UD 3.2d: Linguaggi di
programmazione
Bibliografia
Curtin (vecchie edizioni): 12.2
Curtin (IV edizione): 11.2
Questi lucidi
Ma che cos’è un programma?
E’ un insieme di istruzioni
E’ una procedura o meglio un algoritmo che
viene eseguito dalla macchina le permette di
portare a termine le operazioni che le abbiamo
richiesto
Il programma per essere comprensibile deve
dare istruzioni o fare dichiarazioni usando un
linguaggio che la macchina possa capire
I linguaggi di programmazione
Possono essere più vicini al modo di pensare del
programmatore o a “quello” della macchina
Sono scritti in una lingua coerente e priva di
ambiguità
Comprenderne i principi è semplice, ma diventare
un bravo programmatore lo è meno
Maggiore è la distanza del linguaggio dal
linguaggio macchina e la vicinanza al linguaggio
naturale, più “alto” sarà il “livello” del linguaggio
I “livelli” dei linguaggi
Linguaggi ad altissimo livello (dichiarativi): si dice
al computer cosa si vuole senza specificare come
deve fare per operare (es.: SQL, Lisp, Prolog, ecc.)
Linguaggi ad alto livello: più vicini al nostro modo di
comprendere e impostare problemi, più facili da
imparare e da trasferire e da ‘portare’ su un altro
computer (es.: Pascal, Java, C++, Visualbasic, ecc.)
Linguaggi a basso livello: vicini al linguaggio
macchina e all’architettura fisica del computer (es.:
Assembler)
Linguaggio macchina: usa solo 0 e 1 ed è
comprensibile direttamente dall’hardware, ma molto
difficile per l’uomo
I “livelli” dei linguaggi
I “livelli” dei linguaggi
Linguaggio macchina
stringhe di bit corrispondenti ad istruzioni, operandi,
etichette ed indirizzi di memoria.
Strettamente legato alla macchina.
Persone in grado di manipolare simboli (parole) più
che sequenze di cifre
Linguaggio assembler
Rappresentazione simbolica del linguaggio
macchina, più comprensibile perché usa simboli
invece di bit.
Linguaggi di alto livello
Linguaggio simile a quello naturale, il programmatore
si astrae dai dettagli della macchina.
I “livelli” dei linguaggi
int main(int argc, char *argv[])
{
int i;
int sum=0;
for (i=0; i <= 100; i++)
sum = sum + i;
printf(“The sum from 0 .. 100 is %d\n”, sum);
}
Procedurale vs. Dichiarativo
Linguaggi procedurali: Forniscono al computer
una serie di ordini su cosa debba fare e in
quale circostanza. L’aspetto della descrizione
del problema, quando esiste è minimizzato: il
computer “non sa” niente
Procedurali: Cobol, Fortran, Pascal, Basic, C
Linguaggi dichiarativi: Descrive, dichiara quali
sono i dati del problema, fornisce le regole che
si possono seguire e lascia che sia il computer a
decidere come agire. Possono essere più
faticosi per il computer perché deve derivare
da solo le procedure da adottare
I linguaggi a basso
livello
L’Insieme delle Istruzioni del
Processore
Ogni processore è in grado di eseguire solo
poche istruzioni elementari quali:
Somma di due numeri (già la somma di tre
numeri viene effettuata tramite due somme
elementari)
Confronto tra due numeri con individuazione del
fatto che ci sia o meno differenza (non tutti i
processori sanno distinguere in modo immediato,
invece, quale dei due precede l’altro)
Spostamento dei bit all’interno di una parola di
qualche posizione a destra o a sinistra.
poche altre ancora …
Linguaggio Macchina
Per gestire hardware bisogna parlare il
linguaggio del calcolatore
Linguaggio perché presenta
Parole (cioè le istruzioni)
Sintassi (regole di combinazione delle parole per
generare frasi corrette)
Sintassi di un linguaggio di programmazione
Molto semplice (poche regole)
Molto rigorosa (per evitare ogni tipo di
ambiguità)
Istruzioni in Linguaggio Macchina
Istruzione in LM è una successione di 32 bits
rappresentabile da un numero
La funzione di questo numero è di codifica
(rappresentazione di informazioni), non è un
numero vero e proprio
Ogni istruzione è scomponibile in frammenti più
piccoli, ognuno dei quali rappresenta un tipo di
informazione (codice operativo, una costante,
il numero di un registro).
Istruzioni in Linguaggio Macchina
Le istruzioni si distinguono per il valore contenuto
nel primo campo
In base ad opcode l’hardware sa come
trattare il resto dell’istruzione
Istruzioni in Linguaggio Macchina
L’istruzione che somma due numeri che sono stati già trasferiti
dalla RAM nei registri numero 17 e 18 e memorizza il risultato
nel registro numero 8 è rappresentabile come segue:
00000010001100100100000000100000
000000
6 bits
10001
5 bits
10010
5 bits
01000
5 bits
00000
5 bits
100000
6 bits
0
17
18
8
0
32
In decimale:
Linguaggi macchina: problemi
Sono specifici della macchina
Occorre conoscere l’architettura della macchina
per scrivere programmi
I programmi non sono trasportabili
I programmatori si specializzano nel cercare
efficienza su una macchina specifica, anziché
concentrarsi sul problema
Istruzioni e operandi sono rappresentati in forma
numerica
I codici sono poco leggibili e quindi difficilmente
modificabili
I programmi sono facilmente soggetti ad errori
sw $16, 0($2)
sw $15, 4($2)
jr $31
Linguaggio Macchina
Assembler
Il Linguaggio Macchina non è facilmente
“utilizzabile”
Binary machine
language
program
(for MIPS)
00000000101000010000000000011000
00000000100011100001100000100001
10001100011000100000000000000000
10001100111100100000000000000100
10101100111100100000000000000000
10101100011000100000000000000100
00000011111000000000000000001000
Un programmatore utilizza una versione più “ad
alto livello” del LM: il linguaggio Assembler
Linguaggio Assembler
Linguaggio simbolico che utilizza simboli invece
che bits.
I simboli associano nomi ai codici operativi o i
riferimenti ai registri.
Permette di utilizzare etichette invece che indirizzi
fisici
Le istruzioni in Assembler sono quasi tutte in
corrispondenza 1<->1 con quelle in linguaggio
macchina
Programma in Linguaggio
Macchina
Calcolo e stampa della somma dei numeri compresi tra
1 e 100.
Programma in LM
Programma in Linguaggio
Assembly
Una prima rappresentazione
simbolica del programma in LM
visto in precedenza è la
seguente
Operazioni e operandi sono
rappresentati in maniera
simbolica.
Assemblatore
Uno strumento che traduce programmi scritti
nel linguaggio assembler in linguaggio
macchina.
L’assembler
legge un file sorgente in assembler
produce un file oggetto contenente insieme di
istruzioni in LM, di dati e di informazioni necessarie
per il caricamento in memoria delle istruzioni
UD 3.2f: Linguaggi
ad alto livello
Programma in Linguaggio al alto
livello
Il formato precedente è ancora difficile da seguire
perché:
Usa molte piccole operazioni per eseguire compiti
semplici
I costrutti per il controllo del flusso sono realizzati con
confronti e salti (più difficili da leggere)
Programma in Linguaggio al
alto livello
Linguaggio “C”:
#include <stdio.h>
int
Linguaggio “Pascal”:
main (int argc, char *argv[])
{
int i;
int sum = 0;
for (i = 0; i <= 100; i = i + 1) sum = sum + i;
printf ("The sum from 0 .. 100 is %d\n", sum);
}
Program somma;
Var i, somma : integer;
Begin
somma := 0;
for i:=1 to 100 do
somma := somma + i;
write (‘La somma dei primi 100 numeri vale: ‘, somma);
End.
Esempio 2
PASCAL:
x := h + x
ASSEMBLER(*) :
lw 8, 1200
add 8, 18, 8
sw 8, 1200
100011
000000
101011
01001
10010
01001
01000
01000
01000
0000 0100 1011 0000
01000
00000
010000
0000 0100 1011 0000
LINGUAGGIO MACCHINA(*) (binario):
10001101001010000000010010110000
00000010010010000100000000010000
10101101001010000000010010110000
(*) Si suppone che il registro 8 contiene x e che il registro 18 contiene h
Linguaggi di Programmazione ad
alto livello
Notazione vicina al linguaggio naturale (facile
comprensibilità)
Permette di incrementare la produttività, facilitando
il compito di scrittura dei programmi ai
programmatori
Uso di librerie già scritte (riuso del codice)
Un programma scritto in HLL (High Level Language,
cioè Linguaggio ad Alto Livello) è (quasi sempre)
indipendente dalla architettura (processore) su cui il
programma va eseguito.
Linguaggi di Programmazione ad
alto livello
Traduzione dei linguaggi
Il programmatore utilizza un linguaggio ad alto
livello senza preoccuparsi della macchina che
esegue il programma
Un Linguaggio di Programmazione ad alto
livello non è direttamente “comprensibile” al
computer.
Deve quindi esistere un meccanismo che
“traduca” un programma dal formato
“linguaggio ad alto livello” al formato
“linguaggio macchina”
Compilatore
Il Compilatore è un software che traduce un programma
scritto in un linguaggio ad alto livello (detto programma
sorgente) in un programma equivalente in linguaggio
macchina (detto programma oggetto)
Quasi sempre tale traduzione avviene in due fasi, passando
attraverso un linguaggio intermedio, l’assembler
Un compilatore produce quindi un programma eseguibile (.exe
in Windows)
Compilatore
Il compilatore viene predisposto per una
macchina specifica e poi traduce tutti i
programmi scritti in uno specifico linguaggio ad
alto livello
Il concetto di traduzione dei linguaggi ha
permesso l’evoluzione verso sistemi simbolici più
espressivi e più facilmente manipolabili dai
programmatori
Compilatore e Assemblatore
Programma in linguaggio ad Alto Livello
High-level
language
program
(in C)
COMPILATORE
C compiler
Assembly
language
program
(for MIPS)
Programma in linguaggio Assembler
ASSEMBLATORE
swap:
muli $2, $5,4
add $2, $4,$2
lw $15, 0($2)
lw $16, 4($2)
sw $16, 0($2)
sw $15, 4($2)
jr $31
Assembler
Binary machine
language
program
(for MIPS)
Programma in linguaggio Macchina
swap(int v[], int k)
{int temp;
temp = v[k];
v[k] = v[k+1];
v[k+1] = temp;
}
00000000101000010000000000011000
00000000100011100001100000100001
10001100011000100000000000000000
10001100111100100000000000000100
10101100111100100000000000000000
10101100011000100000000000000100
00000011111000000000000000001000
