Architettura degli Elaboratori II (canale P-Z) Linguaggi e moduli Dott. Franco Liberati

Argomenti Linguaggi di programmazione Assemblatore Compilatore Linker (collegatore)

Linguaggio Macchina 0111100010101011110101001010101 $t0 $t1 $t2 ALU Linguaggio basato su valori numerici utilizzato dai computer per memorizzare ed eseguire programmi 0111100010101011110101001010101 $t0 $t1 $t2 ALU

Linguaggio macchina Funzionamento base 000000 0010001010000000 000001 0010010011000000 000010 1010000000100100 000011 000100 …… 010000 0000000000000100 010001 0000000000000011 011000 011001 ALU SHIFTER STATUS t0 t1 t2 … TRANCODIFICATORE t7 PC CLOCK

Linguaggio Assembly add $t2,$t0,$t1 0111100010101011110101001010101 Rappresentazione simbolica (parole mnemoniche) del linguaggio macchina, usato dai programmatori (utilizza simboli invece di numeri per rappresentare istruzioni, registri e dati) add $t2,$t0,$t1 0111100010101011110101001010101 $t0 $t1 $t2 ALU

Linguaggio Assembly Istruzioni Tipicamente una istruzione è strutturata in un OPCODE Comando/modo di indirizzamenti add $t2,$t0,$t1 101001000000001 lw $t2,variabile 000001000011110 sw $t3,variabile 001001100010110

Linguaggio Assembly Istruzioni in SPIM (esempio) Tipicamente una istruzione è strutturata in un OPCODE Comando/modo di indirizzamenti add $t0,$t1,$t2 add $8, $9, $10 100101010010000000010000 0x012a4020 00000001001010100100000000100000

Linguaggio Assembly Istruzioni in SPIM (esempio) Tipicamente una istruzione è strutturata in un OPCODE Comando/modo di indirizzamenti lui $1, 4097 111100000000010001000000000001 0x3c011001 lw $t1, pippo 0x8c290000 lw $9, 0($1) 10001100001010010000000000000000

Linguaggio Alto Livello I linguaggi di programmazione ad alto livello sono caratterizzati dalla presenza di astrazioni che permettono al programmatore di non specificare certi tipi di dettagli implementativi della macchina VISUAL BASIC C# C++ C Java PASCAL BASIC SIEBEL COBOL ML

Linguaggi di programmazione Linguaggio C /*esempio1.c*/ void main() { int a, b, c; a=4; b=6; c=a+b; } Linguaggio assembler /*esempio1.s*/ .text li $t1,4 li $t2,6 add $t0,$t1,$t2 Linguaggio macchina FUN REG VAL 0010001000000100 0010010000000110 1010000000100100 Ris. Registro $t2: 0000000000001010

Codice Sorgente Programma scritto in linguaggio ad alto livello o assembly void main() { int a, b, c; a=4; b=6; c=a+b; } .text .globl main main: lw $t1,pippo lw $t2,paperino add $t0,$t1,$t2 li $v0,10 Syscall .data pippo: .word 11 paperino: .word 15

Assemblatore File Sorgente Assembler File Oggetto L’Assemblatore (Assembler) traduce programmi scritti nel linguaggio assembly in linguaggio macchina L’Assemblatore: legge un file sorgente (scritto in assembly) produce un file oggetto (detto anche modulo) contenente linguaggio macchina ed altre informazioni necessarie per trasformare uno o più file oggetto in un programma eseguibile Assembler File Oggetto

(riferimento ad altro modulo) File Oggetto - Modulo File Oggetto 00010101010 01010111110 (riferimento ad altro modulo) 01111111110 11111000010 11111111011 Un modulo può contenere: Istruzioni (routine, sub-routine, ecc.) Dati Riferimenti a sub-routine e dati di altri moduli

Compilatore File Sorgente Il Compilatore traduce un programma scritto in un linguaggio ad alto livello in un: programma equivalente scritto in linguaggio assembly, che può essere trasformato in un file oggetto da un assembler oppure, direttamente in un file oggetto Compilatore File Assembler Assembler File Oggetto

Linker Il Linker combina un insieme di moduli e file libreria in un programma eseguibile Il linker ha tre compiti: Ricercare nei file libreria le routine di libreria utilizzate dal programma (es. printf: funzione per la stampa a video di dati) Determinare le locazioni di memoria che il codice di ogni modulo andrà ad utilizzare e aggiornare i riferimenti assoluti in modo opportuno Risolvere i riferimenti tra i diversi file Main: ….. Jal sub: …. Jal: printf …. _______ sub: ….. Jal scanf printf: scanf: LINKER Main: ….. Jal sub: …. Jal: printf …. _______ sub: ….. Jal scanf …. _______ printf: …. _______ scanf:

Binding degli indirizzi File Sorgente Programma sorgente: indirizzi simbolici Compilatore: da indirizzi simbolici a indirizzi rilocabili (esempio: salto di 14 parole dall’inizio di questo modulo) Linker: da indirizzi rilocabili indirizzi assoluti Tempo di compilazione: se si conosce la zona di memoria dove risiederà il programma Tempo di caricamento: si genera un codice rilocabile si ritarda il collegamento finale fino al caricamento Tempo di esecuzione: se il processo può essere spostato durante la sua esecuzione in un segmento o l’altro di memoria Compilatore/ Assembler File Oggetto File Oggetto LINKER FILE ESEGUIBILE EXE

Linker Determinare le locazioni di memoria che il codice di ogni modulo andrà ad utilizzare, aggiornare i riferimenti assoluti in modo opportuno e fare riferimento a variabili globali che coinvolgono più moduli RIFERIMENTI RELATIVI RIFERIMENTI ASSOLUTI Main: ….. Jal (a0) …. Jal: (a1) …. _______ sub: ….. Jal (a2) printf: scanf: 0 ….. 100 …. 124 …. _____ 132 ….. 140 164 200 Main: ….. Jal 132 …. Jal: 164 …. _______ sub: ….. Jal 200 printf: scanf: Main: ….. Jal sub: …. Jal: printf …. _______ sub: ….. Jal scanf printf: scanf:

Eseguibile Main: ….. Jal sub: …. Jal: printf …. _______ sub: ….. Jal scanf printf: scanf: Main: ….. Jal sub: …. Jal: printf …. _______ Il Linker combina un insieme di moduli e file libreria in un programma eseguibile Il programma eseguibile non deve contenere unresolved references Solamente il programma eseguibile può essere elaborato su una macchina sub: ….. Jal scanf …. _______ printf: …. LINKER FILE ESEGUIBILE EXE

Eseguibile Disposizione in memoria La memoria viene suddivisa in segmenti Ogni segmento viene utilizzato per un particolare scopo Segmenti principali: Text: Contiene il codice dei programma Data: Contiene i dati “globali” dei programmi Stack Contiene i dati “locali” delle funzioni 0x80000000 KERNEL 0x7FFFF000 NOT USED STACK $SP HEAP 0x10000000 DATA TEXT 0x04000000 R DATA 0x00000000 RESERVED

Linguaggi di programmazione Linguaggio C /*esempio1.c*/ void main() { int a, b, c; a=3; b=4; c=a+b; } Linguaggio assembler /*esempio1.s*/ .text li $t1,4 li $t2,3 add $t0,$t1,$t2 Linguaggio macchina FUN REG VAL 0010001000000100 0010010000000011 1010000000100100 Ris. Registro $t2: 000000000000111

ALU SHIFTER MEM STATUS t0 t1 t2 … t7 PC TRANCODIFICATORE t1 0010001010000000 t2 0010010011000000 … 1010000000100100 t7 0000000000000100 0000000000000011 PC CLOCK 0000000000000111