Unidad 4 Generación de Código Objeto

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE MISANTLA

CARRERA: ING. EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

MATERIA: LENGUAJES Y AUTOMATAS II

SEMESTRE: QUINTO

UNIDAD: 4. GENERACION DE CODIGO OBJETO

TRABAJO: INVESTIGACION

DOCENTE: ING. GUADALUPE GUENDULAY ESCALANTE

 ALUMNA: MIRIAM TINOCO ALVAREZ

CONTENIDO GENERACIÓN DE CÓDIGO OBJETO  ......................................................................................... REGISTROS   ........................................................................................................................................

3 4

I.

Definición  .............................................................................................................................

4

II.

Clasificación  ........................................................................................................................

4

III. Asignación  ...........................................................................................................................

6

LENGUAJE ENSAMBLADOR   ..........................................................................................................

7

I.

Definición  .............................................................................................................................

7

II.

Características  ....................................................................................................................

7

III. Clasificación  ........................................................................................................................

8

IV.

Elementos del lenguaje .................................. ................. .................. .................. ......... 8

V. Ventajas   ................................................................................................................................

9

VI.

9

Desventajas  .....................................................................................................................

LENGUAJE MAQUINA  ..................................................................................................................

10

I.

Definición  ...........................................................................................................................

10

II.

Características  ..................................................................................................................

10

III. Ventajas   ..............................................................................................................................

10

IV.

11

Inconvenientes  .............................................................................................................

V. Direccionamiento de lenguaje maquina ................................................................. 11 ADMINISTRACIÓN DE LA MEMORIA   ........................................................................................

12

I.

Definición  ...........................................................................................................................

II.

Propósitos de la administración  ................................................................................... 12

12

GENERACIÓN DE CÓDIGO OBJETO La fase final de un compilador es la generación de código objeto, que por lo general consiste en código de máquina relocalizable o código ensamblador. Las posiciones de memoria se seleccionan para cada una de las variables u sadas por el programa. Después, cada una de las instrucciones intermedias se traduce a una secuen cia de instrucciones de máquina que ejecuta la misma tarea. Un aspecto decisivo es la asignación de variables a registros. El generador de código objeto puede considerarse como la penúltima fase de un compilador, la cual se encarga de tomar como entrada el código intermedio generado por el front-end, y producir código objeto de la arquitectura target para luego entrar en la fase de optimización de código. Toma como entrada de representación intermedia el programa fuente y produce como salida un programa objeto equivalente.

REGISTROS I.

Definición

Una de las consideraciones a tener para el generador de código consiste en la asignación de registros. Los registros son los elementos más valiosos y escasos en la fase de generación de código, puesto que el CPU solamente puede procesar datos que se encuentren en registros Los registros son la memoria principal de la computadora. Existen diversos registros de propósito general y otros de uso exclusivo.  Algunos registros de propósito general son utilizados para cierto tipo de funciones. Existen registros acumuladores, puntero de instrucción, de pila, etc.

 Además, las instrucciones que implican operandos en registros son más cortas y rápidas que las de operandos en memoria. El uso de registros se divide generalmente en dos problemas: 



II.

Durante la asignación de registros, se selecciona el conjunto de variables y/o constantes que residirán en los registros en un momento del programa. Durante una fase posterior a la anterior, se escoge el registro específico en el que residirá una variable.

Clasificación

Los registros se pueden clasificar de la siguiente forma: 

Registros de datos: o AX: Registro acumulador. Es el principal empleado en las operaciones aritméticas. o BX: Registro base. Se usa para indicar un desplazamiento. CX: Registro contador. Se usa como contador en los bucles. o o DX:  Registro de datos. También se usa en las operaciones aritméticas.

Estos registros son de uso general y también pueden ser utilizados como registros de 8 bits, para utilizarlos como tales es necesario referirse a ellos como por ejemplo:  AH y AL, que son los bytes alto (high) y bajo (low) del registro AX. Esta nomenclatura es aplicable también a los registros BX, CX y DX.











Registros de segmentos: o CS:  Registro de segmento de código. Contiene la dirección de las instrucciones del programa. o DS: Registro segmento de datos. Contiene la dirección del área de memoria donde se encuentran los datos del programa. o SS: Registro segmento de pila. Contiene la dirección del segmento de pila. La pila es un espacio de memoria temporal que se usa para almacenar valores de 16 bits (palabras). o ES:  Registro segmento extra. Contiene la dirección del segmento extra. Se trata de un segmento de datos adicional que se utiliza para superar la limitación de los 64Kb del segmento de datos y para hacer transferencias de datos entre segmentos.

Registros punteros de pila: o SP: Puntero de la pila. Contiene la dirección relativa al segmento de la pila. o BP: Puntero base. Se utiliza para fijar el puntero de pila y así poder acceder a los elementos de la pila. Registros índices: o SI: Índice fuente. o DI: Índice destino. Puntero de instrucciones: o IP:  Registro puntero de instrucción o contador de programa (PC). Contiene el desplazamiento de la siguiente instrucción a ejecutar respecto al segmento de código en ejecución. Por lo tanto, la dirección completa de la siguiente instrucción sería CS:IP. La única forma de influir en este registro es de forma indirecta mediante instrucciones de bifurcación. Registro de banderas (flags):  Cada bandera es un bit y se usa para registrar la información de estado y de control de las operaciones del microprocesador.

Hay nueve banderas (los 7 bits restantes no se utilizan): 

Banderas de estado:  Registran el estado del procesador, normalmente asociado a una comparación o a una instrucción aritmética.

o o o o o o

o

o

o

III.

CF: Bandera de acareo. OF: Bandera de desbordamiento (aritmético). ZF: Bandera de resultado 0 o comparación igual. SF: Bandera de resultado o comparación negativa. PF: Bandera de paridad (número par de bits). AF:  Bandera auxiliar. Indica si hay necesidad de ajuste en las operaciones aritméticas con números BCD. Banderas de control: DF:  Bandera de dirección. Controla la dirección de las operaciones con cadenas de caracteres incrementando o decremento automáticamente los registros índices (SI y DI). IF:  Bandera de interrupciones. Indica si están permitidas o no las interrupciones de los dispositivos externos. Bandera de atrape. Controla la operación de modo paso a paso (usada por el programa DEBUG).

Asignación

Las instrucciones que implican operandos en registros son generalmente más rápidas que las de los operandos en memoria. Por lo que, utilizar eficientemente los registros es fundamental para generar un buen código. El uso de registros se divide en dos formas: 



Durante la asignación de los registros: se selecciona el conjunto de variables que residirá en los registros en un momento del programa. Durante la fase posterior de asignación a los registros: se escoge el registro específico en el que residirá una variable.

LENGUAJE ENSAMBLADOR I.

Definición

El lenguaje ensamblador, o assembler (assembly language en inglés), es un lenguaje de programación de bajo nivel para los computadores, microprocesadores, microcontroladores y otros circuitos integrados programables. Implementa una representación simbólica de los códigos de máquina binarios y otras constantes necesarias para programar una arquitectura dada de CPU y constituye la representación más directa del código máquina específico para cada arquitectura legible por un programador. Esta representación es usualmente definida por el fabricante de hardware, y está basada en los mnemónicos que simbolizan los pasos de procesamiento (las instrucciones), los registros del procesador, las posiciones de memoria y otras características del lenguaje. Un lenguaje ensamblador es por lo tanto específico de cierta arquitectura de computador física (o virtual). Esto está en contraste con la mayoría de los lenguajes de programación de alto nivel, que idealmente son portátiles. El programa escrito en lenguaje ensamblador se denomina código fuente (*.asm). El programa ensamblador proporciona a partir de este fichero el correspondiente código máquina, que suele tener la extensión *.hex.

II.

Características 





El código escrito en lenguaje ensamblador posee una cierta dificultad de ser entendido ya que su estructura se acerca al lenguaje máquina, es decir, es un lenguaje de bajo nivel. El lenguaje ensamblador es difícilmente portable, es decir, un código escrito para un microprocesador, puede necesitar ser modificado, para poder ser usado en otra máquina distinta. Al cambiar a una máquina con arquitectura diferente, generalmente es necesario reescribirlo completamente. Los programas hechos por un programador experto en lenguaje ensamblador son generalmente mucho más rápidos y consumen menos recursos del sistema (memoria RAM y ROM) que el programa equivalente compilado desde un lenguaje de alto nivel. Al programar cuidadosamente en lenguaje

ensamblador se pueden crear programas que se ejecutan más rápidamente y ocupan menos espacio que con lenguajes de alto nivel. 



III. 



IV.

Con el lenguaje ensamblador se tiene un control muy preciso de las tareas realizadas por un microprocesador por lo que se pueden crear segmentos de código difíciles y/o muy ineficientes de programar en un lenguaje de alto nivel, ya que, entre otras cosas, en el lenguaje ensamblador se dispone de instrucciones del CPU que generalmente no están disponibles en los lenguajes de alto nivel. También se puede controlar el tiempo en que tarda una rutina en ejecutarse, e impedir que se interrumpa durante su ejecución.

Clasificación Ensambladores básicos: Son de muy bajo nivel, y su tarea consiste básicamente, en ofrecer nombres simbólicos a las distintas instrucciones, parámetros y cosas tales como los modos de direccionamiento Ensambladores modulares, o macro ensambladores: Descendientes de los ensambladores básicos, fueron muy populares en las décadas de los 50 y los 60, fueron antes de la generalización de los lenguajes de alto nivel. Un macroinstrucción es el equivalente a una función en un lenguaje de alto nivel.

Elementos del lenguaje

ETIQUETA: Nombre que se le asigna a una posición de la memoria de programa. Empieza en la 1ª columna y suele ir seguida de ':‘.

MNEMÓNICO: Representación simbólica del campo de operación (COP).

OPERANDOS: Representados por símbolos o constantes, separados por comas. COMENTARIOS: Comienzan con ';‘.

V.

Ventajas

•

Da a un programador la capacidad de realizar tareas muy técnicas que serían difíciles.

•

Mínimo tiempo de ejecución.

•

Requiere menos memoria que un programa escrito en lenguaje de alto nivel.

•

Acceso al cualquier computadora.

VI.

recurso

de

la

Desventajas •

Tiempo de programación.

•

Programas fuentes grandes.

•

Peligro de inesperadamente.

•

Falta de portabilidad.

•

Podría dificultar que un usuario sea experto en ello.

•

Dificulta escribir programas grandes y complejos.

afectar

recursos

LENGUAJE MAQUINA I.

Definición

Es el que proporciona poca o ninguna abstracción del microprocesador de un ordenador. El lenguaje máquina solo es entendible por las computadoras. Se basa en una lógica binaria de 0 y 1, generalmente implementada por mecanismos eléctricos. Un lenguaje de programación de bajo nivel es el que proporciona poca o ninguna abstracción del microprocesador de un ordenador.

Consecuentemente es fácilmente trasladado a lenguaje de máquina. La palabra “bajo” no implica que el lenguaje sea inferior a un lenguaje de a lto nivel; se refiere a la reducida abstracción entre el lenguaje y el hardware. En general el lenguaje maquina es difícil de entender para los humanos por este motivo hacemos uso de lenguajes más parecidos a los lenguajes naturales.

II.

Características

El lenguaje máquina realiza un conjunto de operaciones predeterminadas llamadas micro operaciones. Las micro operaciones sólo realizan operaciones del tipo aritmética (+,- ,*,/), lógicas (AND, OR, NOT) y de control (secuencial, de control y repetitiva). El lenguaje maquina es dependiente del tipo de arquitectura. Así un programa máquina para una arquitectura Intel x86 no sé ejecutara en una arquitectura Power PC de IBM (al menos de manera nativa).  Algunos microprocesadores implementan más funcionalidades llamado CISC, pero son más lentos que los RISC ya que estos tienen registros más grandes.

III. 

Ventajas Mayor adaptación al equipo.



IV.

Posibilidad de obtener la máxima velocidad con mínimo uso de memoria.

Inconvenientes    

V.

Imposibilidad de escribir código independiente de la máquina. Mayor dificultad en la programación y en la comprensión de los programas. El programador debe conocer más de un centenar de instrucciones. Es necesario conocer en detalle la arquitectura de la máquina.

Direccionamiento de lenguaje maquina

Es la forma en cómo se accede a la memoria. Recordar que un progr ama no puede ejecutarse sino se encuentra en memoria principal. La forma de acceder a la memoria depende del microprocesador, pero en general existen dos tipos de direccionamiento: directo e indirecto. 



El direccionamiento directo también recibe el nombre de direccionamiento absoluto y el acceso a las direcciones se hace de manera directa. El direccionamiento indirecto también recibe el nombre de direccionamiento relativo y se basa a partir de una dirección genérica, generalmente el inicio del programa.

Para acceder a una dirección relativa se suma a la dirección base el número de espacios de memorias necesarias. El direccionamiento relativo hace a los programas relocalizables e independientes. Si la dirección base es el inicio de la memoria fija el direccionamiento pasa a ser un variante de direccionamiento absoluto.

ADMINISTRACIÓN DE LA MEMORIA I.

Definición

La administración de la memoria es un proceso hoy en día muy importante de tal modo que su mal o buen uso tiene una acción directa sobre el desempeño de memoria. En general un ensamblador tiene un administrador de memoria más limitado que un compilador. En la mayoría de los lenguajes de programación el uso de punteros no estaba vigilado por lo que se tienen muchos problemas con el uso de memoria. Los lenguajes más recientes controlan el uso de los punteros y tienen un programa denominado recolector de basura que se encarga de limpiar la memoria no utilizada mejorando el desempeño.

II.

Propósitos de la administración

Se distinguen los siguientes propósitos del sistema de administración de memoria: 





Protección. Si varios programas comparten la memoria principal, se debería asegurar que el programa no sea capaz de cambiar las ubicaciones no pertenecientica él. Aunque una acción de escritura puede tener efectos más graves que una de lectura, esta última tampoco debería estar permitida, para proporcionar algo de privacidad al programa. Compartimiento. Este objetivo parece contradecir al anterior, sin embargo a veces es necesario para los usuarios poder compartir y actualizar información (por ejemplo, en una base de datos) y, si se organiza la tarea de entrada a la misma, se puede evitar el tener varias copias de la rutina. Reubicación. La técnica de multiprogramación requiere que varios programas ocupen la memoria al mismo tiempo. Sin embargo no se sabe con anticipación donde será cargado cada programa por lo que no es práctico usar direccionamiento absoluto de memoria.





Organización física. Debido al costo de una memoria principal rápida, éste se usa en conjunto con una memoria secundaria mucho más lenta (y por consiguiente, barata) a fines de extender su capacidad. Organización lógica.  Aunque la mayor parte de las memorias son organizadas linealmente con un direccionamiento secuencial, esto difícilmente concuerda con el camino seguido por el programa, debido al uso de procedimientos, funciones, subrutinas, arreglos, etc.