Faculdade Católica Salesiana do Espírito Santo Prof. Otávio Massashi Mine Arquitetura de Computadores Sistemas de Informação – turma B (Noturno) Linguagem de Máquina, Linguagens de Programação, Compiladores (compilers (compilers), ), Interpretadores (interpreters), interpreters), Montadores (assemblers (assemblers), ), Ligadores (linkers (linkers)) e Carregadores (loaders ( loaders)) A única linguagem que o computador “entende” é a linguagem de máquina, que é representada por 0’s e 1’s. Pelo fato das linguagens de máquina serem muito distantes da linguagem natural, torna-se difícil para o ser humano comunicar sua vontade ao computador. Na prática, as pessoas não escrevem instruções diretamente na linguagem de máquina, máquina, mas em uma linguagem de programação, programação, com um nível de abstração mais alto. Algumas linguagens de programação se aproximam bastante da linguagem de máquina, como o assembly (linguagem de baixo nível). Os Montadores, Montadores, ou “assemblers”, montam um programa em linguagem de máquina a partir de sua versão em linguagem de montagem, ou linguagem “ assembly ” (opcode , número do registrador, números, etc.), convertendo-os convertendo-os para 0’s e 1’s. Tais programas, escritos em linguagem de máquina, são gravados em um arquivo com as instruções ordenadas e com os endereços indicados por elas, especificados como labels, já convertidos para números. Ações: Ações: 1) Acham um endereço inicial para o programa; p rograma; 2) Determinam o comprimento de cada instrução; 3) Precisam conhecer quantos operandos são requeridos para cada instrução; 4) Substituem todas as instruções e operandos pelos equivalentes binários; 5) Determinam as posições de memória, relativas ao programa, para os endereços simbólicos, e substituir tais endereços simbólicos pelos endereços binários; 6) Marcar todas as referências simbólicas não resolvidas; 7) Marcar os endereços simbólicos externamente referenciáveis; objeto, e em geral pode ser executado O arquivo gerado pelo montador é chamado de arquivo objeto, diretamente pelo computador. Ligadores ou “linkers” são programas especiais que recebem como entrada os arquivos objeto e geram como saída o programa final em linguagem de máquina. Ações: Ações: 1) Determinam as posições de memória para os trechos de código de cada módulo que compõe o programa sendo “linkado”; 2) Resolvem as referências entre os arquivos; 3) Procuram nas bibliotecas (libraries), indicadas pelo programador, as rotinas usadas nos fontes de cada segmento; 4) Indicam ao programador quais são os endereços simbólicos que não foram resolvidos (não tenham correspondente em nenhum segmento ou bibliotecas indicadas). Programas que tenham sido “linkados sem erros estão prontos para serem executados! ”
Carregadores (ou Loaders) são programas que fazem parte do Sistema Operacional usado para carregar os arquivos objeto para a memória. Para iniciar o execução de um programa, o carregador realiza as seguintes operações: 1) Determina o tamanho de todas as partes de um programa e aloca memória para todas elas 2) Copia as instruções e os dados para o trecho de memória separado 3) Inicializa os registradores do processador para valores apropriados 4) Salta para a primeira instrução do programa usando a instrução da máquina utilizada para chamada de procedimento (start )
Junto com essas linguagens foram desenvolvidos processos para transformar os códigos destas linguagens de alto nível em códigos de máquina. Tais processos são chamados de Compilação e Interpretação. Compiladores são programas que recebem como entrada arquivos texto contendo módulos escritos em linguagem de alto nível e geram como saída arquivos objeto correspondentes a cada módulo, ou, se todas as bibliotecas e módulos são apresentados como entrada, geram um programa executável diretamente. 1) Criamos um programa feito com a linguagem de alto nível L1. 2) Executamos um programa que transforma todas as instruções escritas em L1, nas instruções equivalentes em uma linguagem de baixo nível L0 (linguagem de máquina). 3) O processador então executa o programa feito totalmente em linguagem L0. Essa técnica é conhecida como compilação. A esse programa que transforma um programa escrito na linguagem L1 para a linguagem L0, chamamos de compilador. Assim, na compilação, o programa é todo traduzido de uma linguagem de mais alto nível para linguagem de máquina de uma só vez e é armazenado em linguagem de máquina para futuras execuções. São exemplos de linguagens de programação compiladas a linguagem C, C++, Delphi, Pascal... Interpretadores são programas que recebem como entrada arquivos texto contendo programas em linguagem assembly ou linguagem de alto nível. Estes percorrem os programas, a partir de seu ponto de entrada, executando cada comando. 1. Criamos um programa feito com a linguagem de alto nível L1. 2. Executamos um programa que transforma todas as instruções escritas em L1, nas instruções equivalentes em uma linguagem de baixo nível L0 (linguagem de máquina) e envia essas instruções para a execução. Essa técnica é conhecida como interpretação. A esse programa que transforma um programa escrito na linguagem L1 para a linguagem L0, chamamos de interpretador. Em linguagens interpretadas, o programa é executado à medida que é traduzido, linha a linha. Não existe um arquivo executável. Linguagens interpretadas também são chamadas de linguagens de script. Dentre as linguagens interpretadas podemos destacar Python, Pearl, JavaScript, Prolog, ... Máquinas Virtuais Uma máquina virtual é um programa que emula uma máquina e tem seu conjunto de instrução. A máquina virtual é executada sobre uma máquina real. Assim, o código escrito em uma linguagem L2 é compilado para a linguagem L1 entendido pela máquina virtual. A máquina virtual, por sua vez, interpreta linha a linha o código em L1 o transformando na linguagem da máquina real. Princípios básicos: Para aumentar a performance, as máquinas virtuais ao invés de interpretar linha a linha o código de L1 para L0 podem “compilar” blocos de uma só vez, de acordo com as necessidades. Essa técnica é chamada JIT (Just in time). A linguagem Java é o maior exemplo de linguagem que utiliza-se de máquinas virtuais (JVM). Atualmente as JVM utilizam-se da técnica JIT.
