Programas de ordenador (software)

Transcripción

1 Programas de ordenador (software) Jorge Juan Chico Julián Viejo Cortés 2011, 2014, 2015 Departamento de Tecnología Electrónica Universidad de Sevilla Usted es libre de copiar, distribuir y comunicar públicamente la obra y de hacer obras derivadas siempre que se cite la fuente y se respeten las condiciones de la licencia Attribution-Share alike de Creative Commons. Puede consultar el texto completo de la licencia en

2 Objetivos Conocer el tipo de instrucciones que ejecuta la CPU de un ordenador Comprender los procesos de compilación y ensamblado de los programas de ordenador Conocer la forma en que se organiza el software para crear programas complejos 2

3 Contenidos Lenguaje máquina y ensamblador Compiladores Jerarquía del software 3

4 Lenguaje máquina y ensamblador Lenguaje (código) máquina: código binario de las instrucciones que ejecuta la CPU Lenguaje ensamblador: representación del lenguaje máquina mediante palabras clave fáciles de entender para el programador Ensamblador mov eax, 4 mov ebx, 0 mov ecx, x top: add ebx, [ecx] add ecx, 4 dec eax jnz top done: mov [sum], ebx Código máquina b0 b804 b5 bb ba b9d060 bf c2 83c104 c5 ffc8 c7 75f6 c9 891c25e060 4

5 Lenguaje ensamblador Ejemplo ; ejemplo introductorio; suma los números de de una lista SECTION.data ; comienzo del segmento de de datos global x x: x: dd dd 1 dd dd 5 dd dd 2 dd dd sum: dd dd 0 SECTION.text ; comienzo del segmento de de código mov eax, 4 ; EAX servirá de de contador para el el ; número de de datos que quedan por por sumar mov ebx, 0 ; EBX almacenará la la suma mov ecx, x ; ECX apunta al al siguiente elemento ; a sumar top: add ebx, [ecx] add ecx, 4 ; mueve el el puntero al al siguiente elemento dec eax ; decrementa el el contador jnz top ; si si el el contador no no es es 0, 0, repetir done: mov [sum], ebx ; hecho, almacena el el resultado en en [sum] 5

6 Compiladores suma2.c #include <stdio.h> int int main(void) int int x[] x[] = 1, 1, 5, 5, 2, 2, 18; 18; int int cont cont = 4; 4; int int sum sum = 0; 0; int int i = 0; 0; while while (cont (cont > 0) 0) sum sum = sum sum + x[i]; x[i]; i++; i++; cont--; printf("sum = %d\n", sum); sum); Compilador suma2.o 0: 0: 8d 8d 4c 4c lea lea ecx,[esp+4] ecx,[esp+4] 4: 4: e4 e4 f0 f0 and and esp,0xfffffff0 esp,0xfffffff0 7: 7: ff ff fc fc push push DWORD DWORD PTR PTR [ecx-4] [ecx-4] a: a: push push ebp ebp b: b: e5 e5 mov mov ebp,esp ebp,esp d: d: push push ecx ecx e: e: ec ec sub sub esp,0x34 esp,0x34 11: 11: c7 c e0 e mov mov DWORD DWORD PTR PTR [ebp-32],0x1 [ebp-32],0x1 18: 18: c7 c e4 e mov mov DWORD DWORD PTR PTR [ebp-28],0x5 [ebp-28],0x5 1f: 1f: c7 c e8 e mov mov DWORD DWORD PTR PTR [ebp-24],0x2 [ebp-24],0x2 26: 26: c7 c ec ec mov mov DWORD DWORD PTR PTR [ebp-20],0x12 [ebp-20],0x12 2d: 2d: c7 c f0 f mov mov DWORD DWORD PTR PTR [ebp-16],0x4 [ebp-16],0x4 34: 34: c7 c f4 f4 mov mov DWORD DWORD PTR PTR [ebp-12],0x0 [ebp-12],0x0 3b: 3b: c7 c f8 f8 mov mov DWORD DWORD PTR PTR [ebp-8],0x0 [ebp-8],0x0 42: 42: eb eb jmp jmp <main+0x54> <main+0x54> 44: 44: 8b 8b f8 f8 mov mov eax,dword eax,dword PTR PTR [ebp-8] [ebp-8] 47: 47: 8b 8b e0 e0 mov mov eax,dword eax,dword PTR PTR [ebp+eax*4-32] [ebp+eax*4-32] 4b: 4b: f4 f4 add add DWORD DWORD PTR PTR [ebp-12],eax [ebp-12],eax 4e: 4e: ff ff f8 f8 inc inc DWORD DWORD PTR PTR [ebp-8] [ebp-8] 51: 51: ff ff 4d 4d f0 f0 dec dec DWORD DWORD PTR PTR [ebp-16] [ebp-16] 54: 54: d 7d f0 f0 cmp cmp DWORD DWORD PTR PTR [ebp-16],0x0 [ebp-16],0x0 58: 58: 7f 7f ea ea jg jg <main+0x44> <main+0x44> 5a: 5a: 8b 8b f4 f4 mov mov eax,dword eax,dword PTR PTR [ebp-12] [ebp-12] 5d: 5d: mov mov DWORD DWORD PTR PTR [esp+4],eax [esp+4],eax 61: 61: c7 c mov mov DWORD DWORD PTR PTR [esp],0x0 [esp],0x0 68: 68: e8 e8 fc fc ff ff ff ff ff ff call call <main+0x69> <main+0x69> 6d: 6d: c4 c add add esp,0x34 esp,0x34 70: 70: pop pop ecx ecx 71: 71: 5d 5d pop pop ebp ebp 72: 72: 8d 8d fc fc lea lea esp,[ecx-4] esp,[ecx-4] 75: 75: c3 c3 ret ret 9

7 Compiladores. Enlazado #include #include <stdio.h> <stdio.h> int int main(void) main(void) int int x[] x[] = 1, 1, 5, 5, 2, 2, 18; 18; int int cont cont = 4; 4; int int sum sum = 0; 0; int int i = 0; 0; while while (cont (cont > 0) 0) sum sum = sum sum + x[i]; x[i]; i++; i++; cont--; cont--; printf("sum printf("sum = %d\n", %d\n", sum); sum); Interpretan un lenguaje de programación de alto nivel y generan código máquina que puede ejecutar la CPU Compilador biblioteca (printf,...) suma.o Enlazador suma 10

8 Compilación. Comparativa mov mov eax, eax, 4 mov mov ebx, ebx, 0 mov mov ecx, ecx, x top: top: add add ebx, ebx, [ecx] add add ecx, ecx, 4 dec dec eax eax jnz jnz top top done: done: mov mov [sum], ebx ebx #include #include <stdio.h> <stdio.h> int int main(void) main(void) int int x[] x[] = 1, 1, 5, 5, 2, 2, 18; 18; int int cont cont = 4; 4; int int sum sum = 0; 0; int int i = 0; 0; while while (cont (cont > 0) 0) sum sum = sum sum + x[i]; x[i]; i++; i++; cont--; cont--; printf("sum = %d\n", %d\n", sum); sum); 0: 0: 8d 8d 4c 4c lea lea ecx,[esp+4] ecx,[esp+4] 4: 4: e4 e4 f0 f0 and and esp,0xfffffff0 esp,0xfffffff0 7: 7: ff ff fc fc push push DWORD DWORD PTR PTR [ecx-4] [ecx-4] a: a: push push ebp ebp b: b: e5 e5 mov mov ebp,esp ebp,esp d: d: push push ecx ecx e: e: ec ec sub sub esp,0x34 esp,0x34 11: 11: c7 c e0 e mov mov DWORD DWORD PTR PTR [ebp-32],0x1 [ebp-32],0x1 18: 18: c7 c e4 e mov mov DWORD DWORD PTR PTR [ebp-28],0x5 [ebp-28],0x5 1f: 1f: c7 c e8 e mov mov DWORD DWORD PTR PTR [ebp-24],0x2 [ebp-24],0x2 26: 26: c7 c ec ec mov mov DWORD DWORD PTR PTR [ebp-20],0x12 [ebp-20],0x12 2d: 2d: c7 c f0 f mov mov DWORD DWORD PTR PTR [ebp-16],0x4 [ebp-16],0x4 34: 34: c7 c f4 f4 mov mov DWORD DWORD PTR PTR [ebp-12],0x0 [ebp-12],0x0 3b: 3b: c7 c f8 f8 mov mov DWORD DWORD PTR PTR [ebp-8],0x0 [ebp-8],0x0 42: 42: eb eb jmp jmp <main+0x54> <main+0x54> 44: 44: 8b 8b f8 f8 mov mov eax,dword eax,dword PTR PTR [ebp-8] [ebp-8] 47: 47: 8b 8b e0 e0 mov mov eax,dword eax,dword PTR PTR [ebp+eax*4-32] [ebp+eax*4-32] 4b: 4b: f4 f4 add add DWORD DWORD PTR PTR [ebp-12],eax [ebp-12],eax 4e: 4e: ff ff f8 f8 inc inc DWORD DWORD PTR PTR [ebp-8] [ebp-8] 51: 51: ff ff 4d 4d f0 f0 dec dec DWORD DWORD PTR PTR [ebp-16] [ebp-16] 54: 54: d 7d f0 f0 cmp cmp DWORD DWORD PTR PTR [ebp-16],0x0 [ebp-16],0x0 58: 58: 7f 7f ea ea jg jg <main+0x44> <main+0x44> 5a: 5a: 8b 8b f4 f4 mov mov eax,dword eax,dword PTR PTR [ebp-12] [ebp-12] 5d: 5d: mov mov DWORD DWORD PTR PTR [esp+4],eax [esp+4],eax 61: 61: c7 c mov mov DWORD DWORD PTR PTR [esp],0x0 [esp],0x0 68: 68: e8 e8 fc fc ff ff ff ff ff ff call call <main+0x69> <main+0x69> 6d: 6d: c4 c add add esp,0x34 esp,0x34 70: 70: pop pop ecx ecx 71: 71: 5d 5d pop pop ebp ebp 72: 72: 8d 8d fc fc lea lea esp,[ecx-4] esp,[ecx-4] 75: 75: c3 c3 ret ret 11

9 Jerarquía del software Sin S.O. (stand-alone) Con S.O. App1 App2 App3 Aplicación (programa) Sistema Operativo Hardware Hardware 12

10 Jerarquía del software aplicaciones utilidades bibliotecas kernel S.O. hardware 13