1 M-3机器指令程序设计

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。

θA1A2

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<x,1<x,y,z<1)。因为M-3是定点机，所有初始数据，中间结果以及最后结果的绝对值都必须小于1，大于0.5，为使数值不溢出，先要把计算式改写为

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A1A2说明0005+1300250025y²→寄存器B0006+2300270001y²/2→00010007+1300260026x²→B0010+2300270002z²/2→00020011+1300240024x²→B0012+330027

x²/2→B0013+2000010001x²/2+y²/2→B→00010014+310002

x²/2+y²/2-z²/2→B→00010015+2200010002上述②式→B→00010016+1300240024x²→B0017+330030

x²/6→B0020+330024

-x²/6→B0021+300024

x-x²/6→B0022+63002002f→B→0002→π0023+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。‍

2 DJS 21机（121机）的数据、指令和程序

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。

3 ALGOL60语言

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4 BASIC语言

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。

5 C、C++

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。