系統程式 第 4 章 -- 組譯器

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1. 第 4 章、組譯器 作者：陳鍾誠 旗標出版社
2. 第 4 章、組譯器  4.1 組譯器簡介  4.2 組譯器的演算法  4.3 完整的組譯範例  4.4 實務案例：處理器 IA32 上的 GNU 組譯器
3. 4.1 組譯器簡介  組譯器乃是將組合語言轉換為機器碼的工具。  組合語言  (組譯器)  目的檔 (或執行檔)  組譯器是組合語言程式師所使用的主要工具。
4. 組譯器的過程示意圖 MUL R5, R2, R2 ADD R1, R2, R5 ADD R2, R4, R2 15 52 20 00 13 12 50 00 13 24 20 00 組譯器 Assembler 組合語言 目的檔 圖 4.1 組譯器的過程示意圖
5. 簡單的組合語言程式
6. 組譯：將組合語言轉譯成目的碼
7. 組譯的原理 (絕對定址)
8. 組譯的原理 (相對於 PC 定址)
9. 二階段的組譯方式  (1). 運算元轉換：  將指令名稱轉換為機器語言  例如 LD 轉為00, ST 轉為01等  (2). 參數轉換：  將暫存器轉為代號，符號轉換成機器位址  例如 R1 轉為 1， A 轉為 000C，B 轉為 0010 等。  (3). 資料轉換：  將原始程式當中的資料常數轉換為內部的機器碼  例如 29 轉換為 001D。  (4). 目的碼產生：  根據指令格式, 轉換成目的碼, 輸出到目的檔中。 (1) (2) (3) (2)
10. 映像檔  映像檔：最簡單的目的碼  組合語言  (組譯器)  映像檔
11. as0 組譯器
12. 4.2 組譯器的演算法  第一階段  計算符號位址  第二階段  組譯指令與資料 資料結構：符號表
13. 第一階段 (計算符號位址)  1. 決定每一個指令所佔記憶空間 的大小  例如  決定 WORD、RESW 等指令所定 義的資料長度  決定 LD、ST 等指令所佔空間的大 小  2. 計算出程式當中每一行的位址。  3. 儲存每一個標籤與變數的位址  例如  變數 A 為 0x000C  變數 B 為 0x0010
14. 第二階段 (組譯指令與資料)  (1). 轉換指令OP欄位為機器碼  例如  LD 轉換為 00  ST 轉換為 01  (2). 轉換指令參數為機器碼  例如  R1轉換為 1  B 轉換為 000C  (3). 轉換資料定義指令為位元值  例如  WORD B 29 轉為 0000001D  (4). 產生目的碼並輸出到目的檔當 中 (1) (2) (2) (3)
15. 組譯器的資料結構  運算碼表 (Op Table)  儲存指令與代碼的配對表  通常使用雜湊表格  符號表 (Symbol Table)  儲存符號與位址的配對表  通常使用雜湊表格
16. 第一階段 (PASS1)  計算位址
17. 第二階段 (PASS2) – 主程式  指令轉為機器碼
18. 第二階段 (PASS2) – 指令轉換函數  根據指令類型  L 型  A 型  J 型  轉換成該型編碼
19. 4.3 完整的組譯範例  範例：陣列加總功能  功能  如右圖 C 語言所示  原始程式  如範例 4.7 所示  組譯結果  如範例 4.8 所示
20. 原始程式
21. 組譯結果  組譯報表  範例 4.8  符號表  圖 4.6  目的檔  範例 4.9
22. 4.4 實務案例： 處理器 IA32 上的 GNU 組譯器  as : GNU 的組譯器  -a 參數  讓 GNU 的 as 組譯器 產生組譯報表檔
23. GNU 的 組譯報表 指令長度不固定 範例 addl %eax, sum  010500000000 addl $1, %eax  83C001 符號表
24. 結語  對 IA32 的編碼方式有興趣的讀者，可以參考 Kip Irvine 的組合語言一書
25. 習題 1. 請說明組譯器的輸入、輸出與功能為何？ 2. 請說明組譯器第一階段 (PASS1) 的功能為何？ 3. 請說明組譯器第二階段 (PASS2) 的功能為何？ 4. 請說明組譯器當中的符號表之用途為何？ 5. 請說明組譯器當中的指令表之用途為何？ 6. 請仿照範例 4.4，使用本書第12章所實作的 as0 組譯器，組譯 Ex4_1.asm0 組合語 言檔，並仔細觀察其輸出結果。 7. 請閱讀本書第12章所附的 Assembler.c 與 Assembler.h 等C語言程式，並且對照本 章的演算法，以學習 CPU0 組譯器的實作方式。 8. 請按照4.4節的方法，操作 GNU 工具對組合語言進行組譯動作，並檢視組譯報表， 找出各個符號的位址。 9. 請於 http://kipirvine.com/asm/ 網站下載Kip Irvine 書籍組合語言程式範例，並以 Visual Studio 進行組譯與執行。