Seminar Übersetzung von künstlichen Sprachen SS09 Code-Erzeugung Arne Kostulski (...

Seminar „Übersetzung von künstlichen Sprachen“ SS09

Code-ErzeugungArne Kostulski

( arne@kostulski.net )

1. Abgrenzung, Motivation, Einordnung2. Grundlagen3. Code-Repräsentation4. Code-Erzeugung5. Fazit und weiterführende Themen

Abgrenzung und Motivation

Effizienz durch Automatisierung

Einordnung innerhalb des Kompilierungsprozesses

1. Abgrenzung, Motivation, Einordnung2. Grundlagen * Zielgrößen * Entwurfsfaktoren * Kernaufgaben * Referenzmaschine3. Code-Repräsentation4. Code-Erzeugung 5. Fazit und weiterführende Themen

Zielgrößen

Semantische Korrektheit

Laufzeiteffizienz

Virtuelle Speichernutzung

Physische Speichernutzung

Kompilierzeit

Heuristiken für komplexe Optimierungsprobleme

konträr

Speicherhierarchie

Registerverwendung

AufgabenRegisterzuteilung

Registerauswahl

ZielTotale Lade- und Speicherzeiten minimieren

Architekturparameter

Registeranzahl

Kernaufgabe

Registerverwendung

Instruktionsselektion

AufgabeAuswahl von Instruktionskombination

ZielMinimiere totale Instruktionskosten!

BeispielZwischencode: a := a + 1

Zielcode: LD R, aADD R, R, #1ST a, R

∑ 4 ∑ 3

Befehlssatz

Kernaufgabe

LD R, aINC aST a, R

Anzahl der Prozessorkerne

Kernaufgabe

Instruktionsanordnung

AufgabeBefehlsfolgen reorganisieren

ZieleCode-Vereinfachung

Bessere Registerausnutzung

Parallelisierung unabhängiger Befehle

Instruction Set Architecture (ISA)Complex Instruction Set Computer (CISC)

Reduced Set Computer (RISC)

Very Long Instruction Word (VLIW)

RegisteranzahlBefehlssatzAnzahl der Prozessorkerne

Kernaufgaben

RegisterzuteilungInstruktionsselektionInstruktionsanordnung

Kernaufgaben und ISA

Abstrakte Zielmaschine - Zielsprache

Notation für Operationen:

Bsp.: MUL R3, R1, R2

OP <destination>, <source>, <source>, mit

<destination> = Ri

| { Kleinbuchstabe }

<source> = Ri

| { Kleinbuchstabe }

| „#“ { Ziffer }

OP = ADD | SUB | MUL | DIV

Ausnahmen:LD R, x ST x, R

Abstrakte Zielmaschine

DefinitionZielsprache

Universalregister: R1, …,Rn

Administrative Register separat

Adressierungen

1. Abgrenzung, Motivation, Einordnung 2. Grundlagen3. Code-Repräsentation * Basisblöcke * Flussgraphen * DAG4. Code-Erzeugung 5. Fazit und weiterführende Themen

Code-Repräsentation: Basisblöcke

Strukturierung des ZwischencodesKontrollfluss

Variablenverwendung

BasisblockMinimale Sequenz von Instruktionen

Blockanfänge definiert durch:a) Die erste Instruktion des Zwischencodes.

b) Jede direkte Nachfolge-Instruktion eines Sprunges.

c) Jede Zielinstruktion eines (bedingen oder unbedingten) Sprungbefehls.

Code-Repräsentation: BasisblöckeBeispiel

a) Die erste Instruktion des Zwischencodes.

// B1: Fall a)

// B2: Fall c)

// B3: Fall b)

// B4: Fall b)

// B5: Fall b)

// B6: Fall b)

a) Die erste Instruktion des Zwischencodes.

// B1: Fall a)

// B2: Fall c)

// B3: Fall b)

// B4: Fall b)

// B5: Fall b)

// B6: Fall b)

// B1: Fall a)

// B2: Fall c)

// B3: Fall b)

// B4: Fall b)

// B5: Fall b)

// B6: Fall b)

// B1: Fall a)

// B2: Fall c)

// B3: Fall b)

// B4: Fall b)

// B5: Fall b)

// B6: Fall b)

// B1: Fall a)

// B2: Fall c)

// B3: Fall b)

// B4: Fall b)

// B5: Fall b)

// B6: Fall b)

Code-Repräsentation: BasisblöckeErgebnis

// B1: Fall a)

// B2: Fall c)

// B3: Fall b)

// B4: Fall b)

// B5: Fall b)

// B6: Fall b)

Code-Repräsentation: Flussgraphen

Flussgraph gerichteter, zyklischer Graph G=(V,E) mit

Knotenmenge V: Menge aller Basisblöcke (Block als Blackbox)

Kantenmenge E: e(Bi, Bj) Є E genau dann, wenn:

a) Bj folgt direkt auf Bi in der Programmfolge und Bi ohne unbedingten Sprung.

b) Bj ist Ziel eines Sprungbefehls.

Beispiel:a) Bj folgt direkt auf Bi in der Programmfolge und Bi enthält keinen

unbedingten Sprung.

Beispiel:b) Bj ist Ziel eines Sprungbefehls.

Code-Repräsentation: Blockoptimierung mit DAG

Innendarstellung eines Blocksgerichteter, azyklischer Graph (DAG)

ZieleRegisterausnutzung verbessern

Code-Vereinfachung

Toten Code eliminieren

Elemente

Initiale Variable

Operation Label

DAG-Konstruktion

1. a := b * c2. c := a + d3. b := a * b

Erzeuge

- Blatt / Blätter- Operationssymbol- Kanten- Label

DAG-Konstruktion

1. a := b * c2. c := a + d3. b := a * b

Erzeuge

- Blatt / Blätter - Operationssymbol- Kanten- Label

DAG-Konstruktion

1. a := b * c2. c := a + d3. b := a * b

Erzeuge

- Blatt / Blätter - Operationssymbol- Kanten- Label

Code-Vereinfachung

, d1. a := b * c2. c := a + d3. b := a * b4. d := a + d

1. a := b * c2. c := a + d3. b := a * b4. d := c

Erzeuge

- Blätter- Operationssymbol- Kanten- Label

Lebendigkeit von Variablen

Eine Variable x ist lebendig in Anweisung Ai (1 ≤ i < n), wenn:

x in Anweisung A1 ein Wert zugewiesen wird,

x in Anweisung An als Operand benutzt bzw. gelesen wird,

x zwischen A1 und An kein Wert zugewiesen wird.

x hat bei Ai die nächste Verwendung in An, wenn An der erste Lesezugriff auf x nach A1 ist.

Eine am Basisblockende lebendige Variable heißt live on exit.

Toter CodeInstruktionen mit nicht benötigten Ergebnissen

Beispielc, d nicht live on exit

1. Abgrenzung, Motivation, Einordnung 2. Grundlagen3. Code-Repräsentation4. Code-Erzeugung * Elementare Code-Erzeugung * Globale Registerzuteilung * Optimale Code-Erzeugung * Peephole-Optimierung5. Fazit und weiterführende Themen

Elementare Code-Erzeugung

Register-DeskriptorZuordnungen: Register Variablennamen

Adressen-DeskriptorZuordnungen: Variablen Speicheradresse

Annahmen für ZielmaschineLD und ST explizit

keine globalen RegisterVariablen mit nächster Verwendung am Blockanfang zu laden

live on exit-Variablen zu speichern

Hilfsfunktion getReggetReg(B) mit Drei-Adress-Befehl B

Für a := b OP cLade nötige Variablen

Führe den Befehl OP Ra, Rb, Rc aus.

Fallunterscheidungen für Code-Erzeugung1. LD R, a

2. ST a, R

3. a := b OP c

4. a := b

Register-Deskriptor Adress-Deskriptor

¬live on exit live on exit

Zwischencode Zielcode Regel R1 R2 R3a b c d

Beispiel: a := b * c

Elementare Code-ErzeugungRegister-

Deskriptor

Adress-Deskriptor

¬lebendig

Blockende

lebendig

Blockende

1. a := b * c b c d

2. LD R1, b 1 b b,R1 c d

3. LD R2, c 1 b c b,R1 c, R2 d

4.a := b OP c (mit den Registern Ra, Rb, Rc)4.1 Falls b bzw. c nicht im Register, führe LD Rb, b bzw. LD Rc, c aus.[…]

5.LD R, a1.1 Der Inhalt von R im Register-Deskriptor ist durch a zu ersetzen1.2 Füge im Adress-Deskriptor R zu a hinzu.

Elementare Code-ErzeugungRegister-

Deskriptor

Adress-Deskriptor

¬lebendig

Blockende

lebendig

Blockende

1. a := b * c b c d

2. LD R1, b 1 b b,R1 c d

3. LD R2, c 1 b c b,R1 c, R2 d

4. MUL R2, R1, R2 3 b c, a R2 b,R1 c, R2 d

4. a := b OP c (mit den Registern Ra, Rb, Rc)4.1 Falls b bzw. c nicht im Register, führe LD Rb, b bzw. LD Rc, c aus.4.2 Der Inhalt von Ra im Register-Deskriptor ist durch a zu ersetzen.4.3 Der Inhalt von a im Adress-Deskriptor ist durch Ra zu ersetzen.4.4 Entferne Ra von allen anderen Variablen im Adress-Deskriptor.

Register-

Deskriptor

Adress-Deskriptor

¬lebendig

Blockende

lebendig

Blockende

4. MUL R2, R1, R2 3 b a R2 b,R1 c, R2 d

5. EXIT

6. ST a, R2 c a a, R2 b, R1 c d

2.ST a, RDer Inhalt von a im Adress-Deskriptor ist durch R zu ersetzen.

Globale Register

ProblemViele Hauptspeicherzugriffe

ST a, R1

LD R1, a

LösungST a, R1

LD R1, a

ProblemST a, R1

if … then goto …

LD R1, a

Globale Register

BeispielBetrachte Variable b

Lesezugriff LD R, a

Globale Register

BeispielBetrachte Variable b

Lesezugriff LD R, a

Schreibzugrifflive on exit

LösungRegisterinhalte überdauern Basisblöcke

Registerzuteilung?Bewertung:

Graphfärbung

ProblemRegister voll

Registerauswahl?

Lebensspanne für ideelle Register

Hier: Graph 2-fach färbbar

Kollisionen unvermeidbar Zwischenspeicherung

Idee: Alternative Instruktionskombinationen

Optimale Code-Erzeugung

ZielCode mit minimaler Registeranzahl

BerücksichtigtRegisterzuteilung

Registerauswahl

BasisDirected Acyclic Graph (DAG)

Procedere:1. Annotiere Ershov-Nummern an Graph-Knoten

2. Führe Generierungsalgorithmus aus

Ershov-Nummer für Knoten v:

val(v) =

a := b * cc := a * bd := a + de := c + d

val(v) =

a := b * cc := a * bd := a + de := c + d

val(v) =

a := b * cc := a * bd := a + de := c + d

val(v) =

a := b * cc := a * bd := a + de := c + d

Optimale Code-Erzeugunggencode(v, b)

1. if v hat Kindknoten vl, vr mit label(vl) = label(vr) then

1.1 k := label(vl)

1.2 Rb+k := gencode(vr, b+1)

1.3 Rb+k-1 := gencode(vl, b)

1.4 print(name(v), Rb+k, Rb+k-1, Rb+k)

2. else if v hat Kindknoten vl, vr mit label(vl) < label(vr) then

2.1 k := label(vr)

2.2 Rb+k-1 := gencode(vr, b)

2.3 m := label(vl)

2.4 Rb+m-1 := gencode(vl, b)

2.5 print(name(v), Rb+k-1, Rb+m-1, Rb+k-1)

3. else if v hat Kindknoten vl, vr mit label(vl) > label(vr) then

3.1 k := label(vl)

3.2 Rb+k-1 := gencode(vl, b)

3.3 m := label(vr)

3.4 Rb+m-1 := gencode(vr, b)

3.5 print(name(v), Rb+k-1, Rb+k-1, Rb+m-1)

4. else // v ist Blattknoten

4.1 print(„LD“, Rb, name(v))

gencode-Algorithmus

fRegel Code v b vl vrk R1 R2 R3

a) k := label(v1) v11 v2 v3

b) R3:= gencode(v1, 1) v11 v2 v3

1.1 k := label(v2) v11 v2 v3

1.2 R3 := gencode(v3, 2) v11 v2 v3

3.1 k := label(v4) v32 v4 v5

3.2 R3 := gencode(v4, 2) v32 v4 v5

1.1 k := label(v6) v42 v6 v7

1.2 R3 := gencode(v7, 3) v73 - - 1

4.1 print(„LD“, R3, c) v73 - - 1 c0

1.3 R2 := gencode(v6, 2) v62 - - 1 c0

4.1 print(„LD“, R2, b) v62 - - 1 b0 c0

1.4 print(„MUL“, R3, R2, R3) v42 v6 v7

3.3 m := label(v5) // m := 1 v32 v4 v5

3.4 R2 := gencode(v5, 2) v32 v4 v5

4.1 print(„LD“, R2, d) v52 - - 1 d0

3.5 print(„ADD“, R3, R2, R3) v32 v4 v5

1.3 R2 := gencode(v2, 1) v11 v2 v3

2.1 k := label(v4) v21 v6 v4

2.2 R2 := gencode(v4, 2) v21 v6 v4

Beispiel

gencode

Regel Code v b vl vrk R1 R2 R3

LD R3, c

LD R2, b

MUL“, R3, R2, R3

…c := a * bd := a + de := c + da := b * cST a, R1

LD R1, ac := a * bd := a + de := c + d…

ProblemKomplexität

IdeeLokale Suche im “Gucklock”

BeispielViele HauptspeicherzugriffeST a, R1

LD R1, a

Peephole Optimization

1. Abgrenzung, Motivation, Einordnung 2. Grundlagen3. Code-Repräsentation * Basisblöcke * Flussgraphen4. Code-Erzeugung 5. Fazit und weiterführende Themen

GelöstElementare Codeerzeugung

Erzeugung mit minimaler Registeranzahl

AnsätzeRegisterverwendung

OffenErweiterte Heuristiken

Parallelisierung

Just-In-Time-Compilation

Diskussion

Code-Repräsentation

DAG-KonstruktionFür jeden Drei-Adress-Befehl der Form a := b OP c eines Basisblocks B:

1. Suche nach Vorkommen von b und c in Blättern, Knoten und Labels des Graphs (dies entspricht einer vorigen Benutzung der Variablen). Erzeuge für nicht existierende Variablen neue Blätter mit ihrem Variablennamen und dem Index 0 als Kennzeichnung der Erstverwendung.

2. Erzeuge für OP einen Knoten mit dem Operationssymbol und setze b als linken, c als rechten Kindknoten für OP.

3. Füge a als Label an OP an.

BACKUP

Eintragung in die Deskriptoren1. LD R, a

1.1 Der Inhalt von R im Register-Deskriptor ist durch a zu ersetzen.

1.2 Füge im Adress-Deskriptor R zu a hinzu.

2. ST a, RDer Inhalt von a im Adress-Deskriptor ist durch R zu ersetzen.

3. a := b OP c (mit den Registern Ra, Rb, Rc)3.1 Falls b bzw. c nicht im Register, führe LD Rb, b bzw. LD Rc, c aus.

3.2 Der Inhalt von Ra im Register-Deskriptor ist durch a zu ersetzen.

3.3 Der Inhalt von a im Adress-Deskriptor ist durch Ra zu ersetzen.

3.4 Entferne Ra von allen anderen Variablen im Adress-Deskriptor.

4. a := b (mit den Registern Ra, Rb)4.1 Falls b nicht im Register, führe LD Rb, b aus (siehe 1.).

4.2 Der Inhalt von Rb im Register-Deskriptor ist durch a zu ergänzen.

4.3 Der Inhalt von a im Adress-Deskriptor ist durch Rb zu ersetzen.

BACKUP

Elementare Code-ErzeugungRegister-Deskriptor Adress-Deskriptor

¬lebendig

Blockende

lebendig Blockende

1. a := b * c b c d

2. LD R1, b 1 b b,R1 c d

3. LD R2, c 1 b c b,R1 c,R2 d

4. MUL R2, R1, R2 3 b a R2 b,R1 c,R2 d

5. c := a + d

6. LD R3, d 1 b a d R2 b,R1 c R3

7. ADD R3, R2, R3 3 b a c R2 b,R1 R3 R3

8. EXIT

9. ST c, R1 c a c,d R2 b c,R1 R3

10. ST d, R3 c a c,d R2 b c,R1 d,R3

BACKUP

Elementare Code-ErzeugungRegister-Deskriptor Adress-Deskriptor

¬lebendig

Blockende

lebendig Blockende

11. MUL R1, R2, R1 3 c a c,d R2 b,R1 R1 R3

12. EXIT

13. ST c, R1 c a c,d R2 b c,R1 R3

15. c d

BACKUP

BACKUP Optimale CodeerzeugungFunktionsaufruf:a) k := label(vroot)b) Rk := gencode(vroot, 1)Funktionsdeklaration:gencode(v, b)1. if v hat Kindknoten vl, vr mit label(vl) = label(vr) then1.1. k := label(vl)1.2. Rb+k := gencode(vr, b+1)1.3. Rb+k-1 := gencode(vl, b)1.4. print(name(v), Rb+k, Rb+k-1, Rb+k)2. else if v hat Kindknoten vl, vr mit label(vl) < label(vr) then2.1. k := label(vr)2.2. Rb+k-1 := gencode(vr, b)2.3. m := label(vl)2.4. Rb+m-1 := gencode(vl, b)2.5. print(name(v), Rb+k-1, Rb+m-1, Rb+k-1)3. else if v hat Kindknoten vl, vr mit label(vl) > label(vr) then3.1. k := label(vl)3.2. Rb+k-1 := gencode(vl, b)3.3. m := label(vr)3.4. Rb+m-1 := gencode(vr, b)3.5. print(name(v), Rb+k-1, Rb+k-1, Rb+m-1)4. else // v ist Blattknoten4.1. print(„LD“, Rb, name(v))

BACKUP Optimale CodeerzeugungRegel Code v b vl vr

k R1 R2 R3

a) k := label(v1) v11 v2 v3

b) R3:= gencode(v1, 1) v11 v2 v3

1.1 k := label(v2) v11 v2 v3

1.2 R3 := gencode(v3, 2) v11 v2 v3

3.1 k := label(v4) v32 v4 v5

3.2 R3 := gencode(v4, 2) v32 v4 v5

1.1 k := label(v6) v42 v6 v7

1.2 R3 := gencode(v7, 3) v73 - - 1

4.1 print(„LD“, R3, c) v73 - - 1 c0

1.3 R2 := gencode(v6, 2) v62 - - 1 c0

4.1 print(„LD“, R2, b) v62 - - 1 b0 c0

1.4 print(„MUL“, R3, R2, R3) v42 v6 v7

3.3 m := label(v5) // m := 1 v32 v4 v5

3.4 R2 := gencode(v5, 2) v32 v4 v5

4.1 print(„LD“, R2, d) v52 - - 1 d0

3.5 print(„ADD“, R3, R2, R3) v32 v4 v5

1.3 R2 := gencode(v2, 1) v11 v2 v3

2.1 k := label(v4) v21 v6 v4

2.2 R2 := gencode(v4, 2) v21 v6 v4

BACKUP Optimale Codeerzeugung

… … siehe Schritte 6-12 mit b=1 … … … … . … … …

2.3 m := label(v6) // m := 1 v21 v6 v4

2 b0a d

2.4 R1 := gencode(v6, 1) v21 v6 v4

2 b0a d

4.1 print(„LD“, R1, b) v61 - - 1 b0

2.5 print(„MUL“, R2, R1, R2) v21 v6 v4

2 b0c d

1.4 print(„ADD“, R3, R2, R3) v11 v2 v3

2 b0c e

Seminar Übersetzung von künstlichen Sprachen SS09 Code-Erzeugung Arne Kostulski (...

Documents

56_Skript Operations Management SS09

Oilily Lookbook SS09

USB FEATURES Presented by: Sinivas Dutta BCM SS09

Ny ss09 update_lowres

Ss09 English

Ernähren bis zum Schluss? Ethische Fragen der künstlichen ...€¦ · Ernähren bis zum Schluss? Ethische Fragen der künstlichen Ernährung Georg Marckmann Institut für Ethik,

Simonetta Mini SS09 catalogue

Prada Look Book SS09

SS09 Collection Performance

Hippy Chick SS09 Catalogue

Arne franzpraestechniken

ARNE JACOBSEN.pdf

SS09 C OLLECTION P ERFORMANCE Peter England Shirts

C'N'C COSTUME NATIONAL plug generation SS09

Seminar: Neue Ansätze der Künstlichen Intelligenz Seite 1Ulf Schneider02. Juli 2002 Ulf Schneider Neue Ansätze der Künstlichen Intelligenz: OIL Ontology

Grundlagen der Künstlichen Intelligenz · Grundlagen der Künstlichen Intelligenz Marc Toussaint Machine Learning & Robotics Lab Universität Stuttgart marc.toussaint@informatik.uni-stuttgart.de

GK Info 13 (Hö)PROLOG – Eine Sprache der Künstlichen Intelligenz PROLOG __ Eine Sprache der Künstlichen Intelligenz

Neural Networks B igi.tugraz.at/lehre/NNB/SS09/ Lecture 1

William Chambers Millinery SS09

BIBLIOGRAPHY Arne Jacobsen’s ARNE JACOBSEN Own House …