Tiểu luận: Các nguyên lý sáng tạo và áp dụng vào xây dựng trình biên dịch

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TR ƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN


CÁC NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO VÀ ÁP DỤNG VÀO
XÂY DỰNG TRÌNH BIÊN DỊCH

Môn học:Phương phá p nghiên cứu khoa
học
Giảng viên hướng dẫn:GS.TSKH Hoàng Kiếm
Học v iên t hực hiên:Võ Ngọc Tâ n – 1212034
Khóa:Cao học K22 – Hệ Thống Thơng Tin

TP.Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 12 năm 2012


Phương pháp nghiên cứu khoa học Võ Ngọc Tân - 1212034

Lời cám ơn
Lời đầu tiên, em xin chân thành cám ơn thầy GS.TSKH Hồng Kiếm đã nhiệt
tình giảng dạy em và các bạn học viên cao học khóa 22 trong môn Phương
pháp nghiên cứu k hoa học. Thầy đã giúp chúng em nắm rõ về các phương
pháp luận sáng tạo trong khoa học nói chung và trong lĩnh vực cơng nghệ
thơng tin nói riêng. Mơn học này tối cần thiết cho việc định hướng những cơng
trình nghiên cứu khoa học, đồng thời hỗ trợ tốt trong việc nghiên cứu và hoàn
thành luận văn tốt nghiệp thạc sĩ.
Xin trân trọng cảm ơn thầy.Kính chúc thầy nhiều sức khỏe, nhiều niềm vui để
đạt được nhiều thành tựu trong nghiên cứu khoa học cũng như công việc
giảng dạy.

1


Phương pháp nghiên cứu khoa học Võ Ngọc Tân - 1212034

MỤC LỤC
CÁC PHƯƠNG PHÁ P NGUY ÊN CỨU KHOA HỌC ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG TRÌNH
BIÊN DỊCH ...................................................................................................................................2
1.

NGUY ÊN TẮC PHÂ N NHỎ ..............................................................................................2

2.

NGUY ÊN TẮC TÁCH KHỎI..............................................................................................4

3.

NGUY ÊN TẮC VẠN NĂNG .............................................................................................4

4.

NGUY ÊN TẮC CHỨA TRONG ........................................................................................4

5.

NGUY ÊN TẮC KẾT HỢP .................................................................................................7

6.

NGUY ÊN TẮC THỰC HIỆN SƠ BỘ ................................................................................7

7.

NGUY ÊN TẮC PHẢ N ĐỐI XỨNG....................................................................................8

8.

NGUY ÊN TẮC SỬ DỤNG ĐỐI TƯỢNG TRUNG GIAN..................................................8

9.

NGUY ÊN TẮC SAO CHÉP...............................................................................................8

10.

NGUY ÊN TẮC RẺ THAY ĐẮT......................................................................................8

11.

NGUY ÊN TẮC TÁC ĐỘNG THEO CHU KỲ.................................................................9

12.

NGUY ÊN TẮC DỰ PHÒNG..........................................................................................9

13.

NGUY ÊN TẮC LINH ĐỘNG..........................................................................................9

14.

NGUY ÊN TẮC ĐẢO NGƯỢC.......................................................................................9

15.

NGUY ÊN TẮC CHUY ỂN SANG CHIỀU KHÁ C ......................................................... 10

KẾT LUẬN.................................................................................................................................. 10
TÀI LIỆU THA M KHẢO .............................................................................................................. 11

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN CỨU KHOA HỌC ỨNG DỤNG TRONG XÂY
DỰNG TRÌNH BIÊN DỊCH

1.

NGUYÊN TẮC PHÂN NHỎ
 Về l ý thu yết ta có thể xâ y dựng một ngơn ngữ lập trình cấp cao thao tác
trực tiếp với lõi phần cứng của máy tính tạo thành một khối thống
nhất,nhưng khi đó ngơn ngữ lập trình này chỉ chạy được trên một hệ
thống máy tính và hệ thơng máy tích chỉ thực thi được một ngơn ngữ
lập trình =>khơng khả chuyển
 Để cho các ngơn ngữ lập trình có thể chạy trên một hệ thống các phần
cứng khác nhau và các hệ thống phần cứng có thể thực thi các chương

2


Phương pháp nghiên cứu khoa học Võ Ngọc Tân - 1212034

trình được xâ y dựng trên các ngơn ngữ lập trình khác nhau,Ta có thể
chia nhỏ hệ thống trình biên dịch thành nhiều phần khác nhau như sau:

Hình 1:Cấu trúc hệ thống Máy Tính
 Bare Mechine :lõi phần cứng của CPU
 Macroinstruction Interpreter :Bộ thông dịch chỉ thị Macro(Mã
máy)
 Operating System :hệ điều hành
 C++ compiler,ada Compiler… trình biên dịch(máy ảo)
 Về l ý thu yết có thể xâ y dựng một ngơn ngữ lập trình cấp cao
thao tác trực tiếp với lõi phần cứng của máy tính nhưng khi đó
ngơn ngữ lập trình này chỉ chạy được trên một hệ thống máy tính
và hệ thơng máy tích chỉ thực thi được một ngơn ngữ lập trình
=>khơng khả chuyển
 Một chương trình được viết bằng một ngơn ngữ bất kỳ sẽ thơng
qua trình biên dịch của ngơn ngữ đó để chuyển thành mã máy
mà hệ điều hành có thể thực thi,thông qua hệ điều hành sẻ giao
tiếp với phần cứng máy tinh(ảo hóa máy tính:cho phép chạy trực
tiếp ngơn ngữ lập trình cấp cao)

3


Phương pháp nghiên cứu khoa học Võ Ngọc Tân - 1212034

2.

NGUYÊN TẮC TÁCH KHỎI
 Việc xây dựng trình biên giúp người lập trình khơng xây dựng phần
mềm thao tác trực tiếp đến lõi phần cứng mà giao tiếp với trình biên

dịch,điều này giúp xây dựng được nhiều ngôn ngữ lập trình và người
lập trình dễ dàng xây dựng các ứng dụng trên các ngơn ngữ lập trình
khác nhau
 Bộ phân tích cú pháp trong trình biên dịch được chia làm 2 phần :
 Phần mức thấp gọi là bộ phân tích từ vựng(Scaner) là một
automatch hữu hạn dựa vào văn phạm chính qui
 Phần mức cao cao gọi là bộ phân tích cú pháp là một automatch
đẩy xuống dựa vào ngôn ngữ phi ngữ cảnh hoặc BNF
 Lý do chia bộ phân tích cú pháp thành 2 phần :
 Đơn giản – phân tích từ vựng đơn giản hơn =>việc xây dựng bộ phân
tích từ vựng đon giản hơn
 Hiệu quả :việc phân chia thành 2 khối giúp tối ưu hóa
 Tính khả chuyển :bộ phân tích từ vựng khơng khả chuyễn nhưng bơ
phân tích cú pháp có thể khả chuyễn(đẩu ra của bộ phân tích từ vựng
là các token có thể đưa vào các máy phân tích cú pháp khác nhau )

3.

NGUYÊN TẮC VẠN N ĂNG
 Một ứng dụng sau khi được trình biên dịch dịch ra mã máy ứng với một
hệ thống phần cứng nào đó, thì ứng dụng này chỉ chạy được trên đúng
hệ thống phần cứng này, quá trình này được gọi là quá trình biên dịch
 Vấn đề đặt ra là một chương trình sau khi đã biên dịch có thể chạy
được trên mọi hệ thống, để thực hiện đều này trình thơng dịch ra đời
với ngơn ngữ tiêu biểu là Java,chương trình nguồn được biên dịch
thành mã trung gian, trong trình biên dịch của java có một hệ thống gọi
là máy ảo,máy ảo này có nhiệm vụ biên dịch mã trung gian thành mã
máy phù hợp với hệ thống mà nó sẽ thực thi,đều này giúp chương trình
viết bằng Java có thể thực thi trên mọi hệ thống khác nhau

4.

NGUYÊN TẮC CHỨA TRONG
 Một trình biên dịch được chia thành nhiều phần
 Bộ phận phân tích cú pháp :kiểm tra cú pháp của các lệnh được
viết trong chương trình, bộ phân tích cú pháp được chia làm 2
phần

4


Phương pháp nghiên cứu khoa học Võ Ngọc Tân - 1212034

 Bộ phận phân tích từ vựng(Scanner) sẽ cho ra luồn
đơn vị từ vựng như ID,các toán tử..
 Chia chương trình thành những “tokens” là
những đơn thể nhỏ nhất nhưng có đầy đủ ý
nghĩa
 Cơ sở lý thuyết của Scanner là ngơn ngữ
chính quy DFA
 Bộ phận phân tích cú pháp(Parser),Parser sẽ kiểm
tra cú pháp và xâ y dựng cây phân tích cú pháp
 Cơ sở lý thuyết của Pars er là ngơn ngữ phi
ngữ cảnh PDA
 Tìm ra cấu trúc phi ngữ cảnh của chương
trình
 Bộ phận phát sinh mã trung gian
 Bộ phân chuyển mã lệnh sanh mã trung gian
 Bộ phận tối ưu mã liên qua đến việc sử dụng tài nguyên phần
cứng

 Bộ phận chuyển Mã trung gian thành mã máy
 Mã tối ưu này sẽ chuyển vào Bộ phận chuyễn mã và kết quả là
mã máy, hay mã hợp ngữ hoặc một ngôn ngữ khác, định vị lại
địa chỉ của các dòng mã lệnh
 Kết quả sẽ chuyển vào giai đoạn tối ưu liện qua đến việc sử
dụng tài nguyên phần cứng

5


Phương pháp nghiên cứu khoa học Võ Ngọc Tân - 1212034

Hình 2 :Cấu trúc trình biên dịch

6


Phương pháp nghiên cứu khoa học Võ Ngọc Tân - 1212034

5.

NGUYÊN TẮC KẾT HỢP
 Kết hợp biên dịch và thông dịch
 Kết hợp các ưu điểm giữa thông dịch và biên dịch
 Ngơn ngữ lập trình cấp cao sẽ được biên dịch sang ngôn ngữ
trung gian (dịch một lần)để dễ dàng thơng dịch
 Nhanh hơn thơng dịch truyền thơng
 Ví dụ :
1. NNLT Perl :sẽ biên dịch để kiểm tra lỗi trươc khi thông
dịch

2. Java :ý tưởng ban đầu của java là biên dịch mã nguồn
sang mã trung gian là Byte code và có thể thực hiện trên
tất cả các hệ thống thơng qua máy ảo JVM

Hình 3:Hệ thống kết JMV

6.

NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN SƠ BỘ
 Trong trình biên dịch kết hợp giữa biên dịch và thông dịch, việc thực thi
một chương trình được chia làm 2 giai đoạn
 Giai đoạn 1:Kiểm tra lổi chương trình,biên dịch mã nguồn thành
mã trung gian
 Giai đoạn 2 :thông dịch mã trung gian sang mã máy

7


Phương pháp nghiên cứu khoa học Võ Ngọc Tân - 1212034

 Việc chia quá trình thực thi thành hai giai đoạn như vậy giúp việc thực
thi chương trình nhanh chóng hơn

7.

NGUYÊN TẮC PHẢN ĐỐI XỨNG
 Chương trình nguồn sẽ qua bộ phận phân tích từ vựng(Scanner) sẽ
cho ra luồn đơn vị từ vựng như ID,các toán tử.. gọi là “tokens” , đây là
một dãy các token có thứ thự
 Dãy các token có thứ tự tiến tính sẽ được đưa vào bộ phận phân tích

cú pháp(Parser),Parser sẽ kiểm tra cú pháp và xâ y dựng cây phân tích
cú pháp(khơng theo thứ tự tuyến tính

8.

NGUYÊN TẮC SỬ DỤNG ĐỐI TƯỢNG TRUNG GIAN
 Trong chương trình dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ,để truy xuất đến
dữ liệu,chương trình phải truy xuất đến đúng địa chỉ vật lý của dữ liệu
 Khi viết chương trình, để truy xuất đến dữ liệu về nguyên tắc người lập
trình phải truy cập đúng vào địa chỉ vật lý,đều này gâ y khó khăn cho
người lập trình
 Các ngơn ngữ lập trình cho phép truy xuất đến ơ nhớ thơng qua đối
tượng trung gian đó là biến, thơng qua biến chương trình có thể truy
xuất đến địa chỉ ô nhớ

9.

NGUYÊN TẮC SAO CHÉP
 Khi truyền giá trị cho tham số hình thức cho chương trình con, người
lập trình có thể dùng phương pháp truyền theo trị,trong phương pháp
này trình biên dịch sẽ sao chép dữ liệu từ tham số thực vào tham số
hình thức và tiến hành xữ l ý

10. NGUYÊN TẮC RẺ THAY ĐẮT
 Trong phương pháp truyền tham số cho chương trình con,phương pháp
truyền theo trị sẽ sao chép dữ liệu từ tham số thực sang tham số hình
thức =>hệ thống phải cấp pháp vùng nhớ cho tham số hình thức đúng
bằng vùng nhớ của tham số thực và phải tốn thời gian thực hiện thao
tác sao chép dữ liệu
 Để không tiêu tốn thời gian và bộ nhớ,trình biên dịch cung cấp phương

pháp truyền tham biến.truyền tham biến là cách truyến địa chỉ của ơ
nhớ chứa dữ liệu cho chương trình con

8


Phương pháp nghiên cứu khoa học Võ Ngọc Tân - 1212034

11. NGUYÊN TẮC TÁC ĐỘNG THEO CHU KỲ
 Trong các trình biên dịch ln có một chương trình chun “dọn rác”
của hệ thống, chương trình này sẽ thực hiện theo một chu kỳ,khi tới chu
kỳ chương trình sẽ kiểm tra trong vùng nhớ Head xem những vùng nhớ
nào khơng cịn được dùng sẽ giải phóng và đưa về những vùng nhớ có
thể dùng

12. NGUN TẮC DỰ PHỊNG
 Khi chương trình thực thi,chương trình sẽ yêu cầu hệ thống cung cấp
vùng nhớ để chứa dữ liệu của chương trình
 Tại một thời điểm có nhiều chương trình cùng thực thi, nên yêu cầu
vùng nhớ lớn nhưng kích thước của bộ nhớ thì hữu hạn=>có thể xảy ra
tình trạng hết bộ nhớ do những bộ nhớ đã được cấp phát nhưng chưa
thu hồi
 Để đề phịng trường hợp này, trình biên dịch ln có chương trình “dọn
rác” để thu hồi lại những ô nhớ đã được cấp phát cho biến trong
chương trình con sau khi chương trình này thực thi xong

13. NGUYÊN TẮC LINH ĐỘNG
 Từ chương trình để chuyển thành mã máy chạy được trên một hệ thống
phần cứng, trước tiên chương trình phải được kiểm tra có đúng cú
pháp khơng?việc kiểm tra trực tiếp từ mã nguồn sẽ gặp khó khăn.

 Để đơn giản quá trình này , trước khi chuyển qua giai đoạn phân tích cú
pháp, chương trình nguồn sẽ được đưa vào bộ phận phân tích từ
vựng,chương trình nguồn sẽ được tách thành danh sách các từ
vựng.sau đó danh sách từ vựng này sẽ chuyển cho bộ phận phân tích
để tiến hành phân tích cú pháp của chương trình nguồn

14. NGUN TẮC ĐẢO NGƯỢC
 Sau khi phân tích cú pháp của chương trình nguồn, trình biên dịch sẽ
tạo cây phân tích cú pháp
 Thơng thường Cây sẽ được tạo từ gốc đến lá
 Nhưng trong phân tích cú pháp có phương pháp Buttom-Up :Xây dựng
cây phân tích cú pháp đi từ nút lá

9


Phương pháp nghiên cứu khoa học Võ Ngọc Tân - 1212034

15. NGUYÊN TẮC CHUYỂN SANG CHIỀU KHÁC
 Khi định nghĩa mảng 2 chiều trong ngơn ngữ lập trình,người lập trình
tưởng tượng mảng 2 chiều là một bảng và bảng này được lưu vào
trong bộ nhớ
 Bộ nhớ máy tính là một dãy tu yến tính các ơ nhớ nên để lưu trữ mảng
nhiều chiều, trình biên dịch sẽ chuyển mảng nhiều chiều thành mảng
một chiều, và vị trí lưu trữ của các phần tử trên mảng tùy thuộc vào
ngôn ngữ hỗ trợ lưu trữ mảng theo thứ tự dòng hay thứ tự cột
 Để truy xuất đến các phần tử trong mảng nhiều chiều, trình biên dịch
xâ y dựng hàm truy xuất đến vị trí lưu trữ dựa vào chỉ số các chiều của
phần tử

KẾT LUẬN
Qua đó ta thấy việc vận dụng các nguyên tắc sáng tạo trongquá trình nghiên
cứu khoa học, giải quyết các vấn đề trong lĩnh vực công nghệ thông tin và mọi lĩnh
vực khác trong cuộc sống là điều tối cần thiết, cực kì quan trọng. Nó giúp cho chúng
ta có được những hướng đi mới, cách nghĩ mới để giải quyết vấn đề. Điều mấu chốt
là cấp kỳ thay đổi cách tư duy để sáng tạo mới tiếp cận được đến thành công.
Hiện nay ở Việt Nam số bằng sáng chế một năm là rất ít so với các nước trên
thế giới. Nguyên nhân là do sự tư duy theo lối mòn, s ự dạy học thụ động, sự vận
động, khuyến khích sáng tạo đổi mới của các giảng viên đến sinh viên là không
nhiều. Do đó phần đơng các sinh viên khi ra trường chỉ có thể làm theo những gì mà
doanh nghiệp u cầu, ít có khả năng tựsáng tạo. Vì vậ y việc đưa môn họcPhương
pháp nghi ên cứu khoa học vào chương trình đại học là cần thiết, để các sinh viên có
dịp tiếp cận các phương pháp luận sáng tạo và đặc biệt là 40 nguyên lý sáng tạo
của giáo sư Atlshuller. Có như vậy Việt Nam mới có thể cạnh tranh cùng bạn bè thế
giới trong tương lai không xa.

10


Phương pháp nghiên cứu khoa học Võ Ngọc Tân - 1212034

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Slides bài giảng môn PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG
TIN HỌC, GS.TSKH. Hoàng Kiếm.
[2] GS.TS. Phan Dũng, 40 thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo cơ bản, Trung tâm
sáng tạo khoa học kỹ thuật thuộc ĐH Khoa học tự nhiên TP Hồ Chí Minh,
1994.
[3] Tham khảo các bài khoá trước
[4] www.wikipedia.org
[5] />[6] />[7] />

11