基本情報技術 概論 ii ( 第１回 )
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プログラム言語 と 言語プロセッサ. 基本情報技術 概論 II ( 第１回 ). 埼玉大学 理工学研究科 堀山 貴史. プログラミング 言語 ( プログラム言語 ). コンピュータの 構成 ( 前期の復習 ). CPU. 主記憶 (main memory, メモリ ) に、 プログラム と データを置く. 制御装置. 演算装置. 入力装置. 主記憶装置. 出力装置. 補助記憶 装置. 機械語 と アセンブリ 言語. ________________. ロード 命令. Reg. D. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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プログラム言語 と 言語プロセッサ
基本情報技術概論 II ( 第１回 )
埼玉大学 理工学研究科 堀山 貴史
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プログラミング言語 ( プログラム言語 )
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主記憶 (main memory, メモリ ) に、 プログラム と データを置く
出力装置入力装置
制御装置
補助記憶装置
CPU
演算装置
主記憶装置
コンピュータの構成 ( 前期の復習 )
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機械語 と アセンブリ言語
機械語 ( マシン語 ) 0, 1 で作った命令 (CPU が解釈 / 実行 )
例 ) 0 1 0 1 0 1 1 1
CPU の種類ごとに、機械語の構成は異なる
アセンブリ言語 ( アセンブラ言語 ) 機械語の命令に名前をつけて、
分かり易くしたもの例 ) LD D, A
ロード
命令
Reg.D
Reg.A
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________________
１対１対応
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低レベル言語 と 高級言語
低レベル言語 … 機械語、アセンブリ言語 計算機アーキテクチャに依存 → 別の計算機にプログラムを移植するのが困
難
高級言語 ( 高レベル言語 ) 基本的に、計算機アーキテクチャに依存しない … コンパイラ等が、機械語に変換 ( 翻訳 ) し
てくれる Fortran … 科学技術計算用 COBOL … 事務処理用 ( 銀行など ) C … UNIX 開発時に設計された言語 C++ … C に、オブジェクト指向の概念を取り
入れる Java … オブジェクト指向言語
アプレットは、どの計算機でも実行できる
________________
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プログラミング言語 （まとめ )
汎用プログラミング言語 低レベル言語
機械語 （マシン語） … 0, 1 で作った命令 （ CPU が解釈 / 実行）
アセンブリ言語 … 機械語の命令に名前をつけて分かり易くしたもの （機械語と１対１対応）
高級言語 （高レベル言語） … 計算機アーキテクチャに依存しない C 、 Fortran 等 （手続き型言語） …処理手順を順番に書いた
手続きを 単位としてプロ
グラムを作る C++ 、 Java 等 （オブジェクト指向言語） …オブジェクト
を単位として
プログラムを作る LISP （関数型言語）、 Prolog （論理型言語）
スクリプト言語 Perl 、 Ruby 、 Postscript など
データと、それに対する操作（メソッ
ド）→ 「オブジェクト指向設計」
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Java Sun Microsystems が開発した
オブジェクト指向プログラミング言語 Java VM (Java 仮想マシン ) と バイト コード ( 中
間言語 ) バイト コード (Java VM 用のコード ) にコン
パイル Java VM を用意すれば、任意の環境で
同じバイトコードを実行できる ⇔ 既存言語： 実行環境ごとに、コンパイル Java アプレット と Java サーブレット
アプレット： web ブラウザを使って クライアント側で実行
サーブレット： web サーバ側で実行 結果をクライアントに送る
JavaVM
バイトコード
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言語プロセッサ
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言語プロセッサ
コンピュータは機械語（ 0,1 の並び）しか実行できない
他の言語で書かれたプログラムは？
言語プロセッサが、ソースプログラムを、 機械語で書かれたオブジェクトプログラムに変換
アセンブラ … アセンブリ言語を機械語に１対１対応
コンパイラ … 高級言語を機械語に変換
インタプリタ … コンパイルせずに、 実行時に命令を１つずつ順番に解釈
・ 会話的実行に優れる・ 実行速度は遅い(Perl 、 Ruby 、 Basic など )
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プログラム開発手順
ソースプログラム
エディタ言語プロセッ
サ( コンパイラ
等 )
リンカ
ローダ
オブジェクトプログラム
ロードモジュール
・ライブラリなど外部関数は、 アドレス解決ができない・未解決アドレス として処理
主記憶装置
・オブジェクト プログラムと ライブラリを結合・未解決アドレスを解決・ロードモジュールは、 再配置可能・ロード モジュールを 主記憶に読み込み、実行デバッ
ガ
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コンパイラ関連キーワード： 最適化コンパイラ
実行速度を速くするため、等価なプログラムで、より処理効率の良いものに変換してコンパイルする( 実行結果は、最適化前と同じ )
例 ) ループに無関係な処理をループ外に
ループに無関係な処理の実行回数が減る
ソース プログラムfor ( i = 0 ; i < 10 ; ++ i ) { x = y * z ; a[ i ] += x ;}
オブジェクト プログラムx = y * z ;for ( i = 0 ; i < 10 ; ++ i ) { a[ i ] += x ;}
________________
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コンパイラ関連キーワード： 最適化コンパイラ
実行速度を速くするため、等価なプログラムで、より処理効率の良いものに変換してコンパイルする( 実行結果は、最適化前と同じ )
例 ) ループ アンローリング ( ループ展開 )
ループ変数 i の更新 / ループ終了判定のコストが減る
ソース プログラムsum = 0 ;for ( i = 0 ; i < 10 ; ++ i ) { sum += a[ i ] ;}
オブジェクト プログラムsum = 0 ;sum += a[ 0 ] ;sum += a[ 1 ] ;…sum += a[ 9 ] ;
※ テキスト p.236 に 他の最適化の例
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コンパイラ関連キーワード： プリコンパイラ
コンパイル前に、疑似命令を、コンパイル可能な命令に書き換える
例 ) C ソース中の #include や #define などを展開
ソースプログラム
コンパイラの理解できるソースプログラム
オブジェクトプログラム
プリコンパイラ
コンパイラ
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コンパイラ関連キーワード： クロス コンパイラ
実行環境と別の環境でコンパイルするために使う
例 ) 携帯アプリを、 windows マシン上で開発
クロスコンパイ
ラ
ソースプログラム
オブジェクトプログラム
ロードモジュール
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コンパイラ関連キーワード： コンパイラ コンパイラ
コンパイラ も ロードモジュール ( 実行ファイル )では、誰が、コンパイルしたの ?
コンパイラ コンパイラ(簡単な文法の言語のコンパイラ ) を作る
これを使って、高機能なコンパイラをコンパイルする
コンパイラのソースプログラム
コンパイラ
コンパイラコンパイラ
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デバッグ手法
メモリ ダンプ メモリの内容全体を、出力
スナップ ショット 指定した命令を実行するごとに、
指定した変数 / レジスタ / メモリ内容を出力 インスペクタ
オブジェクトのデータ構造や変数の値を視覚的に表示するツール ( 実行状況の確認が容易 )
トレーサ 命令の実行順序や実行結果など、
実行の履歴を表示するツール
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キーワード
エミュレータ ハードウェアの動作を、仕組みレベルから再現す
る例 ) バーチャル コンソール (Wii) / PS2 エミュレー
タ (PS3) シミュレータ
対象をモデル化し、現象レベルで動作を模倣する例 ) 地球シミュレータ
コンバータ ソース プログラムを、別言語のプログラムに変
換する ジェネレータ
必要な条件をパラメータ指定すると、プログラムを自動的に生成する
ROM プログラムを読み、
CPU や周辺チップの動作を再現していく
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参考： コンパイラの処理順序と構文解析
字句 ( トークン ) ごとに分ける例 ) sum = a + 10 ;
文法に合致するように、字句の列から構文木を作る
構文の意味を調べ、整合性を確認例 ) データ型の確認など
実行速度を速くするため、処理効率の良いものに等価変換
機械語のコードを生成する
字句解析
構文解析
意味解析
最適化
コード生成
=
sum
+
a 10
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この文面は、 TOKYO TECH OCW の利用条件を参考にしました
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配布場所 http://www.al.ics.saitama-u.ac.jp/horiyama/OCW/
この powerpoint ファイルの著作者 堀山 貴史 2007-2009 [email protected]
u.ac.jp 改変等を加えられた場合は、お名前等を追加してください
図の著作者 p. 3, 4, 7, 10
ハードディスク : 堀山 貴史 CPU, メモリ , キーボード :
http://webweb.s92.xrea.com/ パソコン , ディスプレイ , プリンタ , マウス :
Microsoft Office Online / クリップアート p. 11 ～ 16
クリップアート : Microsoft Office Online / クリップアート
その他 : 堀山 貴史
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