高级语言程序设计（程序设计的基本步骤及方法）

　　为M-3机器编写程序，需要依据该机器厂家提供的机器指令来进行，每条指令中无论是数据还是操作码，全部都是0和1的串。

　　M-3机每条指令都由操作码和操作数组成。操作码8个二进制位。操作数有两个，分别表示内存地址，各占12个二进制位。

　　θ

　　A1

　　A2

　　每条指令的三个域共32个二进制位，与M-3机内存单元长度一致。所有操作码和操作数都是数字。如

　　00 0001 0002

　　00表示做加法，把0001单元的内容与0002单元内容相加，将结果送往寄存器By，然后回存到0002单元。

　　这条指令送到内存就是：

　　00000000000000000010000000000010

　　指令从功能上分为：算术运算、逻辑运算、代码传送、控制指令、停机五种。指令地址要自己分配，该机器只有数字类型数据，程序只能做数字计算。

　　指令集是厂家提供给编程人员，用来编程的指令格式规范。计算机有了指令集，只表示计算机有了潜在的计算能力。要计算机做事就必须编写程序，组织一个指令序列。

　　由指令序列构成的每个程序，其中全部都是0和1，在纸面上规定用8进制书写，因此全部是数字0-7。并且为每个操作码和操作数分配存储单元。再用传送指令把它从穿孔纸带上预存到指定的存储单元中，以后通过地址操作从该单元取用。

　　举一个用M-3机器指令编程的例子，试编写求以下表达式的值的程序：

　　f=((x2 y2-z2)sinx)/(x2 y2) ①

　　其中sinx用近似式x-x2/6表示（-1

　　f=((x2/2 y2/2-z2/2)sinx)/(x2/2 y2/2) ②

　　接着程序员要给指令和数据分配地址，对内存做出规划，假定把初始数据x,y,z分别存放在0024-0026号单元中，1/2，-1/6分别存放在0027、0030单元，程序则从0005号单元开始，至0023单元。程序如下：

　　指令地址

　　操作码

　　A1

　　A2

　　说明

　　0005

　　13

　　0025

　　0025

　　y2→寄存器B

　　0006

　　23

　　0027

　　0001

　　y2/2→0001

　　0007

　　13

　　0026

　　0026

　　x2→B

　　0010

　　23

　　0027

　　0002

　　z2/2→0002

　　0011

　　13

　　0024

　　0024

　　x2→B

　　0012

　　33

　　0027

　　x2/2→B

　　0013

　　20

　　0001

　　0001

　　x2/2 y2/2→B→0001

　　0014

　　31

　　0002

　　x2/2 y2/2-z2/2→B→0001

　　0015

　　22

　　0001

　　0002

　　上述②式→B→0001

　　0016

　　13

　　0024

　　0024

　　x2→B

　　0017

　　33

　　0030

　　x2/6→B

　　0020

　　33

　　0024

　　-x2/6→B

　　0021

　　30

　　0024

　　x-x2/6→B

　　0022

　　63

　　002

　　002

　　f→B→0002→π

　　0023

　　77

　　Ω(停机)

　　上述程序最左边列是由程序员安排的内存地址，最右边列是说明，两列都不属于程序内容， 不需要输入。输入给机器的八进制程序代码部分如下：

　　1300250025

　　2300270001

　　1300260026

　　2300270002

　　1300240024

　　330027

　　2000010001

　　310002

　　2200010002

　　1300240024

　　330030

　　330024

　　300024

　　63002002

　　77

　　到了机器内部，上述程序将被全部转化为二进制代码。

　　这个阶段的程序中，每条指令都是机器能够直接识别的。程序的结构，指令的格式都有规范，地址操作数不能越界，数据不能溢出，后来也把这个阶段的程序设计叫做机器语言程序设计。

　　机器语言虽然笨拙，但它能存储程序和数据并以电子速度自动执行程序，执行速度很快，原始数据和加工结果又能存储，程序可以重复执行，中间无需人员干预，计算机又可依照编程的逻辑，自主地执行程序，直至算出结果。中间还省去了纸和笔。这是计算机生命力之所在，也是计算领域革命性之所在。?

　　1965年起，DJS 21机总共生产了130台，是我国最早进行批量生产的晶体管计算机，因此可当作是我国第二代机器的代表。DJS分别是汉语拼音电子、晶体管、数字三个词的开头。

　　DJS 130机

　　121机采用一地址指令系统，每条指令都是在操作码Q后只带一个地址操作码D。

　　ε(1位)

　　Q(6位)

　　D(14位)

　　Q有6个二进制位，可以区别2^6=64种不同的操作，恰好能够区分121机的59条指令。14位操作数可以表示2^14=16384个内存单元地址。ε是变址特征位，当它为0时，该条指令直接对内存地址D进行操作；为1时，所施加的操作要对“D ε”的一个新地址进行。

　　约定用十六进制数书写指令。下面根据操作码粗略看看121机的部分指令。

　　01-05

　　传送指令

　　用于内在和寄存器间传送数据和指令

　　07-0F

　　算术运算

　　10-12、17

　　逻辑运算

　　13-16

　　比较指令

　　20-26、34-35

　　转换指令

　　2D

　　电传打字

　　2E

　　光电输入

　　2F

　　打印

　　33

　　访问磁鼓磁带

　　3F

　　停机指令

　　其他还包括送地址指令，移位指令，用于阶码操作的指令，将数规格化的指令，用于支持变址寻址的指令等。

　　1960年，欧洲人确定了ALGOL60编程语言，其编译系统可以引进到121机上。

　　ALGOL ，为算法语言（ALGOrithmic Language）的缩写，是计算机发展史上首批产生的高级程式语言家族。当时还是晶体管计算机流行的时代，由于ALGOL语句和普通语言表达式接近，更适于数值计算，所以ALGOL多用于科学计算机。

　　ALGOL60可以说明变量，一个变量对应一个数学量，跟人们的数学习惯相吻合。程序中使用变量名，避免了直接与内存单元和寄存器打交道的枯燥易错。编译程序会自动为每个变量名分配内存单元并对应内存地址。

　　ALGOL60也引入了函数，并提供了24条标准函数，用户自己也可以编写函数。

　　ALGOL 121的编译程序由一个80行的引导程序加载到内存。

　　ALGOL的数据类型中没有字符型，没有文件概念。

　　穿孔纸带上的当前位置用5个孔位的编码表示一个数字或字母。是字母还是数字由两个键进行相应的切换。

　　纸带格式有如下的严格要求：

　　空白

　　要1米以上

　　Y源程序

　　源程序开始

　　5个以上字母键

　　表示区域结束

　　S数据

　　数据开始

　　5个以上字母键

　　表示区域结束

　　空白

　　GY源程序

　　改正后的源程序行

　　GS数据

　　改正后的某些数据

　　空白

　　J

　　结束

　　空白

　　要2米以上

　　BASIC是继FORTRAN、ALGOL60后于1964年推出的第三个高级程序设计语言，这个语言一部分基于FORTRAN，一部分基于ALGOL60，并且增加了一些东西使之适合于分时系统。

　　BASIC以简单易用和解释执行为特点，在计算机初学者中广为流行。

　　BASIC强化了字符串操作和文件操作。新增了图像和语言功能，可以在屏幕上打点、画线、着色，还可以利用beep和sound语句让内置喇叭发声。

　　BASIC还有一些特殊功能，比如“on key(n) gosub 行号“可以重新定义功能键Fn的功能，这实际上是优先处理键盘中断的功能。

　　每一行的代码前面都有一个整数数字作为“行号”。行号是按顺序执行的依据，也是GOTO转向的标号。

　　BASIC中没有while、for等流程控制结构设计，只能使用GOTO语句控制流程转向。BASIC中GOTO语句有3种格式，一种是强行转，格式“GOTO 行号”，强制转向指定的语句行。第二种是条件转，格式“IF 条件表达式 THEN GOTO 行号“，表达式成立就转向指定的语句行。第三种是多路开关转，格式”ON 算术表达式 GOTO 行号1，行号2，…“将根据表达式的值为1，2，…分别转向行号1，行号2等处。

　　到了C语言，有了控制结构，数据自定义类型结构体等。到了C ，结构体中可以包含函数，类如同基本数据类型一样，可以集合一组数据及数据之上的运算。