Valeria Vittorini » 8.Linguaggio e Programma

Fondamenti di Informatica

Linguaggio e Programma

Sommario

• Linguaggi di programmazione
  • Linguaggio Macchina
  • Linguaggi simbolici
• Processo di traduzione di un programma
• Traduttori
  • Compilatori
  • Interpreti
• Ciclo di vita di un programma

Un pò di storia…

All’inizio era …. Il bit.

• Tra gli anni ‘40 e ‘50 si programmava in linguaggio macchina.

Il Primo Passo

• I linguaggi assemblativi: le istruzioni del linguaggio macchina non perdono la loro individualità ma al posto dei codici operativi vengono utilizzati codici simbolici letterali, gli operandi sono indicati con nomi simbolici

Linguaggio macchina

• Esempio di istruzione in linguaggio macchina per l’operazione C=A+B supponendo che il formato dell’istruzione su complessivi 32 bit sia:
  • codice operativo: 6 bit
  • primo operando: 5 bit
  • secondo operando: 5 bit
  • registro destinazione: 5 bit
  • offset: 5 bit
  • Variante del codice operativo: 6 bit

000000 10001 10010 01000 00000 100000

Linguaggio Assemblativo

• l’istruzione in linguaggio assembler corrispondente all’istruzione in linguaggio macchina nella slide precedente potrebbe essere:

add $t0, $s1, $s2

• dove i registri sono numerati come segue:

$t0=8, $s1=17, $s2=18

• Un programma espresso in linguaggio assenbler è ancora strettamente orientato alla macchina ma ha già bisogno di essere tradotto per poter essere eseguito
• La traduzione è effettuata a sua volta da un apposito programma detto assemblatore

Linguaggi di Programmazione

• Dagli anni ‘50 in poi si è avuta una evoluzione dei linguaggi verso:
  • Astrazione
  • Semplificazione
  • Similarità con il ragionamento umano
• I linguaggi di programmazione ad “alto livello” sono linguaggi simbolici orientati ai problemi (a differenza dei linguaggi assemblativi che sono linguaggi simbolici orientati alla macchina)
• Uno dei primi linguaggi ad alto livello, sviluppato a partire dal 1954, è stato il FORTRAN (FORmula TRANslation), un linguaggio simbolico orientato a problemi di tipo tecnico-scientifico

Definizione dei Linguaggi

• Un linguaggio di programmazione ha una sua definizione formale che non tratteremo in questo corso.
• In generale è definito per mezzo della sua:
  • SINTASSI, che specifica le regole da seguire per la costruzionie di programmi formalmente corretti
  • SEMANTICA, che definisce il significato di ciascuna frase
• Inoltre ciascun linguaggio ha un suo LESSICO, cioè i componenti elementari previsti dal linguaggio che possono essere utilizzati per costruire un programma (parole chiave, operatori, costanti, etc..), detti anche token

Macchina virtuale

• Un linguaggio di programmazione definisce una macchina virtuale di alto livello -rispetto alla macchina base e a quella ottenuta aggiungendo lo strato di software di base- (lezione sulla struttura di un sistema di elaborazione):
  • in grado di eseguire azioni elementari più potenti
  • dotata di maggiore flessibilità nell’aggregare tali azioni
  • semplificando la specifica degli algoritmi

Programma

• Le frasi di cui si compone un programma espresso mediante un linguaggio possono in generale essere di tipo:

• dichiarativo: definiscono gli oggetti da trattare
• esecutivo: nei linguaggi di tipo imperativo sono la specifica mediante il linguaggio delle azioni da eseguire

• Si ricorda che un programma è la traduzione di un algoritmo in un linguaggio di programmazione ed è realizzato organizzando le frasi mediante gli strumenti messi a disposizione dal linguaggio per la specifica della sequenza statica (come spiegato nella lezione relativa ai concetti di informazione, elaborazione, ed algoritmo)

Processo di traduzione di un programma

• Un programma espresso mediante un linguaggio simbolico deve necessariamente essere tradotto in linguaggio macchina per poter essere eseguito
• Il processo di traduzione analizza il codice del programma (codice sorgente) e produce un codice oggetto (la traduzione) in due fasi principali:
  • Analisi
  • Traduzione

Analisi

• Nella fase di analisi il traduttore svolge le seguenti attività a partire dal codice sorgente:
  • Analisi lessicale: riconoscimento dei componenti lessicali
  • Analisi sintattica: riconoscimento delle frasi e del costrutto sintattico in base alle regole sintattiche
  • Analisi semantica: determina se sarà possibile eseguire il programma, se in base alle regole semantiche il programma “ha senso”
• In questa fase il traduttore è quindi in grado anche di verificare la correttezza lessicale, sintattica, e semantica del codice sorgente
• Nel caso venga individuato un errore, l’errore viene segnalato ed il processo di traduzione viene interrotto

Compilatori e Interpreti

• Compilatori
  • Veloci nell’esecuzione
  • Necessitano di poca memoria
  • Permettono la compilazione separata
  • Difficili da scrivere
• Interpreti
  • Lenti nell’esecuzione
  • Spesso si utilizza un linguaggio intermedio
  • Progetti di dimensione limitata
  • Facilità d’interazione col codice e velocità di sviluppo
  • Facili da scrivere

Ciclo di vita di un programma

• I linguaggi ad alto livello possono dunque essere linguaggi compilativi od interpretativi. Nel seguito faremo riferimento a linguaggi compilativi
• Il ciclo di vita di un programma espresso mediante un linguaggio compilativo si articola nei seguenti passi:
  • Preparazione del testo origine
  • Compilazione
  • Collegamento
  • Caricamento
  • Esecuzione
  • Debugging
  • Manutenzione

Ciclo di vita di un programma

• Preparazione del testo origine: il codice sorgente viene prodotto utilizzando un editor e memorizzato in un file
• Compilazione: il file sorgente viene compilato, se la compilazione va a buon fine viene prodotto il codice oggetto e memorizzato in un file oggetto. Se la compilazione è interrotta in fase di analisi per la presenza di errori, gli errori devono essere corretti e il file sorgente deve essere ricompilato
• Collegamento: un file oggetto non è in generale un file eseguibile dalla macchina. Il programma infatti potrebbe essere costituito da più file sorgenti e/o utilizzare altri programmi di cui devono essere disponibili i relativi file oggetto. I diversi moduli oggetto costituenti il programma devono essere collegati da un programma detto collegatore o linker, per produrre un file eseguibile contenente il codice in linguaggio macchina. Errori possono essere individuati anche in questa fase. In tal caso è necessario correggerli e tornare al passo di compilazione

Ciclo di vita di un programma

• Caricamento: il codice in linguaggio macchina deve essere memorizzato in memoria centrale da un programma (software di base) detto caricatore o loader
• Esecuzione: il programma viene eseguito dalla macchina
• Debugging: a fronte dell’esecuzione dei casi di test è necessaria una accurata revisione e/o correzione del programma prima che venga rilasciato ad i suoi utenti finali
• Manutenzione: dopo il primo rilascio un programma è soggetto a modifiche e revisioni, ad esempio nel caso si debbano adattare funzionalità già presenti a mutate situazioni o aggiungere nuove funzionalità…

Ciclo di vita di un programma

Prossima lezione

Programmazione

• Introduzione al linguaggio C++
• Tipi semplici
• Variabili e costanti