Programas de ordenador (software)

Programas de ordenador
(software)
Jorge Juan Chico <jjchico@dte.us.es>, Julián Viejo Cortés <julian@dte.us.es> 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 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/
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
Contenidos
●
●
●
Lenguaje máquina y ensamblador
Compiladores
Jerarquía del software
3
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
mov
mov
mov
mov
mov
top:
top: add
add
add
add
dec
dec
jnz
jnz
done:
done: mov
mov
eax,
eax, 44
ebx,
ebx, 00
ecx,
ecx, xx
ebx,
ebx, [ecx]
[ecx]
ecx,
ecx, 44
eax
eax
top
top
[sum],
[sum], ebx
ebx
Código máquina
000000b0
000000b0
000000b5
000000b5
000000ba
000000ba
000000bf
000000bf
000000c2
000000c2
000000c5
000000c5
000000c7
000000c7
000000c9
000000c9
b804000000
b804000000
bb00000000
bb00000000
b9d0006000
b9d0006000
670319
670319
83c104
83c104
ffc8
ffc8
75f6
75f6
891c25e0006000
891c25e0006000
4
Lenguaje ensamblador
Ejemplo
;; ejemplo
ejemplo introductorio;
introductorio; suma
suma los
los números
números de
de una
una lista
lista
SECTION
SECTION .data
.data
global
global xx
x:
x:
dd
dd
dd
dd
dd
dd
dd
dd
sum:
sum:
dd
dd
;; comienzo
comienzo del
del segmento
segmento de
de datos
datos
11
55
22
18
18
00
SECTION
SECTION .text
.text
mov
mov eax,
eax, 44
mov
mov ebx,
ebx, 00
mov
mov ecx,
ecx, xx
top:
top: add
add
add
add
dec
dec
jnz
jnz
done:
mov
done: mov
ebx,
ebx, [ecx]
[ecx]
ecx,
4
ecx, 4
eax
eax
top
top
[sum],
[sum], ebx
ebx
;; comienzo
comienzo del
del segmento
segmento de
de código
código
;;
;;
;;
;;
;;
EAX
EAX servirá
servirá de
de contador
contador para
para el
el
número
de
datos
que
quedan
por
número de datos que quedan por sumar
sumar
EBX
almacenará
la
suma
EBX almacenará la suma
ECX
ECX apunta
apunta al
al siguiente
siguiente elemento
elemento
aa sumar
sumar
;;
;;
;;
;;
mueve
mueve el
el puntero
puntero al
al siguiente
siguiente elemento
elemento
decrementa
el
contador
decrementa el contador
si
si el
el contador
contador no
no es
es 0,
0, repetir
repetir
hecho,
almacena
el
resultado
hecho, almacena el resultado en
en [sum]
[sum]
http://heather.cs.ucdavis.edu/~matloff/50/LinuxAssembly.html
5
Compiladores
suma2.c
#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
cont
=
4;
int cont = 4;
int
int sum
sum == 0;
0;
int
i
=
0;
int i = 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);
}}
Compilador
suma2.o
0:
0:
4:
4:
7:
7:
a:
a:
b:
b:
d:
d:
e:
e:
11:
11:
18:
18:
1f:
1f:
26:
26:
2d:
2d:
34:
34:
3b:
3b:
42:
42:
44:
44:
47:
47:
4b:
4b:
4e:
4e:
51:
51:
54:
54:
58:
58:
5a:
5a:
5d:
5d:
61:
61:
68:
68:
6d:
6d:
70:
70:
71:
71:
72:
72:
75:
75:
8d
8d 4c
4c 24
24 04
04
83
e4
f0
83 e4 f0
ff
ff 71
71 fc
fc
55
55
89
89 e5
e5
51
51
83
83 ec
ec 34
34
c7
45
c7 45 e0
e0 01
01 00
00 00
00 00
00
c7
c7 45
45 e4
e4 05
05 00
00 00
00 00
00
c7
c7 45
45 e8
e8 02
02 00
00 00
00 00
00
c7
c7 45
45 ec
ec 12
12 00
00 00
00 00
00
c7
c7 45
45 f0
f0 04
04 00
00 00
00 00
00
c7
c7 45
45 f4
f4 00
00 00
00 00
00 00
00
c7
c7 45
45 f8
f8 00
00 00
00 00
00 00
00
eb
eb 10
10
8b
8b 45
45 f8
f8
8b
44
8b 44 85
85 e0
e0
01
45
f4
01 45 f4
ff
ff 45
45 f8
f8
ff
4d
ff 4d f0
f0
83
83 7d
7d f0
f0 00
00
7f
ea
7f ea
8b
8b 45
45 f4
f4
89
44
89 44 24
24 04
04
c7
04
24
c7 04 24 00
00 00
00 00
00 00
00
e8
e8 fc
fc ff
ff ff
ff ff
ff
83
83 c4
c4 34
34
59
59
5d
5d
8d
8d 61
61 fc
fc
c3
c3
lea
lea
and
and
push
push
push
push
mov
mov
push
push
sub
sub
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
jmp
jmp
mov
mov
mov
mov
add
add
inc
inc
dec
dec
cmp
cmp
jg
jg
mov
mov
mov
mov
mov
mov
call
call
add
add
pop
pop
pop
pop
lea
lea
ret
ret
ecx,[esp+4]
ecx,[esp+4]
esp,0xfffffff0
esp,0xfffffff0
DWORD
DWORD PTR
PTR [ecx-4]
[ecx-4]
ebp
ebp
ebp,esp
ebp,esp
ecx
ecx
esp,0x34
esp,0x34
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-32],0x1
[ebp-32],0x1
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-28],0x5
[ebp-28],0x5
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-24],0x2
[ebp-24],0x2
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-20],0x12
[ebp-20],0x12
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-16],0x4
[ebp-16],0x4
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-12],0x0
[ebp-12],0x0
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-8],0x0
[ebp-8],0x0
54
54 <main+0x54>
<main+0x54>
eax,DWORD
eax,DWORD PTR
PTR [ebp-8]
[ebp-8]
eax,DWORD
PTR
eax,DWORD PTR [ebp+eax*4-32]
[ebp+eax*4-32]
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-12],eax
[ebp-12],eax
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-8]
[ebp-8]
DWORD
PTR
DWORD PTR [ebp-16]
[ebp-16]
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-16],0x0
[ebp-16],0x0
44
44 <main+0x44>
<main+0x44>
eax,DWORD
eax,DWORD PTR
PTR [ebp-12]
[ebp-12]
DWORD
PTR
[esp+4],eax
DWORD PTR [esp+4],eax
DWORD
DWORD PTR
PTR [esp],0x0
[esp],0x0
69
69 <main+0x69>
<main+0x69>
esp,0x34
esp,0x34
ecx
ecx
ebp
ebp
esp,[ecx-4]
esp,[ecx-4]
9
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
cont
=
4;
int cont = 4;
int
int sum
sum == 0;
0;
int
i
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);
}}
Compilador
suma.o
●
Interpretan un lenguaje de
programación de alto nivel y
generan código máquina que
puede ejecutar la CPU
biblioteca
(printf, ...)
Enlazador
suma
10
Compilación. Comparativa
mov
mov eax,
eax, 44
mov
mov ebx,
ebx, 00
mov
ecx,
mov ecx, xx
top:
top: add
add ebx,
ebx, [ecx]
[ecx]
add
ecx,
add ecx, 44
dec
dec eax
eax
jnz
jnz top
top
done:
done: mov
mov [sum],
[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
cont
=
4;
int cont = 4;
int
int sum
sum == 0;
0;
int
i
=
0;
int i = 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);
}}
0:
0:
4:
4:
7:
7:
a:
a:
b:
b:
d:
d:
e:
e:
11:
11:
18:
18:
1f:
1f:
26:
26:
2d:
2d:
34:
34:
3b:
3b:
42:
42:
44:
44:
47:
47:
4b:
4b:
4e:
4e:
51:
51:
54:
54:
58:
58:
5a:
5a:
5d:
5d:
61:
61:
68:
68:
6d:
6d:
70:
70:
71:
71:
72:
72:
75:
75:
8d
8d 4c
4c 24
24 04
04
83
e4
f0
83 e4 f0
ff
ff 71
71 fc
fc
55
55
89
89 e5
e5
51
51
83
83 ec
ec 34
34
c7
45
c7 45 e0
e0 01
01 00
00 00
00 00
00
c7
45
e4
05
00
00
c7 45 e4 05 00 00 00
00
c7
c7 45
45 e8
e8 02
02 00
00 00
00 00
00
c7
c7 45
45 ec
ec 12
12 00
00 00
00 00
00
c7
c7 45
45 f0
f0 04
04 00
00 00
00 00
00
c7
c7 45
45 f4
f4 00
00 00
00 00
00 00
00
c7
c7 45
45 f8
f8 00
00 00
00 00
00 00
00
eb
eb 10
10
8b
8b 45
45 f8
f8
8b
44
8b 44 85
85 e0
e0
01
45
f4
01 45 f4
ff
ff 45
45 f8
f8
ff
4d
ff 4d f0
f0
83
83 7d
7d f0
f0 00
00
7f
ea
7f ea
8b
8b 45
45 f4
f4
89
44
89 44 24
24 04
04
c7
04
24
c7 04 24 00
00 00
00 00
00 00
00
e8
fc
ff
ff
ff
e8 fc ff ff ff
83
83 c4
c4 34
34
59
59
5d
5d
8d
8d 61
61 fc
fc
c3
c3
lea
lea
and
and
push
push
push
push
mov
mov
push
push
sub
sub
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
mov
jmp
jmp
mov
mov
mov
mov
add
add
inc
inc
dec
dec
cmp
cmp
jg
jg
mov
mov
mov
mov
mov
mov
call
call
add
add
pop
pop
pop
pop
lea
lea
ret
ret
ecx,[esp+4]
ecx,[esp+4]
esp,0xfffffff0
esp,0xfffffff0
DWORD
DWORD PTR
PTR [ecx-4]
[ecx-4]
ebp
ebp
ebp,esp
ebp,esp
ecx
ecx
esp,0x34
esp,0x34
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-32],0x1
[ebp-32],0x1
DWORD
PTR
DWORD PTR [ebp-28],0x5
[ebp-28],0x5
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-24],0x2
[ebp-24],0x2
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-20],0x12
[ebp-20],0x12
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-16],0x4
[ebp-16],0x4
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-12],0x0
[ebp-12],0x0
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-8],0x0
[ebp-8],0x0
54
54 <main+0x54>
<main+0x54>
eax,DWORD
eax,DWORD PTR
PTR [ebp-8]
[ebp-8]
eax,DWORD
PTR
eax,DWORD PTR [ebp+eax*4-32]
[ebp+eax*4-32]
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-12],eax
[ebp-12],eax
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-8]
[ebp-8]
DWORD
PTR
DWORD PTR [ebp-16]
[ebp-16]
DWORD
DWORD PTR
PTR [ebp-16],0x0
[ebp-16],0x0
44
44 <main+0x44>
<main+0x44>
eax,DWORD
eax,DWORD PTR
PTR [ebp-12]
[ebp-12]
DWORD
PTR
[esp+4],eax
DWORD PTR [esp+4],eax
DWORD
DWORD PTR
PTR [esp],0x0
[esp],0x0
69
<main+0x69>
69 <main+0x69>
esp,0x34
esp,0x34
ecx
ecx
ebp
ebp
esp,[ecx-4]
esp,[ecx-4]
11
Jerarquía del software
Sin S.O. (stand-alone)
Con S.O.
App1
App1
App2
App2
App3
App3
Aplicación
Aplicación (programa)
(programa)
Sistema
Sistema Operativo
Operativo
Hardware
Hardware
Hardware
Hardware
12
Jerarquía del software
aplicaciones
utilidades
bibliotecas
kernel
S.O.
hardware
13