Dagens tema. LC-2 LC-2 er en «ekstrem-risc»; den har 16 instruksjoner og 3 adresseringsmåter.

Transkript

1 Dagens tema Mer programmering i assemblerspråk Masking Hopp, tester og flagg Varianter over ld og st Vektorer og tekster Rutiner Stakker Programmering i assembler Dere kjenner sikkert den gamle gåten: Hvordan frakte en sabeltiger, en sau og et kålhode over en elv når det bare er plass til én av dem i båten av gangen? Tigeren vil spise sauen om den får sjansen, og sauen vil spise kålhodet Gåten kan løses på flere ulike måter: Gjetting: Jeg prøver å frakte tigeren over først Nei, det gikk ikke Resonnement: Kun tigeren og kålhodet kan etterlates sammen Derfor må jeg starte med sauen Ark 1 av 22 Ark 2 av 22 Programmering i assemblerspråk har mye til felles med å løse slike oppgaver Vi har et mål Vi har et lite utvalg operasjoner til rådighet Disse skal vi sette sammen i riktig rekkefølge Vi kan definere delmål som gjør det enklere å løse problemet (Eksempel: Hvis jeg kan få tigeren og kålhodet på høyre bredd, er avslutningen triviell) Vi kan sette opp betingelser («invarianter») som gjør det enklere å løse problemet (Eksempel: Sauen er problemet; den kan ikke etterlates sammen med noen av de andre) Ulike maskintyper De første datamaskinene hadde få og enkle instruksjoner Etterhvert fikk de flere og mer avanserte; de ble CISC-maskiner («Complex Instruction Set Computers») Slike har typisk instruksjoner og adresseringsmåter Rundt 1985 fikk noen ideen: La oss lage RISC-maskiner («Reduced Instruction Set Computer») med få og enkle men raske instruksjoner RISC-maskiner har typisk instruksjoner og 1 4 adresseringsmåter De overtar nå fullstendig LC-2 LC-2 er en «ekstrem-risc»; den har 16 instruksjoner og 3 adresseringsmåter Ark 3 av 22 Ark 4 av 22

2 Andre instruksjoner Masking (52 i Patt&Patel-boken) Maskeoperasjonene (også kalt logiske operasjoner) brukes til å sette eller nulle ut bit i henhold til et gitt mønster (en maske) Maske-AND Denne operasjonen nuller ut de bit som ikke er markert i masken AND = Vi skal se eksempler på denne instruksjonen siden Andre prosessorer har instruksjoner OR for å sette bit og XOR («eksklusiv OR») for å snu bit Disse finnes ikke i LC-2 Ofte sier vi bare «sette» når vi mener «sette til 1» Siden operasjonen er symmetrisk, er det vilkårlig hvilken operand som betraktes som maske og hvilken som er data Skifting Noen prosessorer har operasjoner som kalles skifting der alle bitene flyttes mot høyre eller venstre = LEFT SHIFT = RIGHT SHIFT = Det fascinerende med skifting er at venstre skift tilsvarer dobling mens høyre skift gir en halvering LC-2 har dessverre ikke slike instruksjoner Hvile Instruksjonen nop («no operation») gjør ingenting! Det er noen ganger nyttig! Ark 5 av 22 Ark 6 av 22 Hopp (541 i Patt&Patel-boken) Til løkker trenger man hopp-instruksjoner LC-2 tilbyr to: br («branch») og jmp («jump») Vi skal bare bruke den første Hit: Dit: br br Dit Hit Programutførelsen Som nevnt tidligere, gjør prosessoren følgende for hver instruksjon: ❶ Programtelleren (PC-registeret) angir hvor neste instruksjon ligger i minnet Den leses, og PC økes ❷ Instruksjonen dekodes og utføres ❸ Gå til punkt 1 igjen Når vi utfører et hopp, blir PC-registeret satt ipunkt2 Betingelser (541 i Patt&Patel-boken) Til testing trenger man å hoppe avhengig av om en betingelse er sann eller ikke På de fleste datamaskiner (inkludert LC-2) er dette ordnet slik: Noen instruksjoner (add, and, ld* og not) setter flagg som sideeffekt av operasjonen: N settes til 1 om resultatet er negativt (dvs fortegnsbitet er 1) Z settes til 1 om resultatet er 0 (dvs bare 0-bit) P settes til 1 om hverken N eller Z settes til 1 Vi kan så legge betingelser på br-instruksjonen; den skal bare utføres om det tilsvarende flagget er satt brz Dit ; Hopp om Z-flagget satt brn Dit ; Hopp om N-flagget satt add R1,R1,R2 brzp Dit ; Hopp resultatet er >= 0 brnzp Dit ; Hopp alltid br Dit ; Definert som det samme Ark 7 av 22 Ark 8 av 22

3 ;;; Leser et tegn fra tastaturet og ;;; avgjør om det er et siffer 0-9 orig x3000 Start: trap x23 ; Les et tegn ld R7,Mzero ; Hopp til Foran0 add R6,R0,R7 ; om tegnet er brn Foran0 ; mindre enn 0 ld R7,Mnine ; Hopp til Etter9 add R6,R0,R7 ; om tegnet er brp Etter9 ; større enn 9 ; Et siffer! ld R0,Y ; Legg en Y i R0 br Skriv ; og hopp til Skriv Foran0: nop ; Intet siffer! Etter9: ld R0,N ; Legg en N i R0 Skriv: trap x21 ; Skriv ut svaret Exit: trap x25 ; Avslutt Mzero: fill #-48 ; ASCII 0 (neg) Mnine: fill #-57 ; ASCII 9 (neg) N: fill #78 ; ASCII N Y: fill #89 ; ASCII Y end Varianter av ld (53 i Patt&Patel-boken) Instruksjonen ld som henter data fra minnet til et register, finnes faktisk i fire varianter: lea («load effective address») legger adressen til en variabel i registeret ld («load») henter en angitt variabel fra minnet ldr («load relative») fungerer som ld men adressen angis som Rx + tillegg Denne formen brukes spesielt når man har vektorer («arrays» på engelsk) ldi («load indirect») henter først et ord; dette ordet brukes så som adresse til å hente et annet ord Dette brukes til pekere (som vi skal behandle nærmere siden) Tilsvarende finnes st, str og sti for lagring i minnet Ark 9 av 22 Ark 10 av 22 Anta at vi har følgende i minnet: x3004 ld R1,V1 x3005 lea R2,V2 x3006 ldr R3,R2,#0 x3007 ldr R4,R2,#2 x3008 ldi R5,V3 x V1 x V2 x x x x3025 x3022 V3 Resultatet av kjøringen blir da: R1 =27 R2 = x3021 R3 =33 R4 =35 R5 =34 Vektorer (173 i Patt&Patel-boken) Disse ulike adresseringsmetodene gir muligheter til å bruke vektorer I Java ville vi skrevet short a[] = new short[6]; short i, j; : a[j] = a[i] + 1; I assemblerkode for LC-2 vil vi skrive dette slik: lea R1,a ; Finn adressen ld R2,i ; til cellen add R2,R2,R1 ; a[i] ldr R3,R2,#0 ; Hent verdien add R3,R3,1 ; og legg til 1 ld R2,j ; Finn adressen til add R2,R2,R1 ; a[j] str R3,R2,#0 ; Lagre den nye verdien der : a: blkw 6 ; Vektoren a (6 elementer) i: fill 1 ; Variablene i j: fill 5 ; og j Ark 11 av 22 Ark 12 av 22

4 Tekster (1734 i Patt&Patel-boken) En spesiell form for vektorer er tekster som kan lagre et variabelt antall tegn Tegnene lagres ett og ett i en vektor (De øverste 8 bit-ene brukes ikke) Til sist legges verdien 0 for å markere slutten Teksten "ABC" lagres som 65 (= «A») 66 (= «B») 67 (= «C») Dette kan angis til assembleren: Str: stringz "ABC" Vi kan også bygge opp en tekst under kjøringen 0 Dette programmet leser en linje tegn for tegn; linjen avsluttes med ASCII-tegnet EOT som er nummer 4 Etterpå skrives linjen ut ;;; Programmet leser en linje og skriver den ut orig x3000 start: lea R0,prompt ; Skriv ut melding til trap x22 ; brukeren lea R1,linje ; Hent peker til linje les: trap x20 ; Les et tegn add R6,R0,#-4 ; Om det er EOT (=4), brz les_x ; avslutt lesing trap x21 ; Gi ekko str R0,R1,#0 ; Lagre tegnet add R1,R1,#1 ; Flytt peker br les ; Les videre les_x: ld R0,zero ; Legg en 0 str R0,R1,#0 ; sist i linjen lea R0,linje ; Skriv ut linjen trap x22 ; slutt: trap x25 ; Avslutt linje: blkw 200 ; Plass til linjen prompt: stringz "Skriv en linje: " zero: fill #0 ; Konstanten 0 end Vi kan skrive et EOT-tegn ved å trykke på Ctrl og D samtidig Ark 13 av 22 Ark 14 av 22 Rutiner i LC-2 Prosessoren vår er konstruert for å kunne bruke rutiner Rutiner (92 i Patt&Patel-boken) Programmer på mer enn noen få linjer bør deles opp i mindre enheter kalt rutiner (også kjent som funksjoner eller metoder): Koden blir bedre strukturert og lettere å forstå Man kan bruke samme kodebit i flere sammenhenger For å lage en rutine trenger man følgende: en instruksjon for å hoppe til rutinen, en mulighet til å hoppe tilbake samt en konvensjon for å overføre parametre Kall Instruksjonen jsr hopper til angitt adresse (som br); dessuten kopieres PC-registeret over i register R7 (Til forskjell fra br kan ikke jsr sjekke på flaggene) Retur Instruksjonen ret returnerer fra en rutine ved å kopiere R7-registeret over til PC Parametre Parametre overføres vanligvis i registrene Den som skriver en rutine må tydelig dokumentere hvilke registre som skal benyttes Ikke ødelegg registrene! Alle som skriver en funksjon bør unngå at registrene ødelegges R7-registeret brukes til returadressen, så det blir ødelagt Dette gjelder også trap-instruksjoner Ark 15 av 22 Ark 16 av 22

5 Rutinen abs finner absoluttverdien til en verdi (dvs at for negative verdier finner vi den tilsvarende positive verdien) orig x3000 ;;; Hovedprogrammet main: ld R0,V1 ; Test jsr abs ; abs(v1) ld R0,V2 ; og jsr abs ; abs(v2) trap x25 ; Avslutt V1: fill 123 V2: fill -122 ;;; Rutinenavn: abs ;;; Synopsis: Finner absoluttverdien ;;; Signatur i C: short abs(short x) ;;; Inn-parametre: R0: verdien x ;;; Ut-parametre: R0: absoluttverdien av x Stakker (101 i Patt&Patel-boken) En stakk er et sammenhengende område i lageret som kan brukes til mellomlagring Analogien er en stabel, for eksempel trikkeførerens myntholder eller en høystakk Man kan kun få tak i elementet øverst på stakken Implementasjon Man bruker et register til å peke på øverste element Anta at vi bruker R6 som stakkpeker og at stakken er tom abs: add R0,R0,#0 ; Sett flagg for x brzp abs_x ; Returner om x>=0 not R0,R0 ; Beregn add R0,R0,#1 ; -x abs_x: ret ; Retur end (Her bruker vi ikke andre registre enn R0 (og indirekte R7) så det er ikke nødvendig å gjemme unna noen registre) x4000 x4001 x4002 x4003 R6 = x3fff Ark 17 av 22 Ark 18 av 22 Man kan nå legge en verdi på stakken («push-e» en verdi) ved å utføre add str Status er da R6,R6,#1 Rx,R6,#0 x4000 verdi R6 = x4000 x4001 x4002 x4003 Etter å ha lagt totalt fire ulike verdier på stakken, har vi denne situasjonen: x x x x R6 = x4003 Ark 19 av 22 Ark 20 av 22

6 Verdien øverst på stakken kan hentes tilbake («pop-es») med ldr add Rx,R6,#0 R6,R6,#-1 Gjør vi dette to ganger, er status: x x R6 = x4001 x x Nå ligger det to tall på stakken: 31 (øverst) og 18 Selv om de andre verdiene stadig ligger i minnet, er de logisk sett ikke lenger på stakken Hva brukes stakker til? Stakker brukes der nyeste data hentes først tilbake Spesielt brukes de til mellomlagring av lokale variable i rutiner: Med en stakk bruker man kun plass til lokale variable i de rutiner som er kalt for øyeblikket Med en stakk kan rutiner kalle seg selv (såkalt rekursjon) Ark 21 av 22 Ark 22 av 22