9. Software de Sistema - Montadores (capítulo 9 do livro texto)

Transcrição

1 9. Software de Sistema - Montadores (capítulo 9 do livro texto) Compiladores Programas de Aplicação Depuradores Usuário Processador de Macro Montador Programas Utilitários Ligadores Carregadores Sistema Operacional (Gerenciador de Processador, Memória, E/S, etc) Software Aplicativo Software de Sistema Microprogramas Circuitos Físicos Hardware DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 459

2 Software de Sistema cont. Software de Sistema é um conjunto de programas que define a maneira como os diversos elementos do hardware devem operar de modo a resolver os problemas dos usuários de forma simples e eficiente. SISTEMA COMPUTACIONAL = HARDWARE + SOFTWARE DE SISTEMA DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 460

3 Software de Sistema cont. Sem um software de sistema os usuários seriam responsáveis pelo controle direto de todas as operações executadas pelos elementos de hardware. os programas seriam escritos em linguagem de máquina; o programador seria responsável pelo carregamento, na memória, do programa a ser executado; não seria fácil utilizar os mecanismos de entrada e saída, exigindo-se conhecimento das peculiaridades de cada periférico e fazendo com que o esforço de programação fosse desviado do problema a ser resolvido; o programador seria responsável pelo gerenciamento do uso da memória para garantir a completa execução de um programa; em caso de sistemas com múltiplos usuários, o gerenciamento dos recursos existentes e a sincronização entre os diversos programas seriam extremamente complexos; etc. DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 461

4 9.1 Montadores (Assemblers) Um Montador é um programa cujos dados de entrada são sequências de caracteres que constituem o programa em Linguagem Simbólica, de Montagem ou "Assembly", e cujo resultado é um conjunto de palavras de máquina (sequências de bits) que constituem o programa em linguagem de máquina. O programa gerado, em linguagem de máquina, pode ser carregado na memória e executado ("load and go"), ou ser a entrada de outro programa, o Carregador, que após algum processamento para adequar os endereços ao bloco de memória disponível, carrega-o na memória para ser executado. DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 462

5 Montadores (Assemblers) cont. Esquema de funcionamento de um Montador típico Programa em linguagem de montagem ( Assembly ) MONTADOR Programa em linguagem de máquina tabelas DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 463

6 9.2 Linguagem de Montagem L. Assembly FORMATO GENÉRICO DE INSTRUÇÃO <RÓTULO> <CÓDIGO DE OPERAÇÃO> <OPERANDOS/MODIFICADORES> <COMENTÁRIOS> RÓTULO - composto de variáveis alfanuméricas, iniciando com letras, identifica endereços onde são armazenados instruções e dados; CÓDIGO DE OPERAÇÃO - conjunto de letras que formam mnemônicos para as instruções; OPERANDOS - identificam variáveis, pelos rótulos, ou registradores da UCP; MODIFICADORES - identificam modos de endereçamento; COMENTÁRIOS - descrevem o programa. DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 464

7 Linguagem de Montagem cont. Exemplo ROT MOVE R1,R2 ; armazena o conteúdo do registrador R1 em R2 DELIMITADORES Os campos da instrução em linguagem simbólica são separados por delimitadores. Novamente, estes delimitadores são definidos pelo projetista do MONTADOR. Exemplos de delimitadores espaço - entre campos - separa o rótulo ; - separa o comentário, - separa operandos DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 465

8 Linguagem de Montagem cont. Exemplos de Instruções Assembly Máquina de 1 endereço LDA S1 ; load S1 em Acc ou Acc (S1) ADD S2 ; Acc (Acc) + (S2) STORE R ; store R ou R (Acc) Exemplo de programa de Saída de dado (isolada) LOOP IN RS ; leitura do registrador RS TSTBIT 2 ; bit 2 de RS=1? JNZ LOOP ; loop de espera ou saída de dado? LDA dado ; Acc (dado) OUT RD ; porta RD (Acc) RS EQU ; porta de status da interface RD EQU ; porta de dados (saída) DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 466

9 Linguagem de Montagem cont. Exemplos de Instruções Assembly cont. Máquina de 2 endereços MOVE S1, R ; R (S1) ADD S2, R ; R (R) + (S2) Exemplo de programação de Interface (E/S mapeada) PROG MOVE #10, RC ; RC 10 RC EQU 1000A ; porta de controle da interface DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 467

10 Linguagem de Montagem cont. Exemplos de Pseudo-Instruções Pseudo-instruções facilitam a programação. São diretrizes para os programas montadores, não gerando código executável. DC / DW / DB - atribui a uma posição da memória um valor (dado); CINCO DW 5 ; a posição de memória referenciada por CINCO recebe o valor 5 DS - define área alocada em quantidade de palavras/bytes AREA DS 20 MOVE #3,AREA+5 ; reserva 20 posições ; acesso à área especificada EQU - define rótulo ABC EQU 1028 ; o rótulo ABC equivale à posição de memória 1028 DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 468

11 Linguagem de Montagem cont. Exemplos de Pseudo-Instruções cont. ORG - define origem ORG 1000 ; o que segue (dado ou instrução) estará na posição 1000 ADR - define que a posição contém o endereço do rótulo especificado X1 DW 12 AX1 ADR X1 ; a posição AX1 contém o endereço X1 END - define fim de programa Exemplo... ORG 5000 X1 DW 12 AX1 ADR X1 ; conteúdo de AX1 é o end. de X1 DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 469

12 9.3 Tarefas de um Montador Para traduzir o programa em linguagem simbólica para um programa em linguagem de máquina, o Montador deve a. substituir os mnemônicos da instrução e modificadores de endereço pelos equivalentes binários; b. determinar posições de memória, relativas ao programa, para os endereços simbólicos (rótulos); c. substituir todas as referências a um dado endereço simbólico pelo endereço binário correspondente. Para determinar posições de memória para os endereços simbólicos (b), o montador utiliza a informação dada pelo programador nas pseudoinstruções; estas não são traduzidas para Linguagem de Máquina, servindo somente para orientar o montador na geração do programa em linguagem de máquina. DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 470

13 Tarefas de um Montador-cont. exemplo de tradução por um montador (palavra de 16 bits) Motorola N comando n Instrução A DW 10 B DW 20 C DS 7 MOVE A,D1 LOOP ADD B, D1 MOVE D1, C END End. Relativo Código Objeto DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 471

14 Tarefas de um Montador-cont. exemplo de tradução por um montador (palavra de 16 bits) Motorola N comando Instrução End. Relativo Código Objeto byte 0 A DW , 1 1 B DW , 3 2 C DS modo Abs. - Reg. 7 x 2 bytes MOVE A,D end.a 4 LOOP ADD B, D end.b 5 MOVE D1, C end.c n END DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 472

15 Código de máquina (68000) ( bytes Na transparência 472 endereços 18 a 21 (em end. 18 size op.destino op.fonte 0 0 x x y y y z z z y y y z z z word= MOVE A, D modo 000 end. 20 seguido do valor do rótulo A (seu endereço) DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 473

16 9.4 Estruturas de dados no processo de montagem T S Tabela de Símbolos P F Programa Fonte Montador (ASM) P L M Programa em Linguagem de Máquina T I M Tabela de Instruções de Máquina T P I Tabela de Pseudo-Instruções DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 474

17 Estruturas de dados no processo de montagem cont. Tabela de Instruções de Máquina - TIM TIM associa o mnemônico de uma instrução com a instrução de máquina em binário a tabela TIM a seguir - pode possuir vários campos com informações relevantes. O número de campos que compõe a tabela TIM depende de características específicas do processador e da sintaxe da linguagem simbólica. Dois campos estão sempre presentes na tabela TIM MNEMÔNICO - onde estão os mnemônicos das instruções, definidos pela sintaxe da linguagem simbólica. CÓDIGO DE OPERAÇÃO - onde estão os códigos de operação das instruções de máquina. Outros campos podem completar a informação COMPRIMENTO DA INSTRUÇÃO (em bytes) - contém o comprimento da instrução. ROTINA DE TRATAMENTO DE OPERANDOS - onde estão relacionadas as rotinas que o montador deve ativar para gerar o endereço dos operandos, quando estes são expressões ou dependem dos modos de endereçamento. DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 475

18 Estruturas de dados no processo de montagem cont. Tabela de Instruções de Máquina TIM cont. Exemplo de tabela TIM - TABELA DE INSTRUÇÕES DE MÁQUINA Mnemônico Código de Operação Comprimento (bytes) Rotina de Tratamento de operandos MOVE 00xx?????????????? 2 a 6 RMOV RTS RRTS 00=byte; 10=long; 11=word DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 476

19 Estruturas de dados no processo de montagem cont. Tabela de Pseudo-Instruções TPI relaciona o mnemônico da pseudoinstrução com a rotina que o montador deve ativar para processar a pseudoinstrução a tabela TPI pode possuir vários campos com informações relevantes. Dois campos estão sempre presentes na tabela TPI MNEMÔNICO - onde estão os mnemônicos das pseudoinstruções, definidos pela sintaxe da linguagem simbólica. ROTINA DE TRATAMENTO DE OPERANDOS - onde estão relacionadas as rotinas que o montador deve ativar para processar a pseudoinstrução. Outros campos podem completar a informação, como COMPRIMENTO DA PSEUDOINSTRUÇÃO - contém o número de bytes ou palavras que deve ser reservado para pseudoinstruções como em DB (Define Byte) ou DW (Define Word). DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 477

20 Estruturas de dados no processo de montagem cont. Tabela de Pseudo-Instruções TPI cont. Exemplo de tabela TPI Tabela de Pseudoinstruções Mnemônico Comprimento (bytes) Rotina de Tratamento ORG DW DC.B DC.W DC.L RORG RDW DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 478

21 Estruturas de dados no processo de montagem cont. Tabela de Símbolos - TS A Tabela de Símbolos é construída durante a montagem e relaciona cada símbolo (ou rótulo) definido no código fonte com um valor em representação binária do seu endereço de memória. Exemplo de tabela TS Tabela de Símbolos (para o exemplo da transparência 472) Símbolo A B C LOOP Valor (em decimal) DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 479

22 9.5 O processo de montagem Para realizar a tradução, os Montadores são geralmente implementados como Montadores de dois Passos. Os dois Passos significam que o Montador deverá ler o programa fonte duas vezes. Existem Montadores de 1 Passo, onde o programa fonte é lido uma única vez; porém, este fato implica em restrições no programa fonte (ver Exercícios 3, 5 e 6 do livro texto). Para o Montador de dois Passos. no primeiro passo o Montador lê o código fonte e determina os endereços para as referências simbólicas, construindo a Tabela de Símbolos.. no segundo passo o código fonte é lido novamente e os mnemônicos das instruções e referências simbólicas são substituídos por códigos de máquina. DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 480

23 O processo de montagem cont. As tarefas associadas aos dois passos são PASSO 1 - Definir símbolos (rótulos) processar pseudoinstruções, utilizando a Tabela de Pseudoinstruções; determinar o comprimento da instrução de máquina, de acordo com a Tabela de Instruções de Máquina; atualizar o contador de posições CP, de acordo com o comprimento de cada instrução ou pseudoinstrução; guardar os valores dos símbolos (endereço equivalente) na Tabela de Símbolos. PASSO 2 - Gerar o programa em linguagem de máquina substituir símbolos por valores indicados na Tabela de Símbolos; gerar instruções de máquina; gerar dados (constantes definidas). DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 481

24 O processo de montagem cont. Passo 1 processar símbolos CP 0 lê ERRO não encontrou busca TPI busca TIM encontrou L comprimento da instrução encontrou não encontrou DW DS L comprimento dos dados EQU L 0 ORG END PASSO 2 CP valor guardar rótulo = CP na TS CP CP + L DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 482

25 O processo de montagem cont. CP 0 lê encontrou busca TPI DW não encontrou calcula / insere busca TIM constante encontrou L comprimento da instrução processa C.O. processa operandos insere no PLM CP CP + L DS L comprimento dos dados Passo 2 gerar códigos ORG EQU END CP valor FIM No Passo 2 o contador de posições CP é zerado e o programa fonte é lido novamente. A cada instrução lida é feita a busca nas tabelas TPI e TIM. No Passo 2 não é necessário prover um tratamento de erro quando a instrução não pertencer às tabelas TIM e TPI; o tratamento de erro é ativado no Passo 1 e o Passo 2 não é executado. DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 483

26 O processo de montagem Fluxo de Dados As estruturas de dados manipuladas nos passos 1 e 2 são Programa Montador (ASM); Contador de posições (CP); Tabela de Instruções de Máquina (TIM); Tabela de Pseudoinstruções (TPI); Tabela de Símbolos (TS); Programa em linguagem de Máquina (PLM). ASM PLM CP PASSO 1 PF PASSO 2 CP TIM TPI TS DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 484

27 9.6 Exemplo ORG 0100H START MOVE DADO,R0 VOLTA DCR R0 JNZ VOLTA MVI #11H,R1 HLT DADO DW 20H END Para ilustrar as diferenças entre processadores, neste exemplo, diferentemente do apresentado na transparência 472 temos palavra de 8 bits (1 byte) bem como outros códigos de operação e comprimentos de instrução. DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 485

28 Exemplo cont. TIM - TABELA DE INSTRUÇÕES DE MÁQUINA Mnemônico (*) Código de Operação (hexadecimal) Comprimento (bytes) Rotina de Tratamento de operandos MOVE R RMOV MVI R RMVI HLT 00 1 RHLT JNZ 60 3 RJMP DCR R RDCR (*) só está representada a parte que gera o C.O. DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 486

29 Exemplo cont. TPI - TABELA DE PSEUDOINSTRUÇÕES Mnemônico ORG END DS DW Rotina de Tratamento RORG REND RDS RDW DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 487

30 Exemplo cont. No Passo 1 é gerada a tabela TS a partir do processamento do comprimento das instruções conforme mostrado a seguir. Endereço (CP) 0100 START MOVE DADO,R VOLTA DCR R JNZ VOLTA MVI #11H,R HLT 010A DADO DW 20H DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 488

31 Exemplo cont. No Passo 1 é gerada a tabela TS a partir do processamento do comprimento das instruções conforme mostrado a seguir. Endereço (CP) 0100 START MOVE DADO,R VOLTA DCR R JNZ VOLTA MVI #11H,R HLT 010A DADO DW 20H Tabela de Símbolos Símbolo Valor START 0100 VOLTA DADO A DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 489

32 Exemplo cont. Seguindo o algoritmo descrito no Passo 2 e utilizando a tabela gerada no Passo 1, obtemos o seguinte PLM (devemos observar que os endereços dos operandos estão armazenados em 2 bytes, por exemplo nos endereços e ) Endereço PLM (em hexadecimal) A A 20 DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 490

33 9.7 Exercícios 1. Resolva os exercícios (1) a (6) do livro texto. DCA-FEEC-UNICAMP Introdução à Computação Digital Prof. Léo Pini Magalhães 491