Optimierende Compiler

Bereich: Computer Microsystems
Fachrichtung: Technische Informatik, Elektrotechnik/Datentechnik
Art: Vorlesung V3
Dozent/Prüfer: Andreas Koch
Voraussetzungen: Grundkenntnisse Algorithmen und Datenstrukturen, Java, Rechnerarchitektur (erworben z.B. durch Technische Grundlagen der Informatik)
Inhalt: Die komplizierten Architekturen moderner Prozessoren können in der Praxis nur noch durch den Einsatz hochgradig optimierender Compiler ausgenutzt werden. Innerhalb dieser Compiler hat sich daher stetig die Komplexität von der Erkennung der Quelltexte hin zu deren möglichst effizienter Umsetzung in Maschinen-Code verschoben. In der Lehrveranstaltung geht es um eine praktische Einführung in die dafür benötigten Algorithmen und Datenstrukturen. Nach einem Überblick über fundamentale Techniken wie Lexing und Parsing werden abstrakte Syntaxbäume und andere Zwischendarstellungen vorgestellt. Im Anschluss geht es dann um Analyse und Transformation dieser Darstellungen mit dem Ziel, optimierten Maschinen-Code zur Ausführung auf modernen Prozessoren zu erhalten. In einem begleitenden Programmierprojekt wird ein bestehender Compiler in Java schrittweise erweitert.

Literatur: • Programming Language Processors in Java von David Watt und Deryck Brown
• Engineering a Compiler von Keith D. Cooper, Linda Torczon (2. Auflage!)
• Advanced Compiler Design and Implementation von Steven S. Muchnick
• Compilers: Principles, Techniques, and Tools (2. Auflage!) von Aho, Lam, Sethi und Ullman
• Ausgewählte wissenschaftliche Veröffentlichungen

Credits: 5,0 CP (PO WS 09/10), 4,5 CP (andere POs)
Zeit: • Dienstags, 16:15-17:55 Uhr
• Donnerstags, 11:40-13:20 Uhr
Ort: S2|02 / C110
Beginn: 12.04.2011

Praktikum: Parallel zur und eng verzahnt mit der Vorlesung wird ein Praktikum angeboten, dessen Besuch dringend empfohlen wird.

Prüfung: Die Prüfung erfolgt semesterbegleitend in Form einer Abschlussprüfung. In 2011 wird diese als mündliche Einzelprüfung von je ca. 30 Minuten Dauer durchgeführt. Die Prüfungen finden im Raum E103 am 20.07.2011 im Zeitraum 10-13 und 15-18 Uhr statt. Vereinbaren Sie bitte in der Vorlesung mit dem Prüfer oder im Sekretariat des FG ESA einen individuellen Prüfungstermin. Bitte stellen Sie unabhängig davon in jedem Fall sicher, dass Sie sich, Ihrer Studienordnung entsprechend, rechtzeitig bei der für Sie zuständigen Stelle zur Prüfung angemeldet haben!

Vorlesungsfolien

1. Block: Einleitung, Beschreibung von Programmiersprachen
Farbig, 1-auf-1 Mit Animationen, Farbig, 1-auf-1

2. Block: Kompilierungsablauf und Syntaktische Analyse
Farbig, 1-auf-1 Mit Animationen, Farbig, 1-auf-1

3. Block: Kontextanalyse
Farbig, 1-auf-1 Mit Animationen, Farbig, 1-auf-1

4. Block: Kontrollflussgraphen und SSA-Form
Farbig, 1-auf-1 Mit Animationen, Farbig, 1-auf-1

5. Block: Datenflußanalyse
Farbig, 1-auf-1 Mit Animationen, Farbig, 1-auf-1

6. Block: Rückwandlung aus der SSA-Form
Farbig, 1-auf-1 Mit Animationen, Farbig, 1-auf-1

7. Block: Optimierung und Redundanzeliminierung
Farbig, 1-auf-1 Mit Animationen, Farbig, 1-auf-1

8. Block: Skalare Optimierung
Farbig, 1-auf-1 Mit Animationen, Farbig, 1-auf-1

9. Block: Laufzeitumgebung
Farbig, 1-auf-1 Mit Animationen, Farbig, 1-auf-1

10. Block: Code-Generierung
Farbig, 1-auf-1 Mit Animationen, Farbig, 1-auf-1

11. Block: Partielle Redundanzeliminierung
Farbig, 1-auf-1 Mit Animationen, Farbig, 1-auf-1

12. Block: Übersicht über die GNU Compiler Collection (GCC)
Mit Animationen, Farbig, 1-auf-1

Aufzeichnungen

Die Folien und der Vortrag werden aufgezeichnet. Dabei kann es gelegentlich durch die Tücke der Technik zu Störungen oder Ausfällen kommen. Wir bitten diese zu entschuldigen und hoffen, sie in erneuten Durchgängen zu vermeiden. Die Aufzeichungen selbst sind platzsparend im H.264-Format komprimiert. Falls das von Ihnen verwendete Betriebssystem keinen dafür passenden Codec mitbringt, kann dieser in der Regel problemlos nachinstalliert werden. Für Windows-Varianten könnte dafür bespielsweise das Paket FFDShow Tryout genutzt werden. Unter Linux ist der übliche mplayer direkt in der Lage, die Dateien abzuspielen.

12.04.2011
14.04.2011
19.04.2011
21.04.2011
26.04.2011
28.04.2011
03.05.2011
10.05.2011
12.05.2011
17.05.2011
19.05.2011
24.05.2011
26.05.2011
31.05.2011
07.06.2011
14.06.2011
21.06.2011
28.06.2011
05.07.2011
12.07.2011

Ausgewählte wissenschaftliche Veröffentlichungen als Hintergrundmaterial

Single-Pass Generation of Static Single Assignment Form for Structured Languages
MARC M. BRANDIS and HANSPETER MÖSSENBÖCK
ACM Transactions on Programming Languages andS ystems 16(6): 1684-1698, Nov.1994 ACM Digital Library

Practical Improvements to the Construction and Destruction of Static Single Assignment Form
BRIGGS, COOPER, HARVEY, SIMPSON
SOFTWARE PRACTICE AND EXPERIENCE, VOL. 28(8), 1-28 (July 1998) Wiley Online Library

Efficiently computing static single assignment form and the control dependence graph
CYTRON, FERRANTE, ROSEN, WEGMAN, ZADECK
ACM Transactions on Programming Languages and Systems (TOPLAS), Volume 13 , Issue 4 (October 1991) ACM Digital Library

Value Numbering
BRIGGS, COOPER, SIMPSON
SOFTWARE—PRACTICE AND EXPERIENCE, VOL. 27(6), 701-724 (JUNE 1997) Wiley Online Library

E-path PRE -- Partial Redundancy Elimination Made Easy
DHANAJAY DHAMDHERE
ACM SIGPLAN Notices, 2002, vol. 37, no 8, pp. 53-65, hier korrigierte Fassung Dhananjay Dhamdhere's publications page - use second item

Constant propagation with conditional branches
WEGMAN, ZADECK
ACM TOPLAS, 13(2), April 1991, pp. 181-210 ACM Digital Library

Combining Analyses, Combining Optimizations
CLICK, COOPER
ACM TOPLAS, 17(2), März 1995, pp. 181-196 ACM Digital Library