Sistema Operativo

Anno Accademico 2013/2014
Calcolatori Elettronici
Parte VIII: linguaggi assemblativi
Prof. Riccardo Torlone
Universita di Roma Tre
Linguaggi di Programmazione
Linguaggi ad alto livello
 Maggiore espressività
 Maggiore produttività
 Migliore leggibilità
 Facilità di documentazione
 Minore controllo dell’efficienza
Linguaggi a basso livello
 Minore espressività
 Minore produttività
 Peggiore leggibilità
 Difficoltà di documentazione
 Pieno controllo dell’efficienza
Costi di Sviluppo ed Efficienza del Software



Approccio Misto: isolare le parti critiche del programma e
codificare solo quelle in linguaggio assemblativo
Il 10% del codice è responsabile del 90% del tempo di
esecuzione
I tempi di esecuzione vengono abbattuti nella fase di
tuning, che riguarda ora solo una piccola parte del codice
Vantaggi del linguaggio assemblativo
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

Può servire per ottimizzare una applicazione (ma solo
seguendo l’approccio misto)
E’ a volte necessario se le risorse sono limitate
(microcontrollori - applicazioni embedded)
E’ utile alla comprensione dei compilatori
E’ molto utile alla comprensione dell’architettura di un
calcolatore
Traduzione
PROGRAMMA
SORGENTE
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


TRADUTTORE
• Compilatore
• Assemblatore
PROGRAMMA
OGGETTO
Condotta una tantum in modo statico in un tempo precedente
all’esecuzione
Il Programma sorgente è scritto in un linguaggio simbolico,
orientato all’utente
Il Programma Oggetto:
 Esegue le operazioni specificate dal programma sorgente
 È scritto in linguaggio macchina e quindi è direttamente
eseguibile
Il programma sorgente costituisce i dati del programma
traduttore, il programma oggetto ne è il risultato
dell’esecuzione
Interpretazione
PROGRAMMA SORGENTE
INTERPRETE
SISTEMA DI ELABORAZIONE
(Livello del Sistema Operativo)
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

L’interpretazione viene effettuata ogni volta che il programma
viene eseguito
Non viene generato nessun programma oggetto
L’interprete esegue direttamente le istruzioni del programma
sorgente
Soluzione più semplice da realizzare potenzialmente inefficiente
Esempi: BASIC, PROLOG, SQL,...
Linguaggi Assemblativi (es. Pentium)
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
Corrispondenza uno ad uno con le istruzioni macchina
Codici simbolici ed etichette associate ad indirizzi
Pseudoistruzioni dichiarative per la definizione di etichette
e per l’allocazione di spazio di memoria
Il traduttore è detto assemblatore e la traduzione
assemblaggio
Lo stesso programma (N=I+J) in altri assembler
Pseudoistruzioni
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

Utilizzate nella parte dichiarativa di un programma in assembler
Dichiarano etichette, costrutti, o esprimono direttive di assemblaggio
Ad esse non corrispondono istruzioni nel programma oggetto
Macro Definizioni
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

Associano un nome ad un segmento di codice (macro
definizione)
Il nome così definito può essere usato (più volte) nel corso del
programma
Servono a rendere il programma più compatto (e più leggibile)
La sostituzione della macro avviene staticamente in fase di
assemblaggio
Macro con Parametri



È possibile definire ed utilizzare anche macro con parametri
La sostituzione dei parametri formali con gli argomenti attuali
viene effettuata staticamente in fase di assemblaggio
A valle dell’assemblaggio, a sostituzione avvenuta, nel
programma oggetto non resta nessuna traccia delle macro, con
o senza parametri
Differenze tra Macro e Procedure
Il Processo di Assemblaggio
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

L’assemblatore traduce da linguaggio assemblativo a linguaggio
macchina
Processo molto semplice salvo per le istruzioni con riferimenti
(salti) a etichette non ancora dichiarate (riferimenti in avanti)
Assemblatori ad una passata
 Traducono in un formato intermedio compatto
 Mettono la forma intermedia in una tabella
 Alla fine traduce il contenuto della tabella
Assemblatori a due passate
 Prima passata:
 Calcola la lunghezza e la posizione delle istruzioni
 Genera una tavola dei simboli
 Seconda passata:
 Tutti i riferimenti sono noti nella tavola dei simboli
 Genera il codice usando i valori della tavola
La Prima Passata
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

Valuta la lunghezza di ciascuna istruzione
Calcola il valore dell’ILC (Instruction Location Counter)
Inserisce tutte le etichette nella Tavola dei Simboli, con i
corrispondenti valori di ILC
Alla fine della passata i riferimenti in avanti sono noti
Tabella dei codici operativi
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
Viene mostrata una porzione
Un elemento per ciascun codice simbolico del linguaggio
La classe individua le combinazioni che seguono le stesse
regole
La Seconda Passata
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Sfrutta il prodotto della prima passata
La Tavola dei Simboli fornisce l’indirizzo di tutte le
etichette
Genera il codice, istruzione per istruzione, utilizzando la
tavola dei codici operativi che fornisce:
 La lunghezza delle istruzioni
 I codici operativi
 La classe delle istruzioni (che dipende dal tipo di
operandi e dalle modalità di indirizzamento)
Possibili organizzazioni delle tabelle dei simboli
Collegamento e Caricamento



Procedure assemblate o compilate separatamente
Il Collegatore (Linker) produce un unico modulo assoluto
pronto ad essere caricato
Il Caricatore (Loader) definisce gli indirizzi finali e carica il
modulo assoluto in memoria centrale
Collegamento (Linking)


Ciascun modulo ha il suo spazio degli indirizzi
Quando i moduli vengono collegati occorre:
 traslare i loro spazi degli indirizzi
 risolvere tutti i riferimenti esterni (le chiamate tra moduli)
Aggiornamento degli Indirizzi
Struttura del Modulo Oggetto
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

Identification: nome, data, lunghezza delle varie parti
Entry point table: simboli definiti nel modulo e riferibili
dall’esterno
External reference table: simboli definiti in altri moduli e
riferiti dal modulo
Relocation dictionary: indirizzi che devono essere rilocati
Collegamento statico e rilocazione dinamica

Diversi approcci possibili
 Uso di un registro di rilocazione
 Uso della tavola delle pagine
Collegamento Dinamico
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
È spesso troppo costoso collegare staticamente tutte le
procedure
Alcune sono chiamate solo in circostanze inusuali (gestione di
eccezioni)
Il collegamento può essere effettuato a tempo di chiamata (e
solo se necessario)
In Multics ogni procedura ha a disposizione un Linkage Segment
La prima invocazione di una procedura provoca una trap
Collegamento Dinamico (2)
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

La trap attiva il Dynamic Linker che alloca in memoria
virtuale la procedura chiamata e scrive l’indirizzo nel
linkage segment
Alla ripresa la chiamata viene eseguita regolarmente
Tutte le successive chiamate si svolgono normalmente
DLL (Dynamic Link Library)
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Soluzione adottata in ambiente Windows
Una DLL può contenere sia procedure che dati (es. librerie grafiche)
Più programmi condividono una DLL
Risparmio di memoria centrale e di massa
Semplicità di aggiornamento delle librerie
Implicit linking: il programma è collegato alla DLL tramite una tabella
(import library), le DLL necessarie sono caricate in memoria
Explicit linking: la DLL viene richiesta e caricata dinamicamente all’atto
della chiamata