La Sombra de Dijkstra

Sobre el arte y la práctica de la programación

Cargando El Código De Máquina

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Si recuerdan en el capítulo anterior, de nuestro curso de programación, definimos una máquina virtual con un código, o lenguaje de máquina bien preciso. En el diagrama sin embargo aparece una componente que no explicamos, se trata del módulo loader. Acá está la figura para que la recuerden:

El módulo loader se encarga de cargar un programa, escrito en el lenguaje ensamblador, a la memoria de nuestra máquina virtual, para su posterior ejecución.

Si recuerdan, uno de los ejemplos que vimos es este programa ensamblador que despliega la tabla de multiplicad del 5:

AR0
5
AR1
0
INCR1
RMUL
IMPR
RES
50
SSC
13
SALTA
4
ALTO

Notarán algunos cambios. Las lineas las empezamos a contar a partir de cero (0), esto obliga a modificar las direcciones de los saltos.La función del módulo loader es traducir de este lenguaje con instrucciones y números al código binario que entiende la máquina.

Para programar nuestra máquina virtual escribiremos varios programas en archivos, al igual como lo hacemos con nuestros programas en python. Si los archivos que contienen código en python los grabamos con la extensión ‘.py’, nuestros programas los almacenaramos en archivos con la extensión ‘.a’, por assembler.

En cada linea de estos archivos escribiremos las instrucciones o números de nuestro programa. El programa de arriba se almacena en un archivo que llamaremos ‘tabla_cinco.a’, es importante notar que este archivo no lleva los números. El contenido del archivo sería el siguiente:

AR0 5 AR1 0 INCR1 RMUL IMPR RES 50 SSC 13 SALTA 4 ALTO

Una instrucción por linea. A las instrucciones también se les llama códigos nemotécnicos, o simplemente nemónicos. AR1 es un nemónico que significa ‘almacena el valor que sigue en el registro R1’

Los nemónicos en nuestro lenguaje ensamblador están resumidos en esta tabla:

0: ALTO 1: LIM 2: ACUM 3: MUL 4: RES 5: DIV 6: IMPR 7: LEER 8: ALM 9: RR0 10: RR1 11: RSUM 12: RMUL 13: RRES 14: RDIV 15: AR0 16: AR1 17: INC 18: DEC 19: INCR0 20: DECR0 21: INCR1 22: DECR1 23: SALTA 24: SSC 25: SSN 26: SSN 27: SRMA 28: SRME 29: SRIG

La definición de cada uno de estos comandos o nemónicos, está en el capítulo código de máquina.

Vamos a almacenar estos nemónicos en un lista en python, del siguiente modo:

nemonicos = ['ALTO','LIM','ACUM','MUL','RES','DIV','IMPR',
        'LEER','ALM','RR0','RR1','RSUM','RMUL','RRES','RDIV',
        'AR0','AR1','INC','DEC','INCR0','DECR0','INCR1','DECR1',
        'SALTA','SSC','SSN','SSN','SRMA','SRME','SRIG']

De este modo si ejecutamos las siguiente instrucciones obtenemos el código de máquina correspondiente al nemónico:

>>>nemonicos.index('DEC')
18
>>>nemonicos.index('SRME')
28

Esto nos da una idea de que hacer para leer nuestro archivo, en esencia, el algoritmo para leer el archivo con instrucciones en assembler sería:

  1. Abrir el archivo

  2. Leer todas las lineas en el archivo

  3. Por cada linea leida:

* Si la linea es un nemónico, entonces traducir la linea al código numérico respectivo


* De lo contrario debe ser un número


* almacenar ese resultado en la memoria

Vamos re escribiendo ese algoritmo a python por partes:

def loader(nombre_archivo):
   # archivo = abrir archivo(nombre_archivo)
   # lineas = leer lineas en archivo
   for linea in lineas:
      if linea in nemonicos:
         # agregar_a_memoria (nemonicos.index(linea))
      else:
          # agregar_a_memoria( int(linea))

La memoria es simplemente una lista de enteros:

memoria = []

Así que agregar a memoria es bastante simple: memoria.append(codigo).

Por otro lado, un archivo en Python se maneja usando el tipo predefinido file, un objeto de tipo file tiene un método que permite leer todas las lineas de un archivo las que se retornan en una lista, con esto nuestro código para loader queda así:

memoria = []

def loader(nombre_archivo):
   archivo = open(nombre_archivo)
   lineas = archivo.readlines()
   archivo.close()
   for linea in lineas:
      codigo = linea.strip()
      if codigo in nemonicos:
         memoria.append(nemonicos.index(codigo))
      else:
          memoria.append( int(codigo) )

La función open() ‘abre’ un archivo para ser leido. Retorna un objeto de tipo file. El objeto retornado tiene un método readlines() que lee todas las lineas y las retorna en una lista, que almacenamos en el arreglo lineas. Después de leer las lineas ‘cerramos’ el archivo. Esto es importante, más adelante aprenderemos sobre los recursos del sistema operativo y porque es importante esto de cerrar el archivo.

Notarán que usé una variable auxiliar llamada codigo, lo que pasa es que los archivos almacenan cada linea con un carácter especial invisible, conocido como fin de linea, este carácter debe ser eliminado para poder buscarlo en la lista de nemónicos, o de lo contrario no podrá ser identificado. Esto se logra usando linea.strip().

He subido a mi repositorio en GitHub el código de la función loader, junto con un archivo de ejemplo, pueden descargarlo desde acá.

Ejercicio

El siguiente programa hace lo mismo que el anterior pero de un modo avanzado:

nemonicos = ['ALTO','LIM','ACUM','MUL','RES','DIV','IMPR','LEER','ALM','RR0','RR1','RSUM','RMUL','RRES','RDIV',
        'AR0','AR1','INC','DEC','INCR0','DECR0','INCR1','DECR1','SALTA','SSC','SSN','SSN','SRMA','SRME''SRIG']

def traduce(codigo):
    return nemonicos.index(codigo) if codigo in nemonicos else int(codigo)

def loader(nombre_archivo):
    with open(nombre_archivo) as archivo:
        return map(traduce, [linea.strip() for linea in archivo.readlines()]) 


memoria = loader('tabla_cinco.a')

¿Puedes explicar qué hace este programa? Pistas: la documentación de Python 3 se encuentra acá. Averigua sobre qué hace la función map().

La instrucción with es muy útil con recursos que deben ser liberados, como pasa con los archivos.

with open(nombre_archivo) as archivo:
    instrucciones...

es equivalente a hacer esto:

archivo = open(nombre_archivo)
instrucciones...
archivo.close()

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