34282083-ANALISIS-DISENO-Y-PROGRAMACION-DE-SISTEMAS.pdf

Autor: M.C. Norma Ramírez HernándezM.S.I Graciela Lara López

M.A.S.I. Salomón Eduardo Ibarra ChávezRevisor Técnico: Ing. Valentín Martínez López

Principio de funcionamiento del Software de Sistemas

ANÁLISIS,DISEÑO Y PROGRAMACIÓN

DE SISTEMAS


DE SISTEMASPrincipio de funcionamiento del Software de Sistemas

Autor: M.C. Norma Ramírez HernándezM.S.I Graciela Lara López

M.A.S.I. Salomón Eduardo Ibarra ChávezRevisor Técnico: Ing. Valentín Martínez López

Principio de funcionamiento del Software de Sistemas


DE SISTEMAS


DE SISTEMASPrincipio de funcionamiento del Software de Sistemas

9 789707 648036

ISBN 970764803-1

ANALISIS, DISEÑO Y PROGRAMACIÓN DE SISTEMAS

3

CONTENIDO

1 INTRODUCCIÓN 7

1. ESTRUCTURA DE LA COMPUTADORA 11

1.1. HISTORIA 11 1.1.1. 3000 AC – ÁBACO ‐ CHINA 11 1.1.2. SIGLO XVII – REGLA DE CÁLCULO – NAPIER, GUNTHER, PASCAL, LEIBNIZ 11 1.1.3. SIGLO XIX – MAQUINA DIFERENCIAL –BABBAGE, BYRON, JACQUARD (TARJETAS PERFORADAS) 12 1.1.4. 1944 –MARK I ‐ AIKEN 13 1.1.5. 1944 –ENIAC – ECKERT, MAUCHLY 14 1.1.6. 1946 –EDVAC – JOHN VON NEUMANN 14 1.2. GENERACIONES 16 1.2.1. GENERACIÓN 0 (1942 ‐ 1945) 16 1.2.2. PRIMERA GENERACIÓN (1951 ‐ 1958) 16 1.2.3. SEGUNDA GENERACIÓN (1959‐1954) 17 1.2.4. TERCERA GENERACIÓN (1964‐1971) 17 1.2.5. CUARTA GENERACIÓN (1972‐1984) 18 1.3. ARQUITECTURA DE LA COMPUTADORA 20 1.3.1. ARQUITECTURA DE JOHN VON NEUMANN 25 1.3.2. ARQUITECTURA DE HARVARD 34 1.4. ESTRUCTURA LÓGICA DEL PROCESADOR 37 1.4.1. LENGUAJE MÁQUINA 39 1.4.2. SISTEMAS DE NUMERACIÓN 41 1.5. CONJUNTO DE REGISTROS Y MODELO DE PROGRAMACIÓN 45 1.5.1. CONCEPTOS DE MODELO DE PROGRAMACIÓN 45 1.5.2. DIRECCIONAMIENTOS SIMPLES. (INHERENTE, INMEDIATO, DIRECTO Y EXTENDIDO) 51 1.5.3. DIRECCIONAMIENTO RELATIVO DE 8 BITS 53 1.5.4. DIRECCIONAMIENTO RELATIVO DE 16 BITS. 55 1.5.5. DIRECCIONAMIENTO INDEXADO. 56 1.5.6. OTROS DIRECCIONAMIENTOS. 58 1.5.6.1. RELATIVO DE 9 58 1.5.6.2. MÚLTIPLES 59 1.5.6.3. MÁSCARA 59 1.6. EJERCICIOS DE FIN DE CAPITULO 61

nrh

______________________________________________________________________________ Introducción/ Historia

4

2. ENSAMBLADORES 67

2.1. RELACIÓN ARQUITECTURA DE MÁQUINAS Y ENSAMBLADOR 67 2.1.1. CARACTERÍSTICAS DEPENDIENTES DE LA MAQUINA. 74 2.1.2. CARACTERÍSTICAS INDEPENDIENTES DE LA MAQUINA. 75 2.2. MODALIDADES DE ENSAMBLADO 81 2.3. TÉCNICAS DE ENSAMBLADO 87 2.3.1. ENSAMBLADOR DE UN PASO. 88 2.3.2. ENSAMBLADOR DE DOS O MÁS PASOS. 89 2.3.2.1. PRIMER PASO (TABSIM: TABLA DE SÍMBOLOS) 89 2.3.2.2. SEGUNDO PASO (S19) 91 2.4. GESTIÓN DE MEMORIA EN EL ENSAMBLADOR 93 2.5. DISEÑO Y PROGRAMACIÓN DEL ENSAMBLADOR DE DOS PASOS 101 2.5.1. ALGORITMO DE PROGRAMACIÓN 103 2.5.2. ALGORITMOS Y PSEUDOCÓDIGOS EJEMPLOS 108 2.5.3. FORMATO DE ARCHIVO OBJETO. 120 2.6. EJEMPLOS 121 2.7. FUNCIONAMIENTO DEL ENSAMBLADOR 127 2.8. EJERCICIOS DE FIN DE CAPITULO 129

3. CARGADOR ‐ LIGADOR 137

3.1. CLASES DE CARGADOR 137 3.1.1. LIGADO DINÁMICO 142 3.1.2. EJEMPLO DE CARGADOR CYBER 144 3.1.3. EJEMPLO DE EDITOR DE LIGADO 370 145 3.1.4. EJEMPLO DE EDITOR DE LIGADO VAX 145 3.2. RELACIÓN CARGADOR ‐ SISTEMA OPERATIVO 147 3.2.1. SISTEMAS OPERATIVOS 150 3.3. FUNCIONES DEL EDITOR DE ENLACE 151 3.4. PROBLEMA DE LIGAS DE OBJETOS Y MÉTODOS DE SOLUCIÓN 154 3.5. DISEÑO Y PROGRAMACIÓN DE UN CARGADOR 159 3.5.1. CARGADOR ABSOLUTO (EJEMPLO) 159 3.5.2. CARGADOR RE LOCALIZABLE (EJEMPLO) 160 3.6. EJERCICIOS DE FIN DE CAPITULO 164

4 MACROPROCESADORES 171

4.1. IMPORTANCIA TEÓRICA DE MACRO‐EXPRESIONES Y USOS DE UN MACRO‐PROCESADOR 176 4.1.1. CONCEPTOS CLAVE 179


5

4.2. MACROPROCESADORES CON ARGUMENTOS Y MACROPROCESADORES RECURSIVOS 181 4.3. INCORPORACIÓN DEL PROCESADOR DE MACROS AL ENSAMBLADOR 182 4.3.1. EJEMPLOS 183 4.4. EJERCICIOS DE FIN DE CAPITULO 185

5. ANEXOS 189

5.1. CODIGO ASCII 189 5.2. SECCIONES DEL MANUAL DE REFERENCIA DEL HC12 190 5.2.1. MODELO DE PROGRAMACION 190 5.2.2. MODOS DE DIRECCIONAMIENTO DEL HC12 191 5.2.3. TABLA DE OPERACIONES INDEXADAS 192 5.2.4. HOJA DE DATOS DE INSTRUCCIÓN 193 5.2.5. INSTRUCCIÓN ABREVIADA 193 5.3. TABLA INDICE 194 5.4. TABLA DE ILUSTRACIONES 196

6. REFERENCIAS 197


7

1 Introducción

EL OBJETIVO GENERAL DE ESTE TEXTO ES COMPRENDER, EN UN NIVEL OPERATIVO, LOS

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS COMPUTADORAS BASADAS EN EL MODELO DE VON

NEWMANN Y ARQUITECTURAS DE HARVARD. ENTENDER Y MANEJAR LAS DIVERSAS

MODALIDADES Y MECANISMOS DE ENSAMBLADO, CARGA, MACROPROCESAMIENTO Y EJECUCIÓN

DE PROGRAMAS, LOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS SON EXPRESADOS EN CADA MÓDULO DEL

CONTENIDO

Antes de entrar de lleno al contenido propio de la materia hay que aclarar que dicha

materia pertenece a la academia “SOFTWARE DE SISTEMAS”, pero ¿que significan estos

conceptos?, empecemos….

La informática es la ciencia que se

encarga de la automatización del manejo de

la información. La informática, por su rapidez

de crecimiento y expansión, ha venido

transformando rápidamente las sociedades

actuales. La computadora, a diferencia de

otras herramientas que en general apoyan el

esfuerzo físico de los humanos, fue inventada

para facilitar el trabajo intelectual.

El lenguaje de programación es el

medio de comunicación entre el hombre y la

máquina. Sistema de símbolos y reglas que

permite la construcción de programas con los

que la computadora puede operar así como

resolver problemas de manera eficaz. Estos

contienen un conjunto de instrucciones que

nos permiten realizar operaciones de entrada

/ salida, calculo, manipulación de textos,

lógica / comparación y almacenamiento /

recuperación. La programación tiene como

objetivo el tratamiento de la información

correctamente, con lo que se espera que un

programa de el resultado correcto y no uno

erróneo. Así que cada aplicación debe

funcionar según lo esperado en términos de

programación, esta pretende que sus

programas sean útiles y eficientes

Un sistema es un conjunto de

componentes que interaccionan entre si para

lograr un objetivo común. Las personas se

comunican con el lenguaje, que es un sistema

muy desarrollado formado por palabras y

símbolos que tienen significado que tienen

significado para el que habla y para quienes lo

escuchan, lo mismo es para las computadoras

las cuales tienen sistemas y se comunican por

medio de computadoras.

nrh

______________________________________________________________________________ Introducción/ Historia

8

La programación es el proceso de

convertir las especificaciones a grandes

rasgos de los sistemas en instrucciones de

máquina que produzcan los resultados

deseados.

Por lo tanto la Programación de

Sistemas se refiere a la creación de

programas cuya finalidad es servir a otros

programas (software): ejemplos:

Ensambladores, Cargadores y Ligadores,

Compiladores, Intérpretes.

El Software de Sistemas es el software que controla y coordina la operación del equipo

que existe en un sistema computacional. El tipo más importante de Software de Sistema es el

Sistema Operativo. Este supervisa y controla todas las actividades de entrada/salida y

procesamiento de un sistema de computación. Además todo el hardware y software se controla

por medio de un sistema operativo.

Llamamos Software de sistemas al conjunto de programas que se encargan de controlar el

funcionamiento de los programas que se ejecutan y de la gestión interna de los recursos físicos de

la computadora. Como es natural, el sistema operativo forma parte del software de sistema.

El Software es un conjunto de programas, documentos, procedimientos, y rutinas

asociados con la operación de un sistema de cómputo. Distinguiéndose de los componentes físicos

llamados hardware. El hardware por si solo no puede hacer nada, pues es necesario que exista el

software.

El software de manera general, podemos clasificarlo en:

Software de sistema: en

algunas ocasiones también

denominado software de base,

consiste en un software que

sirve para controlar e

interactuar con el sistema,

proporcionando control sobre

el hardware y dando soporte

a otros programas.

Software de aplicación: El

software de hoja de cálculo,

de diseño asistido por

computadoras (CAD), de

procesamiento de texto, de

manejo de Bases de Datos,

pertenece a esta categoría.

Software de uso general: este

ofrece la estructura para un

gran número de aplicaciones

empresariales, científicas y

personale; es decir, con

software y documentación

orientada a los usuarios


9

El trabajo de un programador de sistemas es seleccionar, modificar y mantener el complejo

software del sistema operativo. Por lo tanto, los programadores de sistemas desempeñan una

función de apoyo al mantener el ambiente del software del sistema operativo en el que trabajan

los programadores de aplicaciones y los operadores de las computadoras. También participan en

las decisiones relativas a reducciones o ampliaciones de hardware y/o software. Programación de

Sistemas Conceptos y Aplicaciones Se entiende por programación de sistemas el conjunto de

programas necesario para que una computadora de una imagen coherente y monolítica ante sus

usuarios. Es un área especializada dentro de las ciencias de la computación. Así, mediante la

programación de sistemas, no solo se manejan las computadoras por medio del lenguaje maquina

(0 y 1) sino por otros sistemas operativos, sin lo cual sería muy difícil la interacción con la maquina.


1. ESTRUCTURA DE LA COMPUTADORA

OBJETIVO: ENTENDER CON DETALLE LOS PROCESOS LOGICOS QUE SUCEDEN EN UNA

COMPUTADORA PARA QUE PUEDA EJECUTAR UN PROGRAMA EN LENGUAJE MAQUINA DE UNA

PLATAFORMA QUE YA ESTA DEFINIDA.

1.1. Historia Podemos definir a la computadora como un dispositivo electrónico capaz de recibir un

conjunto de instrucciones y ejecutarlas realizando cálculos sobre los datos numéricos, o

compilando y correlacionando otros tipos de información para obtener otro conjunto de datos o

información como respuesta. La informática, por su rapidez de crecimiento y expansión, ha venido

transformando rápidamente las sociedades actuales.

1.1.1. 3000 AC – ÁBACO CHINA Desarrollada por los chinos y utilizado por civilizaciones

griegas y romanas. Este dispositivo es muy sencillo, consta de un

marco rectangular de madera ensartado de varillas en las que se

desplazaban bolas agujereadas de izquierda a derecha. Al

desplazar las cuentas (bolas) sobre las varillas, sus posiciones

representan valores almacenados, y es mediante estas posiciones

que se representa y almacena datos. A este dispositivo no se le

puede llamar computadora pues carece de un elemento

fundamental: programa.

Ilustración 1 Abaco

1.1.2. Siglo XVII – REGLA DE CÁLCULO – NAPIER, GUNTHER, PASCAL, LEIBNIZ El creciente interés en Europa por la

astronomía y la navegación, impulsó a

simplificar los cálculos, en ese entonces se

encontraba en uso "la regla del cálculo",

calculadora basada en las invenciones de y

Napier, Gunther Bissaker.

En 1614, el escocés Napier había

anunciado el descubrimiento de los

logaritmos permitiendo que los resultados de

complicadas multiplicaciones se redujeran a

un proceso simple de suma; Edmund Gunther

se encarga de enmarcar los logaritmos de

Napier en líneas, por su parte Bissaker coloca

las líneas de ambos sobre un pedazo de

madera, creando de esta manera la regla del

cálculo.

11


45

1.5. Conjunto de registros y modelo de programación

1.5.1. Conceptos de modelo de programación

La arquitectura de un

microprocesador o de cualquier procesador

de computadora, se define por su conjunto de

instrucciones y por el modo en como éstas

acceden a los datos en memoria para su

procesamiento.

Las instrucciones que obedece un

microprocesador están codificadas como

dígitos binarios en su sistema de memoria.

Cada instrucción puede dividirse en uno o

más campos de bit´s. Todas las instrucciones

tienen un campo de código de operación

(COP), que define el propósito de la

instrucción. Además, la instrucción completa

puede tener campos para operandos o

direcciones de memoria que especifican en

donde están almacenados los datos. Lo

anterior delimita el concepto de "formato de

instrucción".

Las instrucciones por su complejidad

pueden ser sencillas o compuestas. Los

microprocesadores que ejecutan

instrucciones sencillas son los llamados RISC

(Reduced Instruction Set Computer), como

por ejemplo el PIC16C84 de MicroChip o el

propio Sparc de SUN y el PPC604 de

Motorola. Por otra parte tenemos a los

microprocesadores con instrucciones

compuestas, los CISC ( Complex Instruction

Set Computer ), como el 6809 de Motorola,

SIC/XE y la serie 80X86 de Intel. Existen

algunos procesadores híbridos muy eficientes

como los famosos K6, K6‐II y K6‐III de AMD.

En este punto se ve de acuerdo al manual de

referencia del dispositivo a tratar. Para

nuestro curso el microprocesador a ver será

el HC12.

El modelo de programación

representa la estructura de manipulación de

datos que soporta el conjunto de

instrucciones, usualmente compuesta por:

• Unidad aritmética y lógica

• Los registros de trabajo

• El registro de condiciones

• La memoria de datos

http://www.microchip.com/

http://www.amd.com/


67

2. ENSAMBLADORES

Objetivo: ENTENDER Y MANEJAR LOS DIFERENTES ESQUEMAS DE ENSAMBLADO. DISEÑAR UN

ENSAMBLADOR DE 2 PASOS.

2.1. Relación Arquitectura de máquinas y ensamblador La evolución de los sistemas comienza con un ENSAMBLADOR, se sigue con los

CARGADORES que es el modulo 3 para nuestro caso de estudio, MACROPROCESADORES que es el

modulo 4, COMPILADORES y SISTEMAS OPERATIVOS.

Al inicio de los tiempos, el

programador tenía que interpretar el

fundamento de la instrucción, se escribían

una serie de unos y ceros (lenguaje maquina)

y se grababan en la memoria del dispositivo,

entonces el dispositivo interpretaba como

esto como una instrucción. Los

programadores encontraban esta tarea (leer

o escribir en la memoria) muy lenta, así que

se introdujo el concepto de MNEMONICO,

que sustituye al conjunto de UNOS y CEROS,

y al conjunto de estos mnemónicos LENGUAJE

ENSAMBLADOR. La entrada de dicho

programa se le llama PROGRAMA FUENTE y a

la salida PROGRAMA OBJETO (que es la

traducción de dichas instrucciones a lenguaje

maquina.

Por lo tanto, los ensambladores son

programas que procesan los enunciados del

programa origen en lenguaje ensamblador y

los traducen en archivos en lenguaje máquina

que son ejecutados por un microprocesador o

un micro controlador, estos permiten que los

programas origen se escriban y se editen en

una computadora para generar un código

ejecutable en otra computadora. El archivo en

lenguaje objeto ejecutable resultante se carga

(CARGADOR) y se ejecuta en el sistema

destino.

Lenguaje ensamblador es el lenguaje

simbólico que se utiliza para codificar los

programas origen que se procesan por el

ensamblador es llamado lenguaje

ensamblador. Este lenguaje es una colección

de símbolos mnemónicos que representan:

operaciones (mnemónicos de instrucciones

para la máquina o de directrices para el

ensamblador), nombres simbólicos,

operadores y símbolos especiales. El lenguaje

ensamblador proporciona códigos de

operación de los mnemónicos para todas las

instrucciones de la máquina contenidas en la

lista de instrucciones.


69

.Ejemplos

Mnemónico C.o. Explicación Ejemplos de uso

NOP A7 No operación, incrementa el contador de

programa pero no hace nada Solo un uso: nop

Cpy Depende de su uso Compara el contenido del registro Y con

un valor especificado CPY 04

ABA 1806 Suma el contenido del acumulador a con

el b, el resultado queda en a Solo un uso: aba

Rola 45 Rota todos los bits del acumulador A

hacia la derecha Solo un uso: rola

LDAA Depende de su uso Carga al acumulador un valor

especificado

Ldaa #01, ldaa $01,

etc

Un ensamblador es un programa que traduce las instrucciones a lenguaje maquina, estos

deben ser escritos conforme a las especificaciones del ensamblador. Un programa consiste en

declaraciones (llamadas línea código) línea por línea. Su sintaxis es la siguiente: nombre del

campo, operacion del campo, operando del campo, sintaxis del campo, ejemplo:

ETIQUETA MNEMONICO Operando (S) COMENTARIO (antepone “;”) LDAA #5 ;carga al registro A un 5 Num1: JMP $10 ;salto incondicional a la dirección 10

Campo de Etiquetas: esta puede aparecer

por si sola en una línea. El ensamblador

interpreta esto como "establece el valor

de la etiqueta igual al valor actual del

contador de programa (PC)". El campo de

etiquetas aparece como el primer campo

dentro de un enunciado origen. El campo

de etiquetas puede adoptar cualquiera de

las siguientes formas:

o Un asterisco ( * ) como el primer

carácter en el campo de etiquetas

indica que el resto del enunciado

origen es un comentario. Los

comentarios son ignorados por el

ensamblador e impresos en el

listado origen solamente como

información de programación.

o Un espacio de carácter en blanco

(TAB o espacio) como primer


75

direccionamientos, no todos son

aplicables a los micros.

MNEMONICO: las

instrucciones aunque en concepto

podrían ser las mismas, se enuncian

de diferente manera, es decir:

Función MN HC12 MN HC08

Cargo al acumulador A LDAA LDA

Compara al acumulador A CMPA CMP

….. y así podríamos seguir enumerando encontrando las características que hacen exclusivo al

micro.

2.1.2. Características Independientes de la maquina.

Las características independientes de la máquina son aquellas relacionadas más bien con

el tipo de implementación del programa y sus estructuras de datos que con la máquina objeto.

DIRECTIVAS: También existen las llamadas DIRECTIVAS o PSEUDOINSTRUCCIONES, las

cuales especifican acciones auxiliares que se llevan a cabo por el ensamblador.

PERIFERICOS: todo dispositivo que será controlado por el micro

ARCHIVOS AUXILIARES: *.LST, *.OBJ, *.S19, *.TABSIM, etc, dependiendo del algoritmo con

que se trabaje

…. De igual manera podríamos seguir numerando características globales para los micros

DIRECTIVAS: Las directivas de ensamblador controlan acciones auxiliares que se realizan

durante el proceso de ensamblado, tales como reservar posiciones de memoria, inicializar

posiciones de memoria a un determinado valor, definir etiquetas, indicar el inicio y el final del

nrh

______________________________________________________________________________ ENSAMBLADORES/ Relación Arquitectura de máquinas y ensamblador

76

programa, o definir macros. Las directivas no son traducibles a código máquina. Nota: las

directivas NO tienen código maquina.

ORG Especificar el punto en el cual se comienza a ensamblar una sección de código. Esta directiva debe utilizarse siempre antes de comenzar a declarar código o zonas de memoria.

END Especifica el fin de un archivo en código fuente ensamblador. Esta directiva deber ser incluida obligatoriamente al final de cada archivo. Cualquier expresión declarada después de esta directiva será ignorada.

START Especificación del comienzo de una sección de código ensamblado a dirección $0. Equ Sustituye un identificador por una cadena de texto previamente especificada en

cualquier parte del programa por el valor declarado. Esto permite una gran versatilidad a la hora de declarar constantes y posiciones de memoria de especial interés para el programador.

contloc LINEA DE PROGRAMA COP E1 EQU $800 ORG $4000

4000 JMP E1 06 0800 END

DC.B

Las directivas DB y DW permiten declarar o reservar zonas de memoria, tanto para valores numéricos como para cadenas de texto. Estas directivas poseen una amplia sintaxis que permite una gran flexibilidad a la hora de definir áreas de memoria. Los elementos definidos mediante las directivas DB y DW deben ir separados por comas. Para reservar espacio en la memoria sin especificar un valor concreto, se puede emplear el signo de interrogación. La especificación de cadenas de texto debe hacerse mediante la expresión literal de la cadena entre comillas.

DC.W

contloc LINEA DE PROGRAMA COP ORG $4000

4000 DC.B 00 4001 DC.W 00 00 4003 DC.B 15 0F 4004 DC.B 20,21,22 14 15 16 4007 DC.B ‘H 48 4008 DC.W ‘H 0048 400A DC.B ‘H, ‘O, ‘L, ‘A 48 4F 4C 41


101

2.5. Diseño y programación del ensamblador de dos pasos Los lenguajes son sistemas de

comunicación. Un lenguaje de programación

consiste en todos los símbolos, caracteres y

reglas de uso que permiten a las personas

"comunicarse" con las computadoras.

Existen por lo menos varios cientos de

lenguajes y dialectos de programación

diferentes. Algunos se crean para una

aplicación especial, mientras que otros son

herramientas de uso general más flexibles

que son apropiadas para muchos tipos de

aplicaciones. En todo caso los lenguajes de

programación deben tener instrucciones que

pertenecen a las categorías ya familiares de

entrada/salida, cálculo/manipulación de

textos, lógica / comparación y

almacenamiento / recuperación.

Los lenguajes de programación se

dividen en 4 principales paradigmas:

imperativo, funcional, orientado a objetos y

lógico.

Para la creación de un programa es

necesario seguir cinco pasos:

1. Diseño del algoritmo: se plantea el

problema a resolver y se propone la

mejor solución, creando diagramas

esquemáticos utilizados para el

mejor planteamiento de la solución.

2. Codificación del mismo: consiste en

escribir el programa en algún

lenguaje de programación; en este

caso específico en ensamblador,

tomando como base la solución

propuesta en el paso anterior.

3. Traducción a lenguaje máquina, es

la creación del programa objeto, esto

es, el programa escrito como una

secuencia de ceros y unos que pueda

ser interpretado por el procesador.

4. La prueba del programa: verificar

que el programa funcione sin

errores, o sea, que haga lo que tiene

que hacer.

5. Depuración La última etapa es la

eliminación de las fallas detectadas

en el programa durante la fase de

prueba . La corrección de una falla

normalmente requiere la repetición

de los pasos comenzando desde el

primero o el segundo.

Un algoritmo es una serie de pasos

lógicos para realizar una acción, programa o

tarea ya que es el primer paso para realizar

un programa. Los algoritmos se pueden

expresar por fórmulas, diagramas de flujo, y

pseudocódigos. Los algoritmos tienen

ciertas características que son:

nrh

______________________________________________________________________________ ENSAMBLADORES/ Diseño y programación del ensamblador de dos pasos

106

Ilustración 23 Diagrama de flujo de un Ensamblador de 2 pasos PASO 1


107

Ilustración 24 Diagrama de flujo de un Ensamblador de 2 pasos PASO 2

nrh

______________________________________________________________________________ ENSAMBLADORES/ Diseño y programación del ensamblador de dos pasos

120

2.5.3. Formato de Archivo objeto. Un archivo de salida de Motorola es un archivo tipo ASCII, Motorola maneja 3 tipos:

S19 para direccionamiento de 16 bits



Estos archivos son una opcional tabla de información, con datos específicos para ser

cargados en memoria:

Modulo de registro este es opcional, contiene el nombre del modulo.

Registro de símbolos en caso de ser necesario un símbolo re‐calculable.

Registro de encabezado S0

Registro de dato

o S1 (2 bytes) dato

o S2 (3 bytes) dato

o S3 (4 bytes) dato

Registro de término

o S7 archivo de 32 bits de dirección



Recordemos que este es solo un formato para el cargador del simulador, para facilitar la

vida del programador, lo único exacto y sin varianza deberá ser el COP resultante. Para nuestro

caso del HC12 de Motorola el formato de salida será un S19 con las siguientes características:

TIPO

DE DATO

NUMER

O DE

DATO

S A LO

LARG

O DE LA

FILA,

REPR

ESEN

TADO

POR 1 BY

TE

DIREC

CION DEL

DATO

(2 BYTES)

DATO

(

el ta

maño es

variable)

checksum

S0 S1 . S1 S9

ORDEN DE CALCULO COMO SIGUE 1 4 2 3 5


123

2. Mediante el algoritmo de 2 pasos, obtenga el formato de salida S19, del siguiente

programa en lenguaje ensamblador:

1.asm

ORG $4000

JMP INI

INI JMP ‐4,Y

JMP 4,‐Y

JMP 40,Y

ORG $4012

JMP ‐40,Y

JMP A,Y

END

PASO 1, SE RESEVA LOCALIDADES DE MEMORIA

Y SE GENERA LA TABSIM EN SU CASO

PASO 2: SE OBTIENE EL COP Y SE GENERA EL

FORMATO DE SALIDA S19

Eje1.asm

contloc Cop ORG $4000

4000 06 hh ll JMP INI

4003 05 xb INI JMP ‐4,Y

4005 05 xb JMP 4,‐Y

4007 05 xb ff JMP 40,Y

400ª ORG $4012

4012 05 xb ff JMP ‐40,Y

4015 05 xb JMP A,Y

4017 END

Eje1.asm

contloc cop ORG $4000

4000 06 4003 JMP INI

4003 05 5C INI JMP ‐4,Y

4005 05 6C JMP 4,‐Y

4007 05 E8 28 JMP 40,Y

400A ORG $4012

4012 05 E9 D8 JMP ‐40,Y

4015 05 EC JMP A,Y

4017 END

4000 El código “hhll” se sustituye por el por el valor de la variable que se encuentra declarada

en la tabla de simbolos

4003 El código “xb” se sustituye de acuerdo al modulo anterior (1.6.5 Modo de

direccionamiento indexado) por la formula: rr0nnnnn, donde:

1=31 (ascii, hexadecimal) ver anexos

Retorno de carro=13H

TABSIM

INI=$4003

nrh

______________________________________________________________________________ ENSAMBLADORES/ EJEMPLOS

124

r r 0 n n n n n

y ‐4

0 1 1 1 1 0 0

5 C

4005 El código “xb” se sustituye de acuerdo al modulo anterior (1.6.5 Modo de

direccionamiento indexado) por la formula: rr1pnnnn, donde p=posición del signo pre=0,

mientras que el signo del registro (para cuestiones de cálculo se toma para el

desplazamiento:

r r 1 p n n n n

y ‐4

0 1 0 1 1 0 0

6 C

4007 De igual manera que las anteriores: xb se sustituye por 111rr0zs, donde z es el tamaño del

operador, siendo 0 cuando su tamaño es de 1 byte, y s representa el signo del operador,

siendo s=0 cuando este es positivo, por lo tanto el operador 40 es la variable ff

1 1 1 r r 0 z S

y 1 BYTE POSITIVO

0 1 0 0

E 8

4012 Es el mismo formato anterior, solo que aquí el operador es negativo asi que nos resultara

s=1, por lo tanto el COP resultante para ‐40,y seria E9 D8.

400D Ahora el 1er operador es el registro interno “A”, por lo tanto les como sigue:

1 1 1 r r 1 a a

y A

0 1 0 0

E C


125

FORMATO DE SALIDA S19 “1.s19”

S0 04 0000 31 CA

S1 0D 4000 0640003 055C 056C 05E828 83

S1 05 4012 05E9D8 05EC

S9 03 4017 A5


137

3. CARGADOR LIGADOR

Objetivo: ENTENDER EL FUNCIONAMIENTO DE LOS ESQUEMAS MAS IMPORTANTES DE LA CARGA

Y LIGA DE MODULOS OBJETO.

3.1. Clases de cargador En informática, un cargador es la parte de

un sistema operativo que es responsable de

cargar programas en memoria. El cargador es

usualmente una parte del núcleo del sistema

operativo y es cargado al iniciar el sistema y

permanece en memoria hasta que el sistema

es reiniciado o apagado. Algunos sistemas

operativos que tienen un núcleo paginable

pueden tener el cargador en una parte

paginable de la memoria, entonces a veces el

cargador intercambia de memoria.

Los sistemas operativos que soportan

la carga de programas tienen cargadores.

Algunos sistemas operativos empotrados de

computadoras altamente especializadas

corren un único programa y no existen

capacidades de carga de programas, por lo

tanto no usan cargadores. Ejemplos de estos

sistemas embebidos se encuentran en

equipos de audio para automóviles. En los

sistemas Unix, el cargador es el manejador

para la llamada del sistema execve(). Algunas

computadoras necesitan cargadores

relocalizables, los cuales ajustan direcciones

de memoria (punteros) en un ejecutable para

compensar las variaciones en la cual la

memoria disponible de la aplicación empieza.

Las computadoras que necesitan de los

cargadores relocalizables son aquellos en los

cuales los punteros son direcciones absolutas

en vez de compensaciones de direcciones

base del programa. Un ejemplo muy conocido

está en los mainframes IMB Sistema 360 y sus

descendientes, incluyendo la serie de los

sistemas Z9. Los ligadores dinámicos son otro

tipo de cargador que carga y liga librerías

dinámicas (como dll's).

Muchos cargadores permiten al usuario

especificar opciones que modificar el

procesamiento estándar descrito. Algunas

veces existe un archivo independiente de

entrada al cargador que contiene esas

proposiciones de control o esas mismas

proposiciones también pueden estar

intercaladas en el flujo primario de entrada

entre los programas objeto. En ciertos

sistemas el programador puede incluso

introducir proposiciones de control del

cargador en el programa fuente, y el


159

3.5. Diseño y programación de un Cargador Algoritmo de cargador

1. colocar un programa objeto en la memoria

2. Iniciar su ejecución.

3. Si tenemos un cargador que no necesita realizar las funciones de ligado y

relocalización de programas, su operación es simple pues todas las funciones se

realizan en un solo paso.

4. Se revisa el registro de encabezamiento para comprobar si se ha presentado el

programa correcto para la carga (entrando en la memoria disponible).

5. A medida que lee cada registro de texto, el código objeto que contiene pasa a

dirección de la memoria indicada.

6. Cuando se encuentra el registro de fin, el cargador salta a la dirección especificada

para iniciar la ejecución del programa cargado.

3.5.1. Cargador absoluto (ejemplo) Hay dos aspectos del programa

cargador que requieren una mayor

explicación: la variable dir_byte y el campo

dir_ini. El proceso de carga absoluta del

siguiente cargador es: La variable dir_byte

que se declara como apuntador a un carácter

o sea es la dirección de un carácter. Es

razonable suponer que se almacena un

carácter usando un byte de memoria y que,

por consiguiente, la variable dir_byte

contiene la dirección de un byte de memoria.

Inicialmente, esta variable se asigna igual a la

constante DIR_CARGA.En cada iteración del

lazo while, a la posición de memoria

identificada por dir_byte se le asigna el

siguiente byte del archivo ejecutable; después

se incrementa en uno el valor de dir_byte. De

esta manera, el contenido del archivo

ejecutable se copia a posiciones consecutivas

de la memoria a partir de DIR_CARGA.

/***definir la estructura del registro encabezado***/

struct enc_ejec

{unsigned int dir_ini;

/* las otras partes del encabezado del archivo ejecutable */

http://www.monografias.com/trabajos7/regi/regi.shtml


171

4 MACROPROCESADORES

Objetivo: Entender el funcionamiento de las diversas modalidades del macro procesamiento.

Con el fin de evitar al programador la

tediosa repetición de partes idénticas de un

programa, los ensambladores y compiladores

cuentan con macro procesadores que

permiten definir una abreviatura para

representar una parte de un programa y

utilizar esa abreviatura cuantas veces sea

necesario. Para utilizar una macro, primero

hay que declararla. En la declaración se

establece el nombre que se le dará a la macro

y el conjunto de instrucciones que

representará.

El programador escribirá el nombre

de la macro en cada uno de los lugares donde

se requiera la aplicación de las instrucciones

por ella representadas. La declaración se

realiza una sola vez, pero la utilización o

invocación a la macro (macrollamada) puede

hacerse cuantas veces sea necesario. La

utilización de macros posibilita la reducción

del tamaño del código fuente, aunque el

código objeto tiende a ser mayor que cuando

se utilizan funciones.

El Macro‐ensamblador es un

ensamblador modular, descendiente de los

ensambladores básicos. Hacen todo lo que

puede hacer un ensamblador, y además

proporcionan una serie de Directivas para

definir y ejecutar macro instrucciones (o

simplemente, Macros). Cuando ejecutamos a

una "macro", ésta se expande al cuerpo que

hayamos definido.

Es tan común el empleo de

macroinstrucciones se les considera como

una extensión de los lenguajes. De manera

similar se considera al procesador de

macroinstrucciones o macroprocesador como

una extensión del ensamblador o compilador

utilizado. El macroprocesador se encarga, en

una primera pasada, de registrar todas las

declaraciones de macros y de rastrear el

programa fuente para detectar todas las

macrollamadas. En cada lugar donde

encuentre una macro llamada, el macro

procesador hará la sustitución por las

instrucciones correspondientes. A este

proceso de sustitución se le denomina

expansión de la macro. El macroprocesador

elabora tablas para el manejo de las macros:

Tabla de nombres de macros: consiste en

los nombres de las macros y un índice que

le permite localizar la definición de la


175

Reserva de localidades de memoria con una Macro

Reserva de localidades de memoria con una Rutina

… como se puede apreciar, el tamaño del COP resultante es mayor el de la Macro que el de la Rutina, a su vez la Macro tiene menor tiempo de ejecución.

M1 MACRO

1ER PA

SO

M1 MACRO LDAA [1,X] LDAA [1,X] LDAA [2,X] LDAA [2,X] LDAA [3,X] LDAA [3,X] LDAA [4,X] LDAA [4,X] ENDM ENDM ORG $4000 ORG $4000 M1 4000 M1 ET1 JMP ET1 4010 06 hh ll ET1 JMP ET1 M1 4013 M1 END 4023 END

ORG $4000

ORG $4000 JSR M1 4000 16 hhll JSR M1 ET1 JMP ET1 4003 06 hhll ET1 JMP ET1 JSR M1 4006 16 hhll JSR M1 JMP FIN 4009 06 hhll JMP FIN M1 LDAA [1,X] 400C 05 xb eeff M1 LDAA [1,X] LDAA [2,X] 4010 05 xb eeff LDAA [2,X] LDAA [3,X] 4014 05 xb eeff LDAA [3,X] LDAA [4,X] 4018 05 xb eeff LDAA [4,X] RTS 401C 3D RTS FIN END 401D FIN END

nrh

______________________________________________________________________________ MACROPROCESADORES/ Importancia teórica de macro‐expresiones y usos de un macro‐

procesador

176

4.1. Importancia teórica de macroexpresiones y usos de un macroprocesador

Un macroinstrucción (abreviado

frecuentemente como macro), no es más que

una conveniencia notaciones para el

programador. Una macro representa un

grupo de proposiciones utilizadas

comúnmente en el lenguaje de programación

fuente, para el caso, ensamblador. El

procesador de macros reemplaza cada

macroinstrucción con el grupo

correspondiente de proposiciones del

lenguaje fuente, lo que se denomina

expansión de macros. Por todo lo anterior, las

macroinstrucciones permiten al programador

escribir una versión abreviada de un

programa, dejando que el procesador de

macros maneje los detalles internos. Las

funciones básicas de un procesador de

macros son:

Sustitución de líneas de código por una

referencia simbólica.

Calcular las direcciones efectivas de las

referencias.

Expansión de las referencias en un

archivo intermedio.

El procesador de macros, como puede

verse, no intenta ningún análisis ni traducción

a código objeto del programa fuente, más

bien parece que el procesador hace que

aumente el tamaño de éste. Esto es un

elemento clave para el programador, pues el

uso indiscriminado de macros puede hacer

que el tamaño del código objeto sea enorme

y poco práctico, al contrario de las llamadas a

subrutinas.

Claro que también se paga un precio

alto por el empleo de las llamadas, pues se

pierde tiempo importante en la gestión de la

pila, donde usualmente se pasan los

parámetros. El macroprocesador requiere

tres estructuras de datos para su exitosa

operación.

La tabla de nombres de macros

(TABNOM).

La tabla de código de macros (TABDEF).

La tabla de argumentos (TABARG).

Ahí se guarda toda la información

pertinente a las macros, mientras el

ensamblador analiza la expansión y hace la


183

4.3.1. Ejemplos

1. MEDIANTE EL ALGORITMO DE 2 PASOS, OBENGA EL FORMATO DE SALIDA DEL SIGUIENTE PROGRAMA EN LENGUAJE ENSAMBLADOR, TOME EN CUENTA QUE EL RETORNO DE CARRO ES 13H.

M1 MACRO

1ER PA

SO

M1 MACRO TABSIM LDAA [1,X] LDAA [1,X] ET1 = 4010 LDAA [2,X] LDAA [2,X] LDAA [3,X] LDAA [3,X] TABNOM LDAA [4,X] LDAA [4,X] M1 ENDM ENDM ORG $4000 ORG $4000 TABDEF M1 4000 M1 A6E30001 ET1 JMP ET1 4010 06 hh ll ET1 JMP ET1 A6E30002 M1 4013 M1 A6E30003 END 4023 END A6E30004 …. Recuerda el concepto de expansión? La MACRO, se expansiona y se ve reflejada en el formato de salida S19. PD. He omitido el nombre del archivo, por cuestiones prácticas pero, definitivamente es un dato requerido.

S0 S1 13 4000 A6E30001 A6E30002 A6E30003 A6E30004 7E S1 13 4010 06 40 10 A6E30001 A6E30002 A6E30003 A6 FF S1 06 4020 E30004 B2 S9 03 4023 D9

nrh

______________________________________________________________________________ MACROPROCESADORES/ Incorporación del procesador de macros al ensamblador

184

2. MEDIANTE EL ALGORITMO DE 2 PASOS, OBENGA EL FORMATO DE SALIDA DEL SIGUIENTE PROGRAMA EN LENGUAJE ENSAMBLADOR, TOME EN CUENTA QUE EL RETORNO DE CARRO ES 13H. ESTE EJERCICIO DENOTA EL USO DE LA DIRECTIVA “LOCAL”

M1 MACRO

1ER PA

SO

M1 MACRO TABSIM E1 LOCAL E1 LOCAL E1 = 4000,400A, JMP E1 JMP E1 E2 = 4008 JMP E2 JMP E2 TABNOM LDAA #1 LDAA #1 M1 ENDM ENDM ORG $4000 ORG $4000 TABDEF M1 4000 M1 06 hh ll E2 LDAA #2 4008 86 ii E2 LDAA #2 06 hh ll M1 400A M1 86 ii END 4012 END …. Recuerda el concepto de expansión? La MACRO, se expansiona y se ve reflejada en el formato de salida S19. PD. He omitido el nombre del archivo, por cuestiones prácticas pero, definitivamente es un dato requerido.

S0 S1 13 4000 06 4000 06 4008 86 01 86 02 06 400A 06 4008 6B S1 05 4010 86 01 23 S9 03 4012 AA NOTA:

La 1er parte (06 4000 06 4008 86 01) pertenece a la 1er llamada a la macro (la que se encuentra en la localidad 4000, la 2da llamada a la macro es aquel código mostrado en letra cursiva (06 400A 06 4008 86 01).


189

5. ANEXOS

5.1. CODIGO ASCII El código ASCII (acrónimo inglés de American Standard Code for Information Interchange — Código Estadounidense Estándar para el Intercambio de Información), pronunciado generalmente [áski], es un código de caracteres basado en el alfabeto latino tal como se usa en inglés moderno y en otras lenguas occidentales. Fue creado en 1963 por el Comité Estadounidense de Estándares (ASA, conocido desde 1969 como el Instituto Estadounidense de Estándares Nacionales, o ANSI) como una refundición o evolución de los conjuntos de códigos utilizados entonces en telegrafía. Más tarde, en 1967, se incluyeron las minúsculas, y se redefinieron algunos códigos de control para formar el código conocido como US‐ASCII.

El código ASCII define una relación entre caracteres específicos y secuencias de bits; además de reservar unos cuantos códigos de control para el procesador de textos, y no define ningún mecanismo para describir la estructura o la apariencia del texto en un documento; estos asuntos están especificados por otros lenguajes como los lenguajes de etiquetas.

ASCII

Hex

Símbolo

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS

TAB LF VT FF CR SO SI

ASCII

Hex

Símbolo

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1A 1B 1C 1D 1E 1F

DLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM

SUB ESC FS GS RS US

ASCII

Hex

Símbolo

32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 2A 2B 2C 2D 2E 2F

(espacio)! " # $ % & ' ( ) * + , - . /

ASCII

Hex

Símbolo

48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 3A 3B 3C 3D 3E 3F

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 : ; < = > ?

ASCII

Hex

Símbolo

64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79

40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F

@ A B C D E F G H I J K L M N O

ASCII

Hex

Símbolo

80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95

50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 5A 5B 5C 5D 5E 5F

P Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^ _

ASCII

Hex

Símbolo

96 97 98 99

100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111

60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 6A 6B 6C 6D 6E 6F

` a b c d e f g h i j k l

m n o

ASCII

Hex

Símbolo

112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127

70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 7A 7B 7C 7D 7E 7F

p q r s t u v w x y z { | } ~

nrh

______________________________________________________________________________ ANEXOS/ SECCIONES DEL MANUAL DE REFERENCIA DEL HC12

190

Ilustración 29 Tabla ASCII

5.2. SECCIONES DEL MANUAL DE REFERENCIA DEL HC12

5.2.1. MODELO DE PROGRAMACION El modelo de programación de cualquier dispositivo lo obtenemos del mismo proveedor, quien nos lo hace saber por medio de su manual de referencia.


191

5.2.2. MODOS DE DIRECCIONAMIENTO DEL HC12

Ilustración 30 Tabla de modos de direccionamiento del HC12

nrh

______________________________________________________________________________ ANEXOS/ SECCIONES DEL MANUAL DE REFERENCIA DEL HC12

5.2.3. TABLA DE OPERACIONES INDEXADAS

Ilustración 31 Formulario indexados

192


193

5.2.4. HOJA DE DATOS DE INSTRUCCIÓN

5.2.5. INSTRUCCIÓN ABREVIADA

nrh

______________________________________________________________________________ ANEXOS/ TABLA DE ILUSTRACIONES

196

5.4. TABLA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1 Abaco ______________________________________________________________________ 11 Ilustración 2 Maquina de Pascal ____________________________________________________________ 12 Ilustración 3 Maquina diferencial ___________________________________________________________ 13 Ilustración 4 Tarjetas perforadas ___________________________________________________________ 13 Ilustración 5 MARK I _____________________________________________________________________ 14 Ilustración 6 ENIAC ______________________________________________________________________ 14 Ilustración 7 JOHNN VON NEUMANN _______________________________________________________ 15 Ilustración 8 EDVAC _____________________________________________________________________ 15 Ilustración 9 Abstracción de la computadora __________________________________________________ 20 Ilustración 10 Diagrama a bloques de un CPU simple ___________________________________________ 27 Ilustración 11 Memoria __________________________________________________________________ 29 Ilustración 12 Esquema de Arquitectura Von Neumann _________________________________________ 34 Ilustración 13 Esquema de la Arquitectura Harvard ____________________________________________ 35 Ilustración 14 Modos de direccionamiento aplicables al HC12 ____________________________________ 50 Ilustración 15 Formulario indexados ________________________________________________________ 57 Ilustración 16 Registro de segmento ________________________________________________________ 82 Ilustración 17 Jerarquía de memorias _______________________________________________________ 97 Ilustración 18 Asignación de direcciones en compilación ________________________________________ 97 Ilustración 19 Asignación de direcciones en carga ______________________________________________ 98 Ilustración 20 Asignación de dirección en ejecución ____________________________________________ 98 Ilustración 21 Espacios de memoria lógicos y físicos ____________________________________________ 99 Ilustración 22 Solapamiento en ensamblador ________________________________________________ 100 Ilustración 23 Diagrama de flujo de un Ensamblador de 2 pasos PASO 1 ___________________________ 106 Ilustración 24 Diagrama de flujo de un Ensamblador de 2 pasos PASO 2 ___________________________ 107 Ilustración 25 Ligador ___________________________________________________________________ 151 Ilustración 26 Editor de ligado ____________________________________________________________ 152 Ilustración 27 Problema de liga de objetos __________________________________________________ 154 Ilustración 28 Cargado y llamada de una subrutina (ligado dinámico) _____________________________ 157 Ilustración 29 Tabla ASCII ________________________________________________________________ 190 Ilustración 30 Tabla de modos de direccionamiento del HC12 ___________________________________ 191 Ilustración 31 Formulario indexados _______________________________________________________ 192


197

6. REFERENCIAS

Bibliografía

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The Intel Microprocessors 8086/8088, 80186/80188, 80286, 80386, 80486, Pentium, and Pentium Pro Processor Architecture, Programming, and Inter‐ facing

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Manuales técnicos de microcomputadores comerciales, HC11, PIC´s, HC08, etc

Microprocesadores avanzados de Intel Barry Brey, Prentice‐Hall Software de Sistema Beck, Leland,.Addison‐Wesley Diseño de Programación de Sistemas Norma Ramírez Hernández ‐ 2008 www.n‐ramirez.com

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