Linguagens e a máquina

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "Linguagens e a máquina"

Luciana Brandt
5 Há anos
Visualizações:

1 Linguagens e a máquina Seguem algumas breves definições das etapas utilizadas na geração de programas a partir de linguagens de programação: 1. A compilação pode ser entendida como o processo de traduzir o programa escrito em linguagem de alto nível para o programa funcionalmente equivalente em linguagem de montagem (ainda não é de máquina. 2. O processo de montagem consiste na tradução de um programa em linguagem de montagem em linguagem de máquina. 3. A ligação é o esquema utilizado para ligar módulos montados separadamente em um único programa. 4. Por fim, o carregamento pode ser brevemente definido como o processo de mover programas para a memória e prepará-los para a execução. Compilação Considere o comando simples: A = B + 4; Primeiramente é realizada uma análise léxica com o intuito de identificar algumas coisas no programa: Identificadores: A e B Demarcações: 4 Delimitadores: = e + Decodificar os símbolos para entender a estrutura do programa Outras coisas também acontecem durante a análise sintática: Análise de nomes (variáveis) e possíveis posições de memória Análise de tipos para identificar o tipo dos dados (int, float, etc) Um mapeamento de ações (associar comandos) e geração de código em linguagem de montagem A compilação leva em conta vários fatores, como: linguagem a ser analisada, arquitetura do computador (32 ou 64 bits) e características da limitação da máquina. Montagem Este é o processo de tradução de um programa em linguagem de montagem para um programa em linguagem de máquina. Ocorre a partir de um mapeamento de comandos entre as linguagens de montagem e de máquina. Na tradução uma instrução em linguagem de alto nível pode gerar uma sequência de

2 instruções em linguagem de montagem. Isto não ocorre nesta etapa de montagem. O montador foi um das primeiras ferramentas de software desenvolvidas após a invenção do computador. Características dos montadores: Permitem ao programador especificar posição de valores de dados e programas durante a execução Permitem que o programador de início realize valores de dados na memória antes da execução do programa Associam a linguagem de montagem para todas as instruções de máquina e modos de endereçamento Permitem o uso de rótulos simbólicos para representar endereços e constantes Permitem ao programador especificar o endereço inicial de um programa se existir Possibilitam a expansão de macros (rotinas) Ligação A maioria das aplicações tem um número de módulos compilado ou montado separadamente. Eles podem estar presentes nas bibliotecas das linguagens de programação ou até mesmo do SO. Um editor de ligação (linker) é um programa que combina módulos montados separadamente (módulos-objeto) em um único programa. O ligador resolve todas as referências globais e externas e reloca endereços dos módulos separados. Uma técnica comumente utilizada pelo SO Windows para disponibilizar bibliotecas é conhecida como Dynamic Link Libraries (DLL). Ela adia a ligação de alguns componentes até que eles sejam utilizados em tempo de execução. Para combinar módulos montados ou computados separadamente em um único modo, o ligador precisa: Resolver referências de endereços que são externos aos módulos que estão ligados Relocar cada módulo combinando-os como apropriado Detalhar as identidades e os conteúdos dos vários segmentos, se o modelo de memória inclui mais de um segmento de memória Carregamento Depois da ligação é gerado um módulo de carregamento, que pode ser carregado na memória pelo carregador. O carregador é um programa que coloca um módulo de carregamento na memória principal. Ele deve carregar vários segmentos de memória com seus valores corretos e inicializar

3 certos registradores, tais como o apontador para a pilha (stack pointer) e o contador de programas (program counter). Em sistemas monotarefa o carregador consegue definir bem em que local da memória o programa vai ser carregado. Já em sistemas multitarefas, vários programas estão residentes na memória a todo instante, e não há como o montador ou ligador saber em quais endereços eles vão residir. O carregador deve relocar estes módulos durante o carregamento adicionando um deslocamento a todos os endereços de memória relocáveis de um módulo. Este tipo de carregamento é chamado de carregamento com relocação. Considerações finais Uma linguagem de programação de alto nível permite que a arquitetura de baixo nível de um computador seja tratada como uma abstração. Ao passo que um programa de linguagem de montagem toma uma forma muito dependente da arquitetura do computador. A arquitetura do conjunto de instruções (ISA) torna-se visível ao programador, que é responsável por gerenciar o uso de registradores e ligação de sub-rotinas. Parte da complexidade de programação em linguagem de montagem é gerenciada por meio de macros, que diferem sub-rotinas ou funções em que macros geram linhas de código durante a montagem, enquanto sub-rotinas executam em tempo de execução.

4 =====> COMPILATION PROCESS <====== ----> Input is Source file(.c) C Preprocessor ---> Pure C file ( comd:cc -E <file.name> ) Lexical Analyzer Syntax Analyzer Semantic Analyze Pre Optimization Code generation Post Optimize ---> Assembly code (comd: cc -S <file.name> ) Assembler ---> Object file (.obj) (comd: cc -c <file.name>) Linker and loader ---> Executable (.Exe/a.out) (com:cc <file.name> ) Executable file(a.out)

5 1) Lexical Analyzer: It combines characters in the source file, to form a "TOKEN". A token is a set of characters that does not have 'space', 'tab' and 'new line'. Therefore this unit of compilation is also called "TOKENIZER". It also removes the comments, generates symbol table and relocation table entries. 2) Syntactic Analyzer: This unit check for the syntax in the code. For ex: int a; int b; int c; int d; d = a + b - c * ; The above code will generate the parse error because the equation is not balanced. This unit checks this internally by generating the parser tree as follows: = / \ d - / \ + * / \ / \ a b c? Therefore this unit is also called PARSER. 3) Semantic Analyzer: This unit checks the meaning in the statements. For ex: int i; int *p; p = i; The above code generates the error "Assignment of incompatible type". 4) Pre-Optimization: This unit is independent of the CPU, i.e., there are two types of optimization 1.Preoptimization (CPU independent) 2.Postoptimization (CPU dependent) This unit optimizes the code in following forms: I) Dead code elimination II) Sub code elimination III) Loop optimization

6 I) Dead code elimination: For ex: int a = 10; if ( a > 5 ) else Here, the compiler knows the value of 'a' at compile time, therefore it also knows that the if condition is always true. Hence it eliminates the else part in the code. II) Sub code elimination: For ex: int a, b, c; int x, y; x = a + b; y = a + b + c; can be optimized as follows: int a, b, c; int x, y; x = a + b; y = x + c; // a + b is replaced by x

7 III) Loop optimization: For ex: int a; for (i = 0; i < 1000; i++ ) a = 10; In the above code, if 'a' is local and not used in the loop, then it can be optimized as follows: int a; a = 10; for (i = 0; i < 1000; i++ ) 5) Code generation: Here, the compiler generates the assembly code so that the more frequently used variables are stored in the registers. 6) Post-Optimization: Here the optimization is CPU dependent. Then the last phase is Linking (which creates executable or library). When the executable is run, the libraries it requires are Loaded.

8 Atividade em dupla - Resolver as questões abaixo durante a aula (não precisa enviar para o professor): 1. O que é Assembly? 2. Criar um programa em Assembly que some dois números (com valores que você mesmo define na codificação) Com e sem variáveis. 3. Criar um programa em Assembly que some três números Com e sem variáveis. - Não esqueça de compilar sempre antes de testar o código. Para isso, procure simuladores online, ex: Depois de construir o programa, chame o professor para explicar o que foi feito.

Documentos relacionados

Compiladores I Prof. Ricardo Santos (cap 1)

Compiladores I Prof. Ricardo Santos (cap 1) Compiladores Linguagens de programação são notações que permitem descrever como programas devem executar em uma máquina Mas, antes do programa executar, deve