Un. VIII. Generación de Código Objeto 8.1 Lenguaje Máquina Es el que proporciona poca o ninguna abstracción del microprocesador de un ordenador. El lenguaje máquina solo es entendible por las computadoras. Se basa en una lógica binaria de 0 y 1, generalmente implementada por mecanismos eléctricos. En general el lenguaje maquina es difícil de entender para los humanos por este motivo hacemos uso de lenguajes más parecidos a los lenguajes naturales. 8.1.1 Características El lenguaje máquina realiza un conjunto de operaciones predeterminadas llamadas micro operaciones. Las micro operaciones sólo realizan operaciones del tipo aritmética (+,-,*,/), lógicas (AND, OR, NOT) y de control (secuencial, de control y repetitiva). El lenguaje maquina es dependiente del tipo de arquitectura. Así un programa máquina para una arquitectura Intel x86 no sé ejecutara en una arquitectura Power PC de IBM (al menos de manera nativa). Algunos microprocesadores implementan mas funcionalidades llamado CISC, pero son más lentos que los RISC ya que estos tienen registros más grandes. Ventajas Mayor adaptación al equipo. Máxima velocidad con mínimo uso de memoria. Desventajas Imposibilidad de escribir código independiente de la máquina. Mayor dificultad en la programación y en la comprensión de los programas. El programador debe conocer más de un centenar de instrucciones. Es necesario conocer en detalle la arquitectura de la máquina. 8.1.2 Direccionamiento Es la forma en cómo se accede a la memoria. Recordar que un programa no puede ejecutarse sino se encuentra en memoria principal. La forma de acceder a la memoria depende del microprocesador, pero en general existen dos tipos de direccionamiento: directo e indirecto. El direccionamiento directo también recibe el nombre de direccionamiento absoluto y el acceso a las direcciones se hace de manera directa.
El direccionamiento indirecto también recibe el nombre de direccionamiento relativo y se basa a partir de una dirección genérica, generalmente el inicio del programa. Para acceder a una dirección relativa se suma a la dirección base el número de espacios de memorias necesarias. El direccionamiento relativo hace a los programas relocalizables e independientes. Si la dirección base es el inicio de la memoria fija el direccionamiento pasa a ser un variante de direccionamiento absoluto. 8.2 Lenguaje Ensamblador El ensamblador (del inglés assembler) es un traductor de un código de bajo nivel a un código, ejecutable directamente por la máquina para la que se ha generado. 8.2.1 Características El programa lee un archivo escrito en lenguaje ensamblador y sustituye cada uno de los códigos mnemotécnicos por su equivalente código máquina. Los programas se hacen fácilmente portables de máquina a máquina y el cálculo de bifurcaciones se hace de manera fácil. Clasificación Ensambladores básicos: Son de muy bajo nivel, y su tarea consiste básicamente, en ofrecer nombres simbólicos a las distintas instrucciones, parámetros y cosas tales como los modos de direccionamiento. Ensambladores modulares, o macro ensambladores: Descendientes de los ensambladores básicos, fueron muy populares en las décadas de los 50 y los 60, fueron antes de la generalización de los lenguajes de alto nivel. Un macroinstrucción es el equivalente a una función en un lenguaje de alto nivel. 8.2.2 Almacenamiento Una de las principales ventajas del uso del ensamblador, es que se encarga de administrar de manera transparente para el usuario la creación de memoria, las bifurcaciones y el paso de parámetros. Además nos permite acceder directamente a los recursos de la máquina para un mejor desempeño.
8.3 Registros Los registros son la memoria principal de la computadora. Existen diversos registros de propósito general y otros de uso exclusivo. Algunos registros de propósito general son utilizados para cierto tipo de funciones. Existen registros acumuladores, puntero de instrucción, de pila, etc. 8.3.1 Distribución. La UCP o CPU tiene 14 registros internos, cada uno de ellos de 16 bits (una palabra). Los bits están enumerados de derecha a izquierda, de tal modo que el bit menos significativo es el bit 0. Los registros se pueden clasificar de la siguiente forma: Registros de datos: AX: Registro acumulador. Es el principal empleado en las operaciones aritméticas. BX: Registro base. Se usa para indicar un desplazamiento. CX: Registro contador. Se usa como contador en los bucles. DX: Registro de datos. También se usa en las operaciones aritméticas. Estos registros son de uso general y también pueden ser utilizados como registros de 8 bits, para utilizarlos como tales es necesario referirse a ellos como por ejemplo: AH y AL, que son los bytes alto (high) y bajo (low) del registro AX. Esta nomenclatura es aplicable también a los registros BX, CX y DX. Registros de segmentos: CS: Registro de segmento de código. Contiene la dirección de las instrucciones del programa. DS: Registro segmento de datos. Contiene la dirección del área de memoria donde se encuentran los datos del programa. SS: Registro segmento de pila. Contiene la dirección del segmento de pila. La pila es un espacio de memoria temporal que se usa para almacenar valores de 16 bits (palabras). ES: Registro segmento extra. Contiene la dirección del segmento extra. Se trata de un segmento de datos adicional que se utiliza para superar la limitación de los 64Kb del segmento de datos y para hacer transferencias de datos entre segmentos.
Registros punteros de pila: SP: Puntero de la pila. Contiene la dirección relativa al segmento de la pila. BP: Puntero base. Se utiliza para fijar el puntero de pila y así poder acceder a los elementos de la pila. Registros índices: SI: Índice fuente. DI: Índice destino. Puntero de instrucciones: IP: Registro puntero de instrucción o contador de programa (PC). Contiene el desplazamiento de la siguiente instrucción a ejecutar respecto al segmento de código en ejecución. Por lo tanto, la dirección completa de la siguiente instrucción sería CS:IP. La única forma de influir en este registro es de forma indirecta mediante instrucciones de bifurcación. Registro de banderas (flags): Cada bandera es un bit y se usa para registrar la información de estado y de control de las operaciones del microprocesador. Hay nueve banderas (los 7 bits restantes no se utilizan): Banderas de estado: Registran el estado del procesador, normalmente asociado a una comparación o a una instrucción aritmética. CF: Bandera de acareo. OF: Bandera de desbordamiento (aritmético). ZF: Bandera de resultado 0 o comparación igual. SF: Bandera de resultado o comparación negativa. PF: Bandera de paridad (número par de bits). AF: Bandera auxiliar. Indica si hay necesidad de ajuste en las operaciones aritméticas con números BCD. Banderas de control: DF: Bandera de dirección. Controla la dirección de las operaciones con cadenas de caracteres incrementando o decremento automáticamente los registros índices (SI y DI). IF: Bandera de interrupciones. Indica si están permitidas o no las interrupciones de los dispositivos externos. TF: Bandera de atrape. Controla la operación de modo paso a paso (usada por el programa DEBUG).
8.3.2 Asignación. La arquitectura de los procesadores x86 obliga al uso de segmentos de memoria para manejar la información, el tamaño de estos segmentos es de 64kb. La razón de ser de estos segmentos es que, considerando que el tamaño máximo de un número que puede manejar el procesador esta dado por una palabra de 16 bits o registro, no sería posible accesar a más de 65536 localidades de memoria utilizando uno solo de estos registros, ahora, si se divide la memoria de la pc en grupos o segmentos, cada uno de 65536 localidades, y utilizamos una dirección en un registro exclusivo para localizar cada segmento, y entonces cada dirección de una casilla específica la formamos con dos registros, nos es posible acceder a una cantidad de 4294967296 bytes de memoria, lo cual es, en la actualidad, más memoria de la que veremos instalada en una PC. Para que el ensamblador pueda manejar los datos es necesario que cada dato o instrucción se encuentren localizados en el área que corresponde a sus respectivos segmentos. El ensamblador accede a esta información tomando en cuenta la localización del segmento, dada por los registros DS, ES, SS y CS, y dentro de dicho registro la dirección del dato específico. Es por ello que cuando creamos un programa empleando el Debug en cada línea que vamos ensamblando aparece algo parecido a lo siguiente: 1CB0:0102 MOV AX, BX En donde el primer número, 1CB0, corresponde al segmento de memoria que se está utilizando, el segundo se refiere a la dirección dentro de dicho segmento, y a continuación aparecen las instrucciones que se almacenaran a partir de esa dirección. La forma de indicarle al ensamblador con cuales de los segmentos se va a trabajar es por medio de las directivas.code,.data y.stack. El ensamblador se encarga de ajustar el tamaño de los segmentos tomando como base el número de bytes que necesita cada instrucción que va ensamblando, ya que sería un desperdicio de memoria utilizar los segmentos completos. Por ejemplo, si un programa únicamente necesita 10kb para almacenar los datos, el segmento de datos únicamente será de 10kb y no de los 64kb que puede manejar.
8.4 Administración de memoria La administración de la memoria es un proceso hoy en día muy importante, de tal modo que su mal o buen uso tiene una acción directa sobre el desempeño de memoria. En general un ensamblador tiene un administrador de memoria más limitado que un compilador; en la mayoría de los lenguajes de programación el uso de punteros no estaba vigilado por lo que se tienen muchos problemas con el uso de memoria. Los lenguajes más recientes controlan el uso de punteros y tienen un programa denominado recolector de basura que se encarga de limpiar la memoria no utilizada mejorando el desempeño.