計算機編程語言及其工作過程分析

張敬言

【摘要】? ? 除了硬件，軟件是計算機實現(xiàn)特定功能的基礎，軟件又分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩種類型，但都是借助計算機編程語言實現(xiàn)的。本文主要根據(jù)計算機編程語言的發(fā)展歷程，從編程語言的概念、工作過程和應用角度分別對機器語言、匯編語言和高級語言進行了研究分析，為深入了解計算機編程語言提供參考。

【關鍵詞】? ? 計算機? ? 編程語言? ? 機器語言? ? 高級語言

一、引言

隨著信息技術的迅速發(fā)展和應用，計算機技術的應用也在眾多的科技領域中發(fā)揮著越來越大的作用。通常而言，計算機系統(tǒng)是由一些硬件組件和常用軟件系統(tǒng)組成，這里說的硬件組件是指由電路集成的電子芯片或者是其他的物理部件，是計算機功能實現(xiàn)的基礎，比方說我們最常見到的CPU、主板和顯示器等。

而軟件系統(tǒng)又經(jīng)常被分為系統(tǒng)軟件與應用軟件兩種類型，例如Windows 10就屬于典型的系統(tǒng)軟件，主要負責對以芯片為基礎的硬件組件的管理，在硬件組件和應用軟件之間起到一個承上啟下的橋梁作用。應用軟件總量繁多，如Office、Classin等，是根據(jù)特定功能需求開發(fā)出來的供用戶直接使用的一種程序[1][2]。

不過，不論是以操作系統(tǒng)為代表的系統(tǒng)軟件，還是以辦公軟件為代表的應用軟件，其本質都離不開計算機編程語言[3]。因此學習和掌握計算機編程語言是計算機技術發(fā)展的基礎，其經(jīng)過由簡單到復雜，由低級向高級發(fā)展的一個過程。本文結合對計算機程序和計算機編程語言的理論，從計算機語言的概念、工作過程和實際應用等角度對典型計算機語言進行探討與分析總結，為今后進一步學習計算機技術奠定基礎。

二、機器語言

2.1概念

顧名思義，機器語言是適用于機器理解的語言，機器碼是機器語言的指令集，通常都是以二進制代碼實現(xiàn)的，雖然現(xiàn)在計算機的發(fā)展已經(jīng)很少看到機器語言，但高級語言的基礎仍舊是機器語言。機器語言可以對計算機的編程系統(tǒng)進行識別和操作，對不同種CPU，對應的機器語言是不一致的，這是由于硬件結構不同所導致[4][5]。CPU的基礎是集成電路，而電路只有兩個狀態(tài)，通常采用“0”和“1”來描述電路的狀態(tài)，所以機器語言也是基于“0”和“1”來實現(xiàn)的，CPU能夠將到的機器語言直接執(zhí)行，即機器語言從執(zhí)行效率上來說比其他的語言都要高。

2.2工作過程

簡單的來說，機器語言是利用二進制代碼 “0”和“1”，通過不同的排列組合實現(xiàn)對硬件操作的特定功能。當程序員需要借助機器語言實現(xiàn)對計算機操作時，需要掌握特定CPU的機器語言指令及其實際功能，然后按照機器語言的要求，自行對每條指令進行操作，為每一次操作分配存儲空間，并且需要記住各個狀態(tài)的變化，可見其執(zhí)行過程十分復雜。而且計算機的機器語言功能與格式與對象機器的位數(shù)、存儲空間和指令功能有關。通常而言，一條機器語言指令中，包含了常見的操作碼（運算功能），操作數(shù)（運算對象）和操作結果（運算結果），并且都是用二進制來表示的。根據(jù)不同型號的計算機，采用一定的指令格式來編寫指令，對計算機的操作系統(tǒng)進行指令輸入，進而對計算機上的操作系統(tǒng)進行編譯和解釋。

2.3應用分析

機器語言所使用的是針對特定型號計算機的語言，其一條指令就是一個語句。盡管各種型號的計算機不同，機器語言也有所不同，但也有一些基本的常用機器語言指令是可以通用的，具有一定的兼容性，這種兼容性被廣泛應用于軟件特別是應用程序的更新，所以其運算效率是所有語言中最高的。但它也存在著眾多的缺陷，例如，編寫代碼時的繁瑣和依賴性強，以及使用時出錯率較高。由于大量的繁瑣細節(jié)，導致了程序員難以駕駛計算機。因此，這也是計算機在剛發(fā)明時未能廣泛得到推廣的一個重要原因。但無論是目前多么智能的計算機，都離不開機器語言對其進行最基本的指令。所以機器語言雖然效率很高，但是使用起來非常繁瑣，所以后來人們又發(fā)明了另一種更方便的語言——匯編語言，下面我們來介紹一下匯編語言。

三、匯編語言

3.1概念

雖然匯編語言是一種低級語言[6]，但是目前它卻被應用在很多地方。例如用在電子計算機、微控制器和其他一些可編程的機器上。它還有另外一種叫法：符號語言。顧名思義，即用符號來代替機器指令的操作碼。匯編語言的應用會根據(jù)機器設備的不同而采用不一樣的語言指令集，并且能轉化為機器指令。

實際上來說，兩種語言的指令集是相互對應的。在目前的實際使用過程當中，匯編語言并沒有像其他語言一樣能夠廣泛的用在程序的設計之中。通常來說，它只是被用于一些硬件或是高要求的程序優(yōu)化的情況下，同時它還能夠被用于驅動、實時運行等程序的設計中。簡而言之，匯編語言就是機器語言的一種升級版，由英文字母所構成，就是將繁瑣的機器語言匯編為較為簡潔的計算機語言。

3.2工作過程

匯編語言是一種能夠直接對處理器進行處理的語言。只有在指令的控制下，處理器才能進行工作，并且不同的處理器都有它們自身的一套工作指令。不同處理器的這一套工作指令之間不能相互應用，具有唯一性。匯編語言的主體實質上就是一種指令，這種匯編指令涵蓋了很多種類型的指令，例如輸入輸出、邏輯運算等指令。值得注意的是，匯編指令要與機器指令要相互區(qū)別開來。它們的區(qū)別在于表達指令的方式上，前者有著簡單并且容易被記憶的格式?，F(xiàn)在對于匯編程序而言，主要為各類程序的開發(fā)、修改等增加附加的支持機制。就比如我們常見的宏（Macro），這是一種編程工具所帶有的批量處理操作，也就是宏匯編器。如果想要使用匯編語言，就必須借助匯編器（Assembler）來實現(xiàn)。匯編器能夠實現(xiàn)將匯編語言轉成機器能夠識別的語言。通常來說，匯編器只能夠生成目標代碼，并不能生成直接可以執(zhí)行的代碼，必須要通過鏈接器中轉一下，然后才能夠生成可以直接執(zhí)行的代碼。

在實際的應用過程中，匯編語言的工作過程就是程序員使用一些英文簡寫字母編寫成更容易識別與記憶的匯編指令等，然后再通過編譯器從而轉變?yōu)榭梢灾苯颖籆PU執(zhí)行的機器語言，進而“間接的”對計算機的操作系統(tǒng)進行編譯和操控。

3.3應用分析

匯編語言實際上就是輔助機器語言的一種符號，相對來說匯編語言有著更易改寫、調控等優(yōu)點。一位優(yōu)秀的匯編語言工作者是能夠使用一些技術設計，讓匯編語言編寫的代碼有著超越高級語言編寫的代碼的優(yōu)勢，比方說在執(zhí)行速度方面，有著更快的速度;在內存空間方面，占用的內存更少。通過使用匯編語言設計出來的程序最后還是要被轉化為機器指令，用這樣的方式能夠保證機器語言的一一對應，能夠直接便捷地訪問和操作計算機。匯編語言代碼非常的簡短、執(zhí)行命令的效率高、不會占用很大的內存，被當作是高效的設計語言，并且還廣泛用于與高級語言結合使用。

通過與高級語言的結合，兩種語言能夠相互彌補，有效地提高程序執(zhí)行的效率和硬件方面控制。然而，匯編語言在某些方面仍然有不足之處。它不能滿足復雜程序的編寫環(huán)境，這是因為匯編語言的應用需要借助機器。不同的機器的匯編語言不一樣，所以匯編語言要依托于機器編寫，并不能相互移植和應用，這就有一定的局限性了。這也就導致程序員使用匯編語言時，要求掌握一些不同的處理器結構等方面的知識，并且只能針對某一種處理器進行編寫和優(yōu)化程序，這種開發(fā)效率非常的低，時間成本過高。正是因為匯編語言時針對于機器而言的，它是構成語言層次的基礎，也就是語言結構的底層。因此，匯編語言常常被當作是低級語言。接下來，將對應用功能強大且應用范圍較大的高級語言進行簡單的闡述。

四、高級語言

4.1概念

計算機的語言有多種，除了前面介紹的低級語言，它還包括高級語言。不同于其他兩種編程語言，高級語言是一種高度“包裝”的編程語言。高級語言和人類的日常溝通的語言類似，它使用的是人們通俗易懂的文字或者符號來表達的。通過這樣的表達方式，增強程序員編寫程序的可讀性，也能夠幫助對編程語言不那么精通的人了解程序的大致內容。實質上高級語言是一種比較符合人類語言邏輯思維的程序，它基本上可以不用依托于硬件系統(tǒng)進行程序的編寫，使得操作更加簡單。

然而，高級語言不是指代的某種語言，它包含了多種類型的語言，比如：C語言、Basic語言等。每一種高級語言都有自己的特點、功能、適用范圍和操作指令。簡單的用一句話來說，高級語言就是一類利用一些人們容易理解的文字，省略了一些繁瑣、不相關聯(lián)的細節(jié)，簡化了的輸入指令。

4.2工作過程

接下來闡述高級語言的語法和結構。它的語言結構和漢字類似，并且不依靠于硬件，能夠直接操作，程序員只需要經(jīng)過簡單的學習即可進行編程。高級語言按照類型分類有很多種，例如命令式、函數(shù)式等語言。不過這些語言雖然屬于不同種類型，但是它們之間還是會有相互影響，能夠在一定程度上相互支持。

在目前對編程語言的應用中，由于高級語言在各個領域應用的最多，因此也就成為了程序員首要考慮的編程語言。高級語言的工作過程與前面講的匯編語言相類似。它們都是通過一系列的指令，對計算機的系統(tǒng)程序進行編寫和解釋。雖然高級語言的功能強大，但是仍然有一定的局限性。它并不可以編寫成為能夠直接訪問機器硬件和軟件資源或者控制設備等功能的語言，如果器件要使用這些功能就必須調用匯編語言進行操作。總的來說，高級語言能夠借用接口，來調用外部的一些程序，實現(xiàn)對計算機的編寫。

4.3應用分析

高級語言能夠被廣泛應用，必然其他語言所不能代替的地方。它不僅容易掌握，而且能夠將復雜的算法簡單化。高級語言已經(jīng)成為了程序設計和優(yōu)化的一個前提，它為程序編譯者創(chuàng)造了良好的編譯環(huán)境。，讓程序員編寫的程序有更好的可靠性和維護性。它能夠脫離機器語言，有自身的表達特色，與計算機的某些結構聯(lián)系不大，可以更加便捷的將數(shù)據(jù)的運算表達的清楚。在程序的控制結構方面也可以更方便的表示出來。正是因為這些功能，使得用高級語言編寫出來的程序具有簡單易讀性和重復利用性等優(yōu)點。因此，可以將一些繁瑣的事情通過編譯程序來完成，從而縮短開發(fā)周期。通過這樣的方式讓程序員有更多的時間去優(yōu)化程序的運算，以提高質量，進而推動計算機技術的發(fā)展。不過，高級語言編寫出來的程序會比匯編語言編寫出來的更長一些，這也就導致了運行速度上會稍慢。但是從總體上來看，高級語言仍是目前一種有效的計算機語言，在軟件應用等方面有著極大的潛力。

五、總結

計算機編程語言不僅僅是計算機運行的語言指令，更是計算機程序員與計算機之間的交流工具。從上個世紀50年代到現(xiàn)在正在開始的“5G”時代，計算機語言的發(fā)展包含了三個階段，分別是機器、匯編和高級語言階段。這幾個發(fā)展階段為計算機世界的建設奠定了牢固的基礎。相信在未來的世界中，計算機語言會發(fā)展成為使用更加方便、效率更加高效、應用更加廣泛的人與計算機的交流語言，助推世界第三次科技革命的發(fā)展。

參? 考? 文? 獻

[1]沈美明. PDP-11機器語言與匯編語言程序設計[M]. 機械工業(yè)出版社， 1988.

[2]孟洪亮. 試析計算機編程語言的發(fā)展與應用[J]. 電腦編程技巧與維護， 2018， No.397（07）：26-28.

[3] Robert， Harper， 李亞寧. 編程語言的實用基礎[J]. 國外科技新書評介， 2015（2）：8-9.

[4]鄧昶. 常用計算機編程語言的分析和選用技巧探析[J]. 計算機光盤軟件與應用， 2014， 5（19）：75-76.

[5]葉連杰. 計算機編程語言的發(fā)展與應用[J]. 信息與電腦（理論版）， 2014（11）：191-192.

[6]趙志華. 試論不同編程語言對計算機應用軟件開發(fā)的影響[J]. 電腦編程技巧與維護， 2015（15）：17-18.