánh xe và bánh răng của máy bị kẹt và những động cơ không khi nào hoạt động giải trí trọn vẹn song song cùng nhau. [ 6 ]Trong khoảng chừng thời hạn chín tháng vào năm 1842 – 43, Ada Lovelace đã dịch cuốn hồi ký của nhà toán học người Ý Luigi Menabrea. Cuốn hồi ký bao trùm Công cụ nghiên cứu và phân tích. Bản dịch chứa Note G, chi tiết cụ thể trọn vẹn một chiêu thức tính toán số Bernoulli bằng Công cụ nghiên cứu và phân tích. Ghi chú này được 1 số ít nhà sử học công nhận là chương trình máy tính được viết tiên phong trên quốc tế. [ 7 ]
Máy Turing phổ dụng[sửa|sửa mã nguồn]
Năm 1936, Alan Turing đã ra mắt thiết bị triết lý Universal Turing machine Có thể quy mô hóa mọi đo lường và thống kê hoàn toàn có thể được triển khai trên một máy tính hoàn hảo Turing. [ 8 ] Đây là một máy trạng thái hữu hạn có băng đọc / ghi dài vô hạn. Máy hoàn toàn có thể chuyển dời băng qua lại, biến hóa nội dung của nó khi thực thi thuật toán. Máy khởi động ở trạng thái khởi đầu, trải qua một chuỗi những bước và dừng lại khi gặp trạng thái dừng. [ 9 ] Máy này được một số ít người coi là nguồn gốc của chương trình máy tính được tàng trữ bởi John von Neumann ( 1946 ) cho ” Công cụ điện toán điện tử ” hiện mang tên kiến trúc von Neumann. [ 10 ]
Máy tính lập trình khởi đầu[sửa|sửa mã nguồn]
Máy tính Z3, được ý tưởng bởi Konrad Zuse ( 1941 ) ở Đức, là một máy tính kỹ thuật số và hoàn toàn có thể lập trình. [ 11 ] Một máy tính kỹ thuật số sử dụng điện làm thành phần đo lường và thống kê. Z3 chứa 2.400 rơle để tạo mạch. Các mạch phân phối một máy tính nhị phân, dấu phẩy động, với chín lệnh. Lập trình Z3 trải qua một bàn phím được phong cách thiết kế đặc biệt quan trọng và băng đục lỗ .ENIAC – Máy tính và tích hợp số điện tử ( ngày thu 1945 ) là một máy tính hoàn hảo, đa năng, Turing vừa đủ, sử dụng 17.468 ống chân không để tạo ra những mạch. Tại lõi của nó là một loạt những Pascaline được nối với nhau. [ 12 ] 40 bộ phận của nó nặng 30 tấn, chiếm 1.800 foot vuông ( 167 mét vuông ), và tiêu thụ USD 650 mỗi giờ ( giá trị tiền năm 1940 ) khi không sử dụng. [ 12 ] Nó có 20 máy cộng số cơ sở 10. Lập trình cho ENIAC mất tới hai tháng. [ 12 ] Ba bảng tính năng được đặt trên những bánh xe và cần được cuộn vào những bảng công dụng cố định và thắt chặt. Các bảng tính năng được liên kết với những bảng công dụng bằng cách sử dụng cáp đen nặng. Mỗi bảng công dụng có 728 núm xoay. Lập trình ENIAC cũng tương quan đến việc thiết lập 1 số ít trong số 3.000 thiết bị chuyển mạch. Sửa lỗi một chương trình mất một tuần. [ 12 ] Các lập trình viên của ENIAC là những người phụ nữ được gọi chung là ” những cô gái ENIAC “. [ 13 ] ENIAC có những hoạt động giải trí song song. Các bộ tích góp khác nhau hoàn toàn có thể đồng thời hoạt động giải trí trên những thuật toán khác nhau. Nó đã sử dụng máy đục lỗ cho nguồn vào và đầu ra, và nó được tinh chỉnh và điều khiển bằng tín hiệu đồng hồ đeo tay. Nó đã hoạt động giải trí được 8 năm, đo lường và thống kê những thông số kỹ thuật cho bom hydro, Dự kiến những kiểu thời tiết và sản xuất những bàn bắn để ngắm súng cao xạ .Manchester Baby ( tháng 6 năm 1948 ) là một máy tính được tàng trữ chương trình. [ 14 ] Lập trình đã có biến hóa từ cáp vận động và di chuyển và quay số ; thay vào đó, một chương trình máy tính được tàng trữ trong bộ nhớ dưới dạng số. Chỉ có ba bit bộ nhớ có sẵn để tàng trữ mỗi lệnh, vì thế máy bị số lượng giới hạn với tám lệnh. 32 thiết bị chuyển mạch đã có sẵn để dùng vào việc lập trình .
Máy tính sau này[sửa|sửa mã nguồn]
Chuyển mạch cho dữ liệu nhập thủ công trên Data General Nova 3, được sản xuất vào giữa những năm 1970
Các máy tính được sản xuất cho đến những năm 1970 có những công tắc nguồn phía trước để lập trình. Chương trình máy tính được viết trên giấy để tìm hiểu thêm. Một hướng dẫn được bộc lộ bằng một thông số kỹ thuật thiết lập bật / tắt. Sau khi thiết lập thông số kỹ thuật, một nút thực thi sẽ được nhấn. Quá trình này sau đó đã được lặp lại. Các chương trình máy tính cũng được nhập thủ công bằng tay trải qua băng giấy hoặc thẻ đục lỗ. Sau khi phương tiện đi lại được tải, địa chỉ khởi đầu được đặt qua những công tắc nguồn và nhấn nút thực thi. [ 15 ]Vào năm 1961, Burroughs B5000 được sản xuất riêng để được lập trình bằng ngôn từ ALGOL 60. Các mạch phần cứng đặc trưng để quá trình biên dịch được dễ hơn. [ 16 ]Năm 1964, IBM System / 360 là một dòng gồm sáu máy tính, mỗi máy tính có cùng kiến trúc tập lệnh. Model 30 là nhỏ nhất và ít tốn kém nhất. Khách hàng hoàn toàn có thể tăng cấp và giữ lại ứng dụng ứng dụng tựa như. [ 17 ] Mỗi quy mô Hệ thống / 360 có tính năng đa chương trình. Với sự tương hỗ của hệ quản lý và điều hành, nhiều chương trình hoàn toàn có thể nằm trong bộ nhớ cùng một lúc. Khi một chương trình đang đợi đầu vào / đầu ra, chương trình khác hoàn toàn có thể giám sát. Mỗi quy mô cũng hoàn toàn có thể mô phỏng những máy tính khác. Khách hàng hoàn toàn có thể tăng cấp lên System / 360 và giữ lại ứng dụng ứng dụng IBM 7094 hoặc IBM 1401 của họ .
Lập trình máy tính[sửa|sửa mã nguồn]
Lập trình máy tính là quy trình viết hoặc chỉnh sửa mã nguồn. Chỉnh sửa mã nguồn gồm có kiểm tra, nghiên cứu và phân tích, điều khiển và tinh chỉnh và nhiều lúc phối hợp với những lập trình viên khác trong một chương trình được tăng trưởng chung. Một người thực hành thực tế kiến thức và kỹ năng này được gọi là lập trình viên máy tính, nhà tăng trưởng ứng dụng và đôi lúc là lập trình viên .
Quá trình đôi khi kéo dài của lập trình máy tính thường được gọi là phát triển phần mềm. Thuật ngữ công nghệ phần mềm đang trở nên phổ biến vì quy trình này được coi là một chuyên ngành kỹ thuật.
Ngôn ngữ lập trình[sửa|sửa mã nguồn]
Một chương trình máy tính được viết theo phong cách lập trình câu lệnh
Các chương trình máy tính hoàn toàn có thể được phân loại theo quy mô ngôn từ lập trình được sử dụng để sản xuất chúng. Hai trong số những quy mô chính là mệnh lệnh và khai báo .
Ngôn ngữ mệnh lệnh[sửa|sửa mã nguồn]
Các ngôn ngữ lập trình mệnh lệnh xác định một thuật toán tuần tự bằng cách sử dụng các khai báo, biểu thức và câu lệnh:[18]
- Một khai báo kết hợp một tên biến với một kiểu dữ liệu – ví dụ:
var x: integer;
- Một biểu thức mang lại một giá trị – ví dụ:
2 + 2 mang lại 4
- Một câu lệnh có thể gán một biểu thức cho một biến hoặc sử dụng giá trị của một biến để thay đổi luồng điều khiển của chương trình – ví dụ:
x:= 2 + 2; if x = 4 then do_something();
Một chỉ trích về ngôn từ mệnh lệnh là công dụng phụ của câu lệnh gán trên một lớp biến được gọi là biến không cục bộ. [ 19 ]
Ngôn ngữ khai báo[sửa|sửa mã nguồn]
Các ngôn ngữ lập trình khai báo mô tả những gì tính toán nên được thực hiện và không mô tả cách thức làm thế nào để tính toán nó. Các chương trình khai báo bỏ qua luồng điều khiển và được coi là tập hợp các lệnh. Hai loại ngôn ngữ khai báo rộng là ngôn ngữ chức năng và ngôn ngữ logic. Nguyên tắc đằng sau các ngôn ngữ chức năng (như Haskell) là không cho phép các hiệu ứng bên lề, điều này giúp dễ dàng lý luận về các chương trình như các hàm toán học.[19] Nguyên tắc đằng sau các ngôn ngữ logic (như Prolog) là xác định vấn đề cần giải quyết – mục đích – và để lại giải pháp chi tiết cho chính hệ thống Prolog.[20] Mục tiêu được xác định bằng cách cung cấp một danh sách các điểm phụ. Sau đó, mỗi subgoal được xác định bởi tiếp tục cung cấp một danh sách các subgoals của nó, vv Nếu một con đường subgoals thất bại trong việc tìm ra giải pháp, sau đó subgoal được quay lui và đường dẫn khác được thử mở ra một cách hệ thống.
Biên dịch và thông dịch[sửa|sửa mã nguồn]
Một chương trình máy tính ở dạng ngôn từ lập trình máy tính mà người hoàn toàn có thể đọc được được gọi là mã nguồn. Mã nguồn hoàn toàn có thể được quy đổi thành một dạng thực thi nhờ một trình biên dịch hoặc trình lắp ráp hợp ngữ, hoặc triển khai ngay lập tức với sự trợ giúp của một trình thông dịch .Trình biên dịch được sử dụng để dịch mã nguồn từ ngôn từ lập trình sang mã đối tượng người dùng hoặc mã máy. [ 21 ] Mã đối tượng người dùng cần giải quyết và xử lý thêm để trở thành mã máy và mã máy gồm có những lệnh gốc của đơn vị chức năng giải quyết và xử lý TT, chuẩn bị sẵn sàng để thực thi. Các chương trình máy tính được biên dịch thường được gọi là tệp thực thi, hình ảnh nhị phân hoặc đơn thuần là tệp nhị phân – một tham chiếu đến định dạng tệp nhị phân được sử dụng để tàng trữ mã thực thi .
Một số chương trình đối tượng được biên dịch và lắp ráp cần được kết hợp thành các mô-đun với tiện ích liên kết (linker) để tạo ra một chương trình thực thi.
Trình thông dịch được sử dụng để thực thi mã nguồn từ từng dòng ngôn từ lập trình. Trình thông dịch giải thuật từng câu lệnh và thực thi hành vi của nó. Một lợi thế của phiên dịch viên là họ hoàn toàn có thể thuận tiện được lan rộng ra thành một phiên tương tác. Lập trình viên được trình diễn với một dấu nhắc và những dòng mã riêng không liên quan gì đến nhau được nhập và triển khai ngay lập tức .Nhược điểm chính của trình thông dịch là chương trình máy tính chạy chậm hơn so với khi được biên dịch. Mã thông dịch chậm hơn vì trình thông dịch phải giải thuật từng câu lệnh và sau đó triển khai nó. Tuy nhiên, việc tăng trưởng ứng dụng hoàn toàn có thể nhanh hơn khi sử dụng trình thông dịch vì việc kiểm tra là ngay lập tức khi bước biên dịch bị bỏ lỡ. Một điểm yếu kém khác của trình thông dịch là một trình thông dịch phải xuất hiện trên máy tính thực thi. Ngược lại, những chương trình máy tính được biên dịch không cần trình biên dịch trong quy trình thực thi .
