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

9. Software de Sistema - Montadores

(capítulo 9 do livro texto)

Carregadores Montador

Compiladores

Sistema Operacional

(Gerenciador de Processador, Memória, E/S, etc)

Microprogramas Circuitos Físicos Ligadores Processador de Macro Depuradores Programas Utilitários Programas de Aplicação Usuário _Software Aplicativo Software de Sistema Hardware

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.

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

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

Montadores (Assemblers) – cont.

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;

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

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 10000 ; porta de status da interface RD: EQU 10002 ; porta de dados (saída)

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

: : : : : : : :

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 ; reserva 20 posições :

MOVE #3,AREA+5 ; acesso à área especificada

EQU - define rótulo

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

: : : :

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.

Tarefas de um Montador-cont.

exemplo de tradução por um montador (palavra de 16 bits) – Motorola 68000

END n : : : : 0000000000000100 28 0011000111000001 26 MOVE D1, C 5 0000000000000010 24 1101001000111000 22 LOOP: ADD B, D1 4 0000000000000000 20 0011001000111000 18 MOVE A,D1 3 0000000000000000 16 : : : : 0000000000000000 4 C: DS 7 2 0000000000010100 2 B: DW 20 1 0000000000001010 0 A: DW 10 0 Código Objeto End. Relativo Instrução N° comando

Tarefas de um Montador-cont.

exemplo de tradução por um montador (palavra de 16 bits) – Motorola 68000

END n : : : : 0000000000000100 28 0011000111000001 26 MOVE D1, C 5 0000000000000010 24 1101001000111000 22 LOOP: ADD B, D1 4 0000000000000000 20 0011001000111000 18 MOVE A,D1 3 0000000000000000 16 : : : : 0000000000000000 4 C: DS 7 2 00000000.00010100 2 B: DW 20 1 00000000.00001010 0 A: DW 10 0 Código Objeto End. Relativo Instrução N° comando _byte 0 , 1 2, 3 7 x 2 bytes end.A end.C end.B modo Abs. - Reg.

Código de máquina (68000)

0 0 x x y y y z z z y y y z z z

size op.destino op.fonte

MOVE A, D1

001

word=11

111

seguido do valor do rótulo A (seu endereço)

Na transparência 472: endereços 18 a 21

(em bytes)‏

end. 18

end. 20

modo

000

9.4 Estruturas de dados no processo de

montagem

Montador

(ASM)

P L M

T P I

T I M

P F

T S

Programa Fonte Programa em Linguagem de Máquina

Tabela de Símbolos

Tabela de Instruções de Máquina

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.

Estruturas de dados no processo de

montagem – cont.

Tabela de Instruções de Máquina – TIM – cont.

Exemplo de tabela TIM - TABELA DE INSTRUÇÕES DE MÁQUINA

: : : : RRTS 2 0100 1110 0111 0101 RTS RMOV 2 a 6 00xx ???????? ?????? MOVE : : : : Rotina de Tratamento de operandos Comprimento (bytes) Código de Operação Mnemônico

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).

Estruturas de dados no processo de

montagem – cont.

Tabela de Pseudo-Instruções – TPI – cont.

Exemplo de tabela TPI – Tabela de Pseudoinstruções

: : : : 4 DC.L : 2 DC.W : 1 DC.B RDW 2 DW RORG -ORG : : : Rotina de Tratamento Comprimento (bytes) Mnemônico

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)

0022 LOOP 0004 C 0002 B 0000 A Valor (em decimal) Símbolo

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

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;

não encontrou

O processo de montagem – cont.

CP ← 0 lê CP ← valor CP ← CP + L PASSO 2 L ← 0 busca TPI busca TIM L ← comprimento dos dados L ← comprimento da instrução guardar rótulo = CP na TS encontrou encontrou ORG EQU END DW DS não encontrou

Passo 1 – processar símbolos

O processo de montagem – cont.

Passo 2 – gerar códigos

CP ← 0 lê CP ← valor CP ← CP + L FIM busca TPI

busca TIM calcula / insere_constante L ← comprimento dos dados L ← comprimento da instrução processa C.O. processa operandos insere no PLM encontrou encontrou

ORG _{EQU END} DS

DW

não encontrou

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.

No Passo 2 o contador de posições CP é zerado e o programa fonte é lido novamente.

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).

PLM ASM PASSO 2 PASSO 1 TIM TPI CP _CP TS PF

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.

Exemplo – cont.

TIM - TABELA DE INSTRUÇÕES DE MÁQUINA

: : : : RDCR 1 30 DCR R0 RJMP 3 60 JNZ RHLT 1 00 HLT RMVI 2 21 MVI R1 RMOV 3 11 MOVE R0 Rotina de Tratamento de operandos Comprimento (bytes) Código de Operação (hexadecimal) Mnemônico (*)

Exemplo – cont.

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,R0 0101 0102 0103 VOLTA: DCR R0 0104 JNZ VOLTA 0105 0106 0107 MVI #11H,R1 0108 0109 HLT 010A DADO: DW 20H

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,R0 0101 0102 0103 VOLTA: DCR R0 0104 JNZ VOLTA 0105 0106 0107 MVI #11H,R1 0108 0109 HLT 010A DADO: DW 20H 010A DADO 0103 VOLTA 0100 START Valor Símbolo Tabela de Símbolos

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 101-102 e 105-106) :

Endereço PLM (em hexadecimal)

0100 11 0101 01 0102 0A 0103 30 0104 60 0105 01 0106 03 0107 21 0108 11 0109 00 010A 20

9.7 Exercícios