PROJETO LÓGICO DE COMPUTADORES Prof. Ricardo Rodrigues Barcelar

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1 - Aula 5 - O NÍVEL DA LINGUAGEM DE MONTAGEM 1. INTRODUÇÃO É relativamente fácil compreender os fundamentos da programação de computadores, sob o ponto de vista da inteligibilidade dos comandos de alto nível. Contudo para um computador funcionar é necessário muito mais que isso. É necessário escrever códigos em baixo nível que o computador compreenda. A programação em baixo nível, principalmente em linguagem de máquina, é difícil e de compreensão árdua para nós seres humanos, embora seja inteligível para a máquina. Uma característica que diferencia este nível do nível da Microarquitetura, do nível ISA e do nível do Sistema Operacional da máquina, é que ele é implementado por tradução e não por interpretação. O tradutor tem a função de converter um programa escrito em linguagem-fonte (ou linguagem de alto nível) para uma linguagem-alvo (ou linguagem-objeto). A tradução envolve dois passos distintos: - Geração de um programa equivalente na linguagem-alvo. - Execução do programa gerado. Só depois da tradução completa, sem erros, o programa em linguagem-objeto (programa-objeto ou programa binário executável) é executado pelo processador. A grosso modo, os tradutores podem ser divididos em dois grupos, dependendo da relação existente entre a linguagem-fonte e a linguagem-alvo: - Montador: quando a linguagem-fonte (chamada linguagem de montagem) for uma representação simbólica para uma linguagem de máquina. - Compilador: quando a linguagem-fonte for uma linguagem de alto nível (Java, C,...) e a linguagem alvo for uma linguagem de máquina ou uma representação simbólica dessa linguagem. Por exemplo, na compilação de um programa em linguagem C podemos optar por gerar o código de máquina e também o código montador (Assembler). 1

2 Figura 1: Níveis 2. LINGUAGEM DE MONTAGEM Uma Linguagem de Montagem pura é aquela na qual cada comando produz, exatamente, uma instrução de máquina (correspondência um-para-um). Na linguagem de montagem usam-se nomes simbólicos para comandos e endereços (ADD, MOV, L1,...) ao invés de códigos numéricos (binário, octal, hexadecimal,...) usados na linguagem de máquina. O programador da Linguagem de Montagem, e também o programador de linguagem de máquina tem acesso a todas as características e todas as instruções da máquina-alvo. Esta é uma vantagem em relação a programação em alto nível quando se necessita ter acesso a recursos de baixo nível da máquina (hardware). Algumas linguagens para programação de sistemas estão numa fronteira entre as linguagens puramente de alto nível e as linguagens de baixo nível. Seus programadores programam em alto nível, mas tem acesso a recursos de baixo nível da máquina. Uma diferença importante é que um programa em linguagem de montagem só pode rodar em uma determinada família de máquinas, enquanto um programa de alto nível pode rodar (potencialmente) em diversas máquinas com arquiteturas diferentes Formato de um Comando em Linguagem de Montagem Uma instrução em linguagem de montagem contém, pelo menos, um campo de operação e outros campos que a especificam. 2

3 Tabela 1: Comandos em linguagem de montagem LABEL OPERAÇÃO OPERANDO OBS Fórmula MOV EAX, I Register EAX = I ADD EAX, J Register EAX = I MOV N, EAX N = I + J I DD 3 Reserve 4 bytes inicialized to 3 J DD 4 Reserve 4 bytes inicialized to 4 N DD 0 Reserve 4 bytes inicialized to 0 a) Campo de Rótulo (Label): nome simbólico atribuído a um endereço. Permite que destinos de desvios sejam identificados facilmente pelo programador. b) Campo de Operação: abreviatura simbólica do OPCODE. Deve lembrar o tipo de operação realizada pela instrução. Exemplo: ADD = soma. c) Campo de operando(s): especifica simbolicamente o(s) endereço(s), registrador(es) ou constante(s) utilizados como operandos. d) Campo de comentários: documento o programa (o qual seria ilegível sem este campo). Ignorado pelo montador. Figura 1 - Figura 3: Pseudo-instruções (comandos para o próprio Assembler) disponíveis no Assembler do Pentium O processo de Montagem A Montagem é a tradução de programa fonte em programa objeto. Nesse processo podem ocorrer os chamados Problemas da Referência Futura, que são desvios para posições de destino situadas adiante da posição da instrução de desvio representado por símbolos ainda não definidos. Como consequência disso não é possível converter o programa diretamente, linha após linha. A solução seria a tradução em dois passos: 3

4 1 ) Definição de símbolos, armazenados em uma tabela. 2 ) Tradução do programa usando os símbolos definidos no passo MONTADORES DE 2 PASSOS O processo de montagem não pode ser feito em um único passo porque a referência a Labels (endereços de memória) ainda não estão definidas. Essa dificuldade é conhecida como problema da referência posterior. Assim, os montadores geram o código de máquina em dois passos, a saber: O passo Um - A função principal do passo Um é construir uma tabela, chamada tabela de símbolos, contendo os valores de todos os símbolos usados no programa. (Um símbolo é um Label ou um nome simbólico, ao qual é atribuído um valor por meio de uma pseudoinstrução). - A fim de conhecer o endereço em tempo de execução de uma instrução que estiver sendo montada, o montador utiliza, durante o processo de montagem, uma variável conhecida como ILC (Instruction Location Counter - Contador de Posições de Instruções). - O passo Um, da maioria dos montadores, usa no mínimo, três tabelas: a tabela de símbolos, a tabela de pseudoinstrução e a tabela de código de operação. SÍMBOLO VALOR OUTRAS INFORMAÇÕES MARIA 100 ROBERTA 111 MARYLIN 125 STEPHANY 129 O passo Um termina com a leitura da pseudoinstrução END. O passo Dois - A função do passo Dois é gerar o programa-objeto e, se for solicitado, gerar a impressão de uma listagem, contendo, além do programa-fonte, algumas outras informações sobre o processo de montagem. - Durante o passo Dois, as informações, em conjunto com as tabelas, geradas no passo Um são utilizadas para geração do código objeto final Vantagens de se usar uma Linguagem de Montagem Programar em linguagem de montagem, em relação a programar em alto nível: - é uma tarefa mais difícil. 4

5 - consome muito mais tempo. - tem depuração e manutenção também mais difíceis e demoradas. Porque, então, alguém escolheria programar em linguagem de montagem? Por duas razões principais: - Por razões de performance: produz-se código de máquina menor e muito mais rápido. A maioria das aplicações embarcadas (tipo: código de cartões inteligente, rotinas de BIOS, etc..) exigem velocidade de processamento. - Por razões de acesso aos recursos da máquina: Por exemplo, as rotinas do sistema operacional para tratamento das interrupções e dos controladores de dispositivos dos sistemas embarcados que rodam em tempo real caem nessa categoria. Existe uma solução híbrida para programação conhecida como Sintonização. Desenvolvese o programa em linguagem de alto nível (tarefa mais rápida e simples). Depois se aperfeiçoa o código montador nos trechos de programas que consomem mais tempo de processamento (tarefa que aumenta a eficiência do programa. Isto requer um estudo prévio dos tempos gastos no processamento do programa. Além da eficiência e acesso a recursos de hardware, o uso da linguagem de montagem é importante para: - Enfrentar problemas de falta de memória em dispositivos embarcados. - Escrever compiladores em conjunto com seus montadores. - Se conhecer melhor uma determinada máquina. 3. MACROS Quando se faz necessário repetir várias vezes uma mesma sequência de instruções no programa de montagem pode-se usar uma macro Definição, Chamada e Expansão de Macros Entende-se por definição de macro a maneira de se atribuir um nome a uma parte do código de um programa escrito na linguagem de montagem. Após a definição de uma macro, o programador pode escrever o nome da macro em vez das instruções que a compõem. As macros são usadas para diminuir o tamanho do código quando um mesmo trecho de linhas de código aparece repetido várias vezes no programa fonte. Assim, uma macro nada mais é do que uma abreviatura para uma parte do código. O uso do nome da macro como se fosse um código de operação é conhecido como chamada da macro. A substituição pelo corpo da macro é chamada expansão da macro. A expansão ocorre durante o processo de montagem e não durante a execução do programa (como no caso de procedimentos). 5

6 A diferença entre chamadas de macro e procedimento é que a primeira é uma instrução Assembler para substituir o nome da macro pelo corpo da macro. Já a segunda é uma instrução de máquina que é inserida no programa objeto e que mais tarde será executada para chamar um procedimento Partes básicas em uma definição de macro: a. Um cabeçalho de macro que dê o nome da macro que está sendo definida. b. O texto que abrange o corpo da macro. c. Uma pseudoinstrução que marca o final da definição (por exemplo, ENDM) As macros são salvas em uma tabela de definição de macros para uso posterior. Imagine que o código abaixo precise ser chamado diversas vezes durante a execução de um programa: MOV EAX, P MOV EBX, Q MOV Q, EAX MOV P, EBX Seria mais simples criar uma macro, de forma semelhante a criação de um procedimento na linguagem de alto nível e chamá-la no trecho adequado quantas vezes forem necessárias. SWAP MACRO ENDM MOV EAX, P MOV EBX, Q MOV Q, EAX MOV P, EBX Para fazer a chamada bastaria, então, invocar pelo nome da macro: SWAP 6

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