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©Pierre Marchand, 2001 1
Objectifs :
À la fin de cette unité vous connaîtrez :
• Le rôle du langage machine.
• La différence entre compilation et intreprétation.
• Le rôle d’un assembleur, d’un éditeur de liens et d’un chargeur.
• Les grandes lignes du fonctionnement d’un compilateur.
• La définition d’un langage informatique.
Unité 4a: Architecture logicielle

13.1 Langage machine
Le langage machine est une séquence de bits constituant des
instructions directement exécutables par le processeur.
Le langage d’assemblage ou assembleur est un langage qui permet au
programmeur d’utiliser des codes mnémoniques (ADD, DIV, SUB,
MOV, etc.) au lieu de ces séquences de bits. Ces mnémoniques sont
traduits en langage machine par un programme appelé assembleur.
Les adresses des instructions et des variables peuvent aussi être
données sous forme symbolique. Historiquement, l’assembleur a été le
premier langage de programmation.
Il y a généralement une instruction assembleur par instruction machine.
Il y a un langage d’assemblage différent pour chaque type de machine
ou processeur : Pentium, PowerPC, Alpha, Sparc, etc. L’assembleur
n’est donc pas un langage portable.

13.2 Traduction et interprétation
Les langages évolués tels que Pascal, C, FORTRAN, COBOL, BASIC,
APL, PL/1, ADA, Java, etc. convertissent des instructions de haut
niveau en langage machine. Ces langages sont plus portables que
l’assembleur au niveau du code source.
Cette conversion peut s’effectuer de deux façons : la traduction ou
l’interprétation.
La traduction consiste à générer, dans le langage binaire de la machine
cible, un programme ayant les fonctionnalités définies dans le pro-
gramme source. Ce programme exécutable est ensuite chargé en
mémoire pour être exécuté.
Le programme traducteur s’appelle compilateur. L’assembleur est aussi
un compilateur. Autres membres de cette catégorie : Pascal, C / C++,
FORTRAN, COBOL, Algol, etc.

13.2 Traduction et interprétation
Dans le cas de l’interprétation, le travail de traduction s’effectue au
moment de l’exécution. L’interprète doit donc se trouver dans la
machine cible au moment de l’exécution. Exemples : BASIC, APL,
Smalltalk. Chaque instruction de code source est convertie en une ou
plusieurs instructions en langage machine. L’exécution commence tout
de suite, contrairement au cas de la traduction, mais est plus lente.
Dans le cas du langage Java, on obtient une excellente portabilité en
utilisant une approche mixte. On utilise un compilateur pour convertir le
code source en code intermédiaire, indépendant de la plate-forme,
appelé byte-codes. Ces byte-codes sont ensuite interprétés par la
machine cible au moyen d’un interprète appelé machine virtuelle qui
convertit au fur et à mesure les byte-codes en langage machine.

13.3 Langage d’assemblage
Nous verrons en détail l’assembleur du Pentium III un peu plus loin.
13.4 Fonctionnement de l’assembleur
L’assembleur est un programme qui traduit en langage machine le
programme source écrit en langage d’assemblage.
13.4.1 Macroassembleur et cross-assembleur
Une macro-instruction ou macro est une séquence d’instructions à
laquelle on attribue un nom. Ensuite, chaque fois qu’on utilise ce
nom dans le programme, l’assembleur le remplace par la séquence
d’instructions en question. Un assembleur qui autorise l’utilisation de
macros est appelé un macro-assembleur.

13.4 Fonctionnement de l’assembleur
13.4.1 Macroassembleur et cross-assembleur
Un cross-assembleur traduit un programme source en un pro-
gramme objet pour une machine autre que celle sur laquelle il
effectue la traduction.
Un macroassembleur permet la création et l’utilisation de macros
dans le code source. Une macro est un nom qu’on donne à un
groupe d’instructions qui revient souvent dans un programme. On
peut ensuite remplacer chaque occurrence de ce groupe par son
nom, ce qui peut rendre le code source plus lisible.

13.5 Développement d’un programme
Les outils d’un environnement de développement (IDE) standard
sont les suivants : éditeur de texte, traducteur (compilateur,
assembleur), éditeur de liens, chargeur et débogueur.
13.5.1 Éditeur de texte
Le code source est saisi et édité au moyen d’un éditeur de texte.
Idéalement, on utilise un éditeur syntaxique, capable de vérifier la
syntaxe des programmes dans un langage donné et de générer
automatiquement les structures syntaxiques propres au langage
utilisé. Les meilleurs colorent différemment les mots réservés du
langage, les chaînes de caractères, les commentaires, etc., ce qui
améliore la lisibilité du code.

Le traducteur ou compilateur convertit le programme source en
programme objet.
L’éditeur de liens combine plusieurs programmes objets pour réaliser
un programme exécutable.
Le chargeur place ce programme exécutable en mémoire.
Lors de l’exécution, un débogueur permet de suivre le déroulement
du programme ou d ’intervenir en cas d’erreur.

13.5.2 Éditeur de liens
L’éditeur de liens (linker ou link editor) est un logiciel qui permet de
combiner plusieurs programmes objets en un seul.
On structure les gros programmes en modules que l’on traduit
indépendamment. Ainsi, un programme peut être constitué de
plusieurs fichiers contenant chacun un ou plusieurs sous-program-
mes. Tous ces fichiers sont traduits séparément, mais peuvent
utiliser les sous-programmes et les variables se trouvant dans les
autres fichiers, ce qui donne lieu à des références externes.
L’éditeur prend ces différents morceaux de programme et les groupe
pour former un programme complet et exécutable.

13.5.3 Chargeur
Le programme objet, obtenu après l’édition de liens, doit encore être
chargé en mémoire centrale pour être exécuté. Le chargeur
s’occupe de cette tâche. Dans les systèmes d’exploitation moder-
nes, on décide au dernier moment à quelle adresse charger le
programme, puisque plusieurs programmes peuvent résider simul-
tanément en mémoire.
Dans les anciens systèmes (comme DOS), on pouvait fixer les
adresses à l’avance et charger le programme à l’endroit spécifié. On
utilisait donc un chargeur absolu.
Ajourd’hui, les chargeurs s’occupent de reloger les programmes en
mémoire centrale. Ce sont des chargeurs relogeables.

13.5.4 Débogueur
Le débogueur (debugger) est un logiciel qui facilite la mise au point
de programmes et la correction des erreurs ou bogues (bugs). Il
permet d’examiner le contenu de la mémoire ainsi que celui des
différents registres du processeur.
Il permet également de créer des points d’arrêt (breakpoints) lors de
l’exécution du programme à mettre au point, et à partir de ces points
d’arrêt, d’exécuter le programme pas à pas, i.e. instruction par
instruction tout en observant le contenu des registres, des variables
et de la mémoire.

14.2 Langages évolués
14.2.1 Définition d’un langage
Un langage informatique comprend :
• un alphabet constitué des symboles élémentaires disponibles,
• des noms ou identificateurs formés de groupes de symboles de
l’alphabet,
• des phrases ou instructions constituées de séquences de noms
et de symboles de ponctuation.
Les phrases doivent respecter la syntaxe du langage, i.e. la
position des symboles les uns par rapport aux autres. Pour
représenter la syntaxe d’un langage, on utilise la notation BNF
(Backus-Naur Form) ou des diagrammes syntaxiques.

Syntaxe d’un langage en forme BNF
<lettre> ::= a | b | c | d …. y | z
<chiffre> ::= 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
<identificateur> ::= <lettre> | <identificateur><lettre>
| <identificateur><chiffre>
<entier> ::= <chiffre> | <entier><chiffre>
<terme> ::= <entier> | <identificater>
<opérateur> ::= + | - | * | /
<expression> ::= <terme> | <terme><opérateur><expression>
<affectation> ::= <identificateur> = <expression>

Syntaxe d’un langage à l’aide de diagrammes syntaxiques
identificateur
entier
terme
lettre
lettre
chiffre
chiffre
entier
identificateur

Syntaxe d’un langage à l’aide de diagrammes syntaxiques
opérateur
expression
affectation
terme
identificateur
+
-
*
/
opérateur
= expression

14.3 Compilation
14.3.1 Structure d’un compilateur
Analyse lexicale
Analyse syntaxique
Analyse sémantique
Génération de code
intermédiaire
Optimisation du code
Génération de code objet
Programme en
code source
Programme en
code objet
Table des
symboles
Arbre
syntaxique

14.3 Compilation
14.3.2 Analyse lexicale
C’est la première phase de la compilation. Elle consiste à lire la
séquence de caractères constituant le programme source et à
produire une séquence d’éléments syntaxiques du langage
(tokens) traités ensuite par l’analyseur syntaxique : nombres,
identificateurs, opérateurs, mots réservés, séparateurs, etc.
Les identificateurs, tels que les noms des variables et des
procédures, ainsi que leurs attributs, sont stockés dans la table
des symboles. Les commentaires sont éliminés.
L’analyseur lexical détecte les erreurs telles que :
• identificateurs trop longs ou illégaux
• caractères ou nombres illégaux.

14.3 Compilation
14.3.3 Analyse syntaxique
L’analyseur syntaxique reçoit une liste d’éléments syntaxiques de
l’analyseur lexical. Il vérifie si cette liste est correcte par rapport à
la syntaxe du langage. À partir ce ces éléments, il génère l’arbre
syntaxique du programme.
Il y a deux approches pour étabir cet arbre. L’approche ascen-
dante et l’approche descendante.
L’approche ascendante consiste à partir des éléments constituant
la phrase à traiter pour trouver toutes les règles qui permettent de
remonter jusqu’à la racine.
L’approche descendante consiste à partir de la racine et à
appliquer les règles qui permettent d’arriver à la phrase désirée.

14.3 Compilation
<programme>
<suite d’instructions>
<instruction> ; <instruction> ;
<affectation> <conditionnelle>
<ident> ;= <expression> if <booléenne> then <instruction>
val <ident><opérateur> <nombre>
<nombre> <chiffre>
<chiffre> 0
<ident>
val := val + 20;
if good then val := 0;
2
good
<affectation>
<ident> ;= <constante>
val <chiffre>
0
val +

14.3 Compilation
Dans cette phase on détecte des erreurs telles que :
• Parenthèses non fermées,
• Structures de blocs ou instructions mal construites,
• Manque de délimiteurs.

14.3 Compilation
14.3.4 Analyse sémantique
L’analyseur sémantique s’occupe du sens et de la signification
des phrases du langage. Il utilise l’arbre syntaxique pour identifier
les opérateurs et les opérandes des instructions. Il vérifie principa-
lement la correspondance des types à l’aide des informations de
la table des symboles.
Il détecte des erreurs telles que :
• identificateurs non déclarés ou déclarés plus d’une fois,
• Incompatibilité de type entre opérateur et opérandes.

14.3 Compilation
14.3.5 Génération de code intermédiaire
Le compilateur génère ici un code intermédiaire à partir de l’arbre
syntaxique. Ce code est le code d’une machine abstraite.
14.3.6 Optimisation de code
À cette étape, on tente d’améliorer le code pour le rendre plus
rapide à l’exécution et/ou moins encombrant en mémoire. On
élimine d ’abord les redondances pour minimiser le nombre final
d’instructions. On essaye aussi d’évaluer les expressions utilisant
des constantes. Cette phase dépend fortement de l’architecture
de la machine cible.

14.3 Compilation
14.3.7 Génération de code objet
La génération de code objet est la phase finale de la compilation;
elle génère du code objet relogeable, i.e. relatif à l’origine 0. Elle
traduit chaque instruction du code intermédiaire en langage
machine de l’ordinateur cible.

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