आईटीएमओ विश्वविद्यालय में एलएलपी के साथ परिचित कैसे है: पाठ्यक्रम "निम्न-स्तरीय प्रोग्रामिंग"

अधिकांश लोकप्रिय प्रोग्रामिंग भाषा उच्च-स्तरीय भाषाएं हैं। उदाहरण के लिए, जावा, पायथन या C #। बेशक, आप उन पर प्रोग्राम कर सकते हैं और खराब कल्पना कर सकते हैं कि वास्तव में अमूर्त के विभिन्न स्तर कैसे काम करते हैं। लेकिन एक अच्छे आईटी विशेषज्ञ के लिए, यह समझना महत्वपूर्ण है कि जिस प्लेटफ़ॉर्म के साथ यह इंटरैक्ट किया गया है, वह कैसे विकसित होता है, विकास का माहौल, कंपाइलर और डीबगर फ़ंक्शन। यह हमें निम्न-स्तरीय प्रोग्रामिंग के बारे में बात करने की ओर ले जाता है।

एलएलपी (निम्न-स्तरीय प्रोग्रामिंग) यह पता लगाने का एक सुविधाजनक तरीका है कि विश्वसनीय, तेज, कॉम्पैक्ट और कुशल प्रोग्राम कैसे लिखें। सॉफ्टवेयर कैसे काम करता है, इस बारे में बेहतर अनुभव पाने के लिए हमारे छात्र मुख्य रूप से असेंबलर और सी सीखते हैं।

^{फोटो पाब्लो बीडी सीसी बीवाई-एसए}

आपको जानने की आवश्यकता क्यों है

आईटी उद्योग तेजी से विकसित हो रहा है और प्रौद्योगिकी और भाषाओं के लिए एक फैशन के अधीन है। मौलिक अवधारणाएं - उदाहरण के लिए, कम्प्यूटेशनल मॉडल, वर्चुअल मेमोरी, संकलन और प्रोग्राम असेंबली - बहुत कम बार बदलते हैं। यह समझना कि एक प्रोग्रामिंग भाषा में ऐसी अवधारणाओं के मूल सिद्धांत कैसे प्रकट होते हैं, अगर आपको काम करने के लिए इसकी आवश्यकता है तो आप जल्दी से एक समान भाषा सीखने में मदद करेंगे। इस मामले में एलएलपी यह स्पष्ट करता है कि कैसे स्रोत पाठ से कार्यक्रम मशीन निर्देशों का एक सेट बन जाता है, और उन्हें कंप्यूटर पर कैसे निष्पादित किया जाता है। बदले में, स्मृति प्रबंधन तंत्र और संकलक के सिद्धांतों से आपको कोड लिखने में मदद मिलेगी जो कंप्यूटिंग संसाधनों पर कम मांग है।

स्पष्टता: हमें अक्सर थीसिस में आना पड़ता है कि एलएलपी केवल प्रोग्रामिंग आयरन और इसी तरह के कार्य हैं। ऐसा नहीं है।

मुझे अभ्यास में एलएलपी कहां मिल सकता है:

• ट्रेडिंग। एक्सचेंज पर ट्रेडिंग बाजार में उतार-चढ़ाव के लिए प्रतिक्रिया समय पर अविश्वसनीय रूप से उच्च मांगों के साथ कार्यक्रम बनाती है। "लोहे" से उच्च-स्तरीय भाषाओं के "दूरस्थता" के कारण, किसी कार्यक्रम के प्रतिक्रिया समय की बाहरी घटना की भविष्यवाणी करना बहुत मुश्किल है। इसलिए, लेन-देन की गति पर नियंत्रण प्रदान करने के लिए LLP यहां शामिल है।

• रोबोटिक्स । कम्प्यूटिंग संसाधन यहां सीमित हैं, इसलिए सॉफ़्टवेयर गुणवत्ता और कोड कॉम्पैक्टनेस की आवश्यकताएं अधिक हैं। यहां सॉफ्टवेयर बनाने के लिए आम तौर पर स्वीकृत दृष्टिकोण हमेशा काम नहीं करते हैं, और अक्सर विकास सी या किसी अन्य सिस्टम भाषा में जा सकता है।

• सिस्टम सॉफ्टवेयर । ये ओएस, कंपाइलर (जेआईटी, एओटी), ब्राउज़र हैं (आज वे जटिल एप्लिकेशन बनाने के लिए एक मंच बन गए हैं)। उनका काम हमेशा आम आदमी के लिए ध्यान देने योग्य नहीं है, लेकिन एप्लिकेशन सॉफ़्टवेयर के लिए एक बुनियादी ढांचा बनाता है।

इसके लिए हम कैसे तैयारी करेंगे?

हमारे निर्देश 09.03.01 "इंफॉर्मेटिक्स एंड कंप्यूटर इंजीनियरिंग" और 09.03.04 "सॉफ़्टवेयर इंजीनियरिंग" के हमारे छात्र निम्न-स्तरीय प्रोग्रामिंग से संबंधित कई विषयों का अध्ययन करते हैं। ये ऑपरेटिंग सिस्टम, सिस्टम सॉफ्टवेयर (यूनिक्स में शामिल), कंपाइलर डेवलपमेंट, वर्चुअलाइजेशन टेक्नोलॉजी आदि हैं।

प्रारंभिक बिंदु - बेशक "निम्न-स्तरीय प्रोग्रामिंग"। यहां छात्र असेंबलर और सी के साथ काम करने की प्रतीक्षा कर रहे हैं। समानांतर में - वे कार्यक्रमों को संकलित करने और निष्पादित करने की प्रक्रिया का अध्ययन करते हैं। पाठ्यक्रम प्रारूप में है "कार्य को तैयार कार्यक्रम में सेट करने से।" पाठ्यक्रम का मुख्य लक्ष्य इस बात का अंदाजा लगाना है कि कार्यक्रम की प्रस्तुति बदलावों के दौरान कैसे बदलती है:

• लेखन कोड;
• प्रीप्रोसेसिंग और संकलन;
• बंधन (जोड़ने);
• निष्पादन और डिबगिंग।

^{फोटो hackNY.org CC BY-SA}

पाठ्यक्रम में आने वाले छात्रों से, हम उच्च-स्तरीय भाषाओं (उदाहरण के लिए, जावा या सी #) में न्यूनतम प्रोग्रामिंग अनुभव की उम्मीद करते हैं। हम निम्नलिखित ऑनलाइन पाठ्यक्रमों की सलाह देते हैं:

• “ जावा। बेसिक कोर्स ”एलेक्सी व्लादिकिन द्वारा
• किरिल क्रिनकिन द्वारा " कंप्यूटर आर्किटेक्चर का परिचय: ओएस एलिमेंट्स "

पाठ्यक्रम "निम्न-स्तरीय प्रोग्रामिंग" मुख्य रूप से एक पुस्तक से पढ़ाया जाता है जो विशेष रूप से हमारे छात्रों के लिए लिखा जाता है। पुस्तक अंग्रेजी में प्रकाशित हुई है और जापानी और पुर्तगाली में इसका अनुवाद किया गया है। हम अक्सर Intel64 सॉफ्टवेयर डेवलपर मैनुअल और सिस्टम V AMD64 ABI के साथ भी काम करते हैं।

कोर्स के अंदर क्या है

सरल शब्दों में, यह पाठ्यक्रम निम्नानुसार विस्तृत किया जा सकता है (उन विषयों के संबंध में जिनकी पहचान ऊपर की गई है):

• वर्तनी कोड । इंटेल 64 (NASM, लिनक्स) और C11 के लिए मुफ्त असेंबली भाषा मान लें। यहां हम कम्प्यूटेशनल मॉडल का अध्ययन करते हैं, लेखन कोड की शैली पर उन्नत सिफारिशें देते हैं।

• प्रीप्रोसेसिंग और संकलन । एनएएसएम और सी प्रीप्रोसेसरों का अध्ययन किया जाता है, औपचारिक व्याकरण, संकलक द्वारा सामान्य कोड अनुकूलन, और कोडांतरक स्तर पर सी भाषा निर्माणों के एक विशिष्ट कार्यान्वयन के यांत्रिकी (दूसरे शब्दों में, "सी एक उच्च स्तरीय कोडांतरक है" के विचार का प्रदर्शन) पर चर्चा की जाती है।

• लिंकिंग (लिंकिंग) । स्थिर और गतिशील। व्यवहार में, ईएलएफ प्रारूप का अध्ययन किया जा रहा है - छात्र खोज रहे हैं कि लिंकर और गतिशील लोडर क्या करते हैं। वैसे, एक अलग मिनी-कोर्स इसके लिए समर्पित था।

• प्रोग्राम चलाना और डिबग करना । यहां हम समझते हैं कि ये कार्य कंप्यूटर के आर्किटेक्चर से संबंधित वर्चुअल मेमोरी डिवाइस और विशेषाधिकारित मोड, इंटरप्ट और सिस्टम कॉल तंत्र से कैसे संबंधित हैं। इसके अलावा, हम विचार करते हैं कि gdb का उपयोग कैसे किया जाता है (एक शक्तिशाली डिबगर जो आपको किसी भी कार्यक्रम के "हुड के नीचे देखने" की अनुमति देता है)।

महत्वपूर्ण संगठनात्मक बारीकियों

हम सह-लेखन कोड द्वारा व्याख्यान को तोड़ते हैं और बिनुटिल्स (ओब्जडंप, रीडफेल) या जीडीबी से उपकरणों का उपयोग करके संकलित फाइलों का अध्ययन करते हैं। व्याख्यान के दौरान (और न केवल), छात्र मौखिक रूप से और एक प्रसिद्ध संदेशवाहक में पाठ्यक्रम के चैनल में दोनों प्रश्न पूछते हैं, और शिक्षक उन्हें जल्द से जल्द जवाब देते हैं।

एक व्यावहारिक सबक के रूप में, छात्र प्रयोगशाला कार्य करते हैं। कभी-कभी सीखने की प्रक्रिया में छात्र अपना खुद का कुछ विकसित करना चाहते हैं जो उनके लिए व्यक्तिगत रूप से दिलचस्प हो (एक खेल, एक रोबोट को नियंत्रित करने के लिए एक कार्यक्रम, एक संकलक, आदि)।

इसलिए, परीक्षा के विकल्प के रूप में, छात्र शिक्षक के साथ सहमत विषय पर एक व्यक्तिगत परियोजना बना सकते हैं। GitHub पर एक कोड की समीक्षा और पोस्ट करने के बाद, वे परियोजना का प्रदर्शन करते हुए एक वीडियो रिकॉर्ड करते हैं (इस चैनल में 2014 से लागू परियोजनाएं हैं, GitHub के लिंक विवरण में हैं)।

^{एक छात्र के काम का एक उदाहरण: एनालॉग लेविट्रॉन ( हैबर पर परियोजना के बारे में एक विस्तृत कहानी )}

कोर्स के अंत में पूरी हुई कुछ अन्य परियोजनाएँ:

• नेटवर्क पर मल्टीप्लेयर के साथ "तानिकी" का क्लोन
• वेक्टर ग्राफिक्स के साथ क्लासिक गेम "क्षुद्रग्रह" का क्लोन
• STM32 माइक्रोकंट्रोलर पर फोर्थ
• UEFI के लिए आर्केड मशीन एमुलेटर CHIP-8
• टेलीग्राम के साथ काम करने के लिए वर्चुअल फाइल सिस्टम
• हास्यास्पद भयानक खोल

शिक्षक के बारे में

पाठ्यक्रम पर, शिक्षकों की एक पूरी टीम उन छात्रों के साथ बातचीत करती है जो व्याख्यान देते हैं, प्रयोगशाला का काम करते हैं और छात्रों को सलाह देते हैं। वरिष्ठ छात्र चर्चा में भाग लेते हैं और वर्तमान पाठ्यक्रम के छात्रों को निम्न-स्तरीय प्रोग्रामिंग की जटिलताओं को समझने में मदद करते हैं।

पाठ्यक्रम के लिए सामग्री तैयार करने पर मुख्य काम इगोर झिरकोव द्वारा किया गया था, इस पर एक पाठ्यपुस्तक के लेखक। इगोर ने आईटीएमओ विश्वविद्यालय और शैक्षणिक विश्वविद्यालय में अध्ययन किया, 2016 में आईटीएमओ में मास्टर डिग्री प्राप्त की। उनकी रुचि का क्षेत्र प्रकार सिद्धांत, गणितीय तर्क, प्रोग्रामिंग भाषा और निम्न-स्तरीय प्रोग्रामिंग है। उनकी मुख्य वर्तमान परियोजना सी के लिए सी भाषा रीफैक्टरिंग का औपचारिक सत्यापन और सी के लिए सत्यापित कॉम्पैक्टर कंपाइलर से संबंधित है।

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यह कोर्स आपको सीखने में मदद करता है कि किसी समस्या को पर्याप्त स्तर के अमूर्त रूप से कैसे देखा जाए और कहा जाए, सशर्त रूप से, "वेब एप्लिकेशन को असेंबलर में लिखने की कोशिश न करें।" हम इन "टूल्स" और उनके पर्यावरण - ऑपरेटिंग सिस्टम और सीपीयू से जुड़ी अवधारणाओं को समझने के संदर्भ में सी और असेंबलर के अध्ययन का प्रयास कर रहे हैं।

वैसे, यहां आप एक पुस्तक पा सकते हैं, जिसका लेखन इस पाठ्यक्रम के शिक्षण से प्रेरित था (यह अंग्रेजी, जापानी और पुर्तगाली में प्रकाशित हुआ था)।