Применение программной модели.

Программная модель дает широкие и удобные возможности для набора и отладки учебных программ (к примеру, может быть возможен одновременный просмотр всех регистров, памяти, ввод команд в мнемонических обозначениях, ассемблирование команд и т. д.).

Применение программной модели дает значительную экономию времени и сил, за счет более удобной отладки и набора программы. Посредством разработанной программы студентам предоставляется возможность изучить различные способы адресации, систему команд и устройство MC 68300.

Примером программы, предложенной для обучения, может служить программа вычисления максимального элемента массива значений, размером в слово (WORD).

move #10,D0; задаёт размерность массива 10->DO

M1: move (a1),d1; загружает содержимое ячейки памяти по адр. А1->D1

movea d3,A2; загружает содержимое регистра D3->A2

move d1,d3; D3->D1

sub A2,D1;D1-A2->D1

SPL Met; если положительный результат, то переход на Met:

move a2,d3; A2-D3

Met: adda #2,a1; A1+2->A1

sub #1,D0;D0-1->D0

sne M1; если ненулевой результат, то переход на M1

move d3,d0; D3->D0.

Посредством наглядного интерфейса пользователь может просмотреть покомандно выполнение программы (так называемый режим трассировки), содержимое регистров и флагов и их изменение при выполнении команд. Существует также возможность быстрого выполнения команды, что обеспечивает возможность почти мгновенного получения результатов обработки.

Описание интерпретатора

При разработке программной модели этап лексической обработки текста исходной программы выделяется в отдельный этап работы компилятора, как с методическими целями, так и с целью сокращения общего времени компиляции программы. Последнее достигается за счет того, что исходная программа, представленная на входе компилятора в виде непрерывной последовательности символов, на этапе лексической обра­ботки преобразуется к некоторому стандартному виду, что облегчает дальней­ший анализ. При этом используются специализированные алгоритмы преобразования, теория и практика построения которых в литературе проработана доста­точно глубоко.

В дальнейшем под лексическим анализом будем понимать процесс предварительной обработки исходной программы, на котором основные лексические единицы
программы - лексемы: ключевые (служебные) слова, идентификаторы, метки, константы приводятся к единому формату и заменяются условными кода­ми или ссылками на соответствующие таблицы, а комментарии исключаются из текста программы.

Выходами лексического анализа являются поток образов лексем-дескрип­торов и таблицы, в последних хранятся значения выделенных в программе лексем.

Дескриптор — это пара вида: (<тип лексемы>, <указатель>),

где <тип лексемы> — это, как правило, числовой код класса лексемы, кото­рый означает, что лексема принадлежит одному из конечного множества клас­сов слов, выделенных в языке программирования;

<указатель> — это может быть либо начальный адрес области основной памяти, в которой хранится адрес этой лексемы, либо число, адресующее эле­мент таблицы, в которой хранится значение этой лексемы.

Количество классов лексем (т.е. различных видов слов) в языках програм­мирования может быть различным. Наиболее распространенными классами являются:

- идентификаторы;

- служебные (ключевые) слова;

- разделители;

- константы.

Все они присутствуют в данной программной модели.

Могут вводиться и другие классы. Это обусловлено в первую очередь той ролью, которую играют различные виды слов при написании исходной про­граммы и, соответственно, при переводе ее в машинную программу. При этом наиболее предпочтительным является разбиение всего множества слов, допус­каемого в языке программирования, на такие классы, которые бы не пересека­лись между собой. В этом случае лексический анализ можно выполнить более эффективно. В общем случае все выделяемые классы являются либо конечны­ми (ключевые слова, разделители и др.) — классы фиксированных для данного языка программирования слов, либо бесконечными или очень большими (иден­тификаторы, константы, метки) — классы переменных для данного языка про­граммирования слов.

С этих позиций коды образов лексем (дескрипторов) из конечных классов всегда одни и те же в различных программах для данного компилятора. Коды же образов лексем из бесконечных классов различны для разных программ и формируются каждый раз на этапе лексического анализа.

В ходе лексического анализа значения лексем из бесконечных классов помещаются в таблицы соответствующих классов. Конечность таблиц объясняет ограничения, существующие в языках программирования на длины (и соответственно число) используемых в программе идентифика­торов и констант. Необходимо отметить, что числовые константы перед помещением их в таблицу могут переводиться из внешнего символьного во внутреннее машинное представление. Содержимое таблиц, в особен­ности таблицы идентификаторов, в дальнейшем пополняется на этапе се­мантического анализа исходной программы и используется на этапе генерации объектной программы.

Первоначально в тексте исходной программы лексический анализатор вы­деляет последовательность символов, которая по его предположению должна быть словом в программе, т.е. лексемой. Может выделяться не вся последова­тельность, а только один символ, который считается началом лексемы. Это наиболее ответственная часть работы лексического анализатора. Пользователю необходимо учитывать, что метка (если она присутствует) начинается сначала строки (пробелы – если они есть – во внимание не принимаются), и от операций отделяется символом “: ”

Пример:

М: moveq #123,D1;

add D1,D2;

причём количество пробелов “: ”до, после “: ”, между операндами, между командой и операндами (и их наличие) может быть произвольным. Обязательной является “,” между приёмником и источником. В конце мнемоники команды в обязательном порядке должна стоять “;”, которая отделяет мнемокод от комментариев пользователя, которые интерпретатором игнорируются. В противном случае произойдёт выработка исключительной ситуации, о чём появится на экран соответствующее сообщение.

После этого проводится идентификация лексе­мы. Она заключается в сборке лексемы из символов, начиная с выделенного на предыдущем этапе, и проверки правильности записи лексемы данного класса.

Идентификация лексемы из конечного класса выполняется путем сравне­ния ее с эталонным значением. Основная проблема здесь — минимизация вре­мени поиска эталона. В общем случае может понадобиться полный перебор слов данного класса, в особенности для случая, когда выделенное для опозна­ния слово содержит ошибку. Уменьшить время поиска можно, используя раз­личные методы ускоренного поиска:

- метод линейного списка;

- метод упорядоченного списка;

- метод расстановки и другие.

Для идентификации лексем из бесконечных (очень больших) классов ис­пользуются специальные методы сборки лексем с одновременной проверкой правильности написания лексемы. При построении этих алгоритмов широко применяется формальный математический аппарат — теория регулярных язы­ков, грамматик и конечных распознавателей. В данном случае – время поиска не актуально, так как оно и так не высоко из-за не очень большого количества команд микропроцессора.

При успешной идентификации значение лексемы из бесконечного клас­са помещается в таблицу идентификации лексем данного класса. При этом необходимо предварительно проверить: не хранится ли там уже значение данной лексемы, т.е. необходимо проводить просмотр элементов табли­цы. Если ее там нет, то значение помещается в таблицу. При этом таблица должна допускать расширение. Опять же для уменьшения времени досту­па к элементам таблицы она должна быть специальным образом органи­зована, при этом должны использоваться специальные методы ускоренного поиска элементов.

После проведения успешной идентификации лексемы формируется ее об­раз — дескриптор, он помещается в выходной поток лексического анализато­ра. В случае неуспешной идентификации формируются сообщения об ошибках в написании слов программы.

В ходе лексического анализа осуществляются и другие виды лексичес­кого контроля, в частности, проверяется парность скобок, допустимость и правильность записи способов адресации.

Выходной поток с лексического анализатора в дальнейшем поступает на вход синтаксического анализатора. Имеется две возможности их связи:

- раздельная связь, при которой выход лексического анализатора формируется полностью и затем передается синтаксическому ана­лизатору;

- нераздельная связь, когда синтаксическому анализатору требуется очередной образ лексемы, он вызывает лексический анализатор, ко­торый генерирует требуемый дескриптор и возвращает управление синтаксическому анализатору.

Второй вариант характерен для однопроходных трансляторов, который и реализуется в данной модели. Таким об­разом, процесс лексического анализа может быть достаточно простым, но в смысле времени компиляции оказывается довольно долгим. Больше половины времени, затрачиваемого компилятором на ком­пиляцию, приходится на этап лексического анализа. Несмотря на это, данный способ позволяет успешно решать задачи, поставленные пользователем перед программой.

Заключение

Целью данной работы являлось изучение организации 32-разрядного микропроцессора фирмы Motorola. Данная цель была достигнута посредством написания программной модели данного микропроцессора.

В ходе работы большое внимание уделено функциональным особенностям объекта разработки, способам организации, системе команд, представлению исходных данных в различных системах исчисления. Данное программное изделие может быть использовано при обучении студентов. Наглядный интерфейс, простота в работе, широкие возможности позволяют лучше понять структуру микропроцессора. Объектно – ориентированные методы написания программной модели позволяют в дальнейшем усовершенствовать её структуру, превратив тем самым программную модель микропроцессора в программную модель микро ЭВМ.