Oversikt over IN147(A):

Transkript

1 Oversikt over IN147(A): Programmerings- og operativsystem-delen Oppsummering for IN147(A) Bit-mønstre Tallsystemer MIPS assemblerspråk C Datatyper Tillegg for de som tar hele IN147 Operativsystemer Parallellisering Pensum Eksamen Ark 1 av 18 Forelesning

2 Bit-mønstre Det grunnleggende for all programmering på maskin-nært nivå: Alt er bare bit-mønstre! Programmereren velger hva et ord med fire byte skal tolkes som: Fire tegn (ISO hos oss). Ett, to, fire eller åtte heltall med eller uten fortegns-bit. Et 32-bits flyt-tall (eller halvparten av et 64-bits flyt-tall). En MIPS-instruksjon. Valget foretas ved å velge hvilke operasjoner som skal foretas på bit-mønsteret. Forelesning Ark 2 av 18

3 Representasjon av heltall Alle heltall kan angis med vilkålig grunntall. Vi er interessert i binære tall, oktale tall (notasjon 0177), desimal tall (notasjon 127), og heksadesimale tall (notasjon 0x7f). Overgangen mellom binære, oktale og hex-tall er triviell; omforming mellom desimale og binære krever multiplikasjon/divisjon med 10. Flyt-tall: 32 eller 64 bits Standarden IEEE 754 for 32-bits flyt-tall: S Eksponent Mantisse S er fortegnet; 0 for positivt, 1 for negativt. Grunntallet er 2. Eksponenten er på 8 bit og lagres med fast tillegg 127. Mantissen er normalisert og på 24 bit, men kun de 23 etter binærkommaet lagres. Forelesning Ark 3 av 18

4 Programmering i assemblerspråk Når programmerer man i assemblerspråk? Når hastighet er det viktigste. Når koden må ta ekstremt liten plass. Når man trenger full kontroll over den genererte koden. Når man trenger tilgang til spesielle maskinressurser. Spesielle operasjoner Følgende operasjoner finnes sjelden i høynivåspråk: Maske-operasjoner Skift-operasjoner (logisk og aritmetisk skift; rotasjoner). Forelesning Ark 4 av 18

5 Hvilke operasjoner finnes? (De fete operasjonene er pseudoinstruksjoner.) Heltallsaritmetikk add, addu, addi, addiu, sub, subu +, mult, multu, div, divu, Flyttallsaritmetikk abs.x, neg.x v, v add.x, sub.x, mul.x, div.x +,,, cvt.x.y Omforming Maske-operasjoner and, andi, or, ori, xor, xori,, Skifting og rotasjoner sll, sllv, srl, srlv sra, srav rol, ror Logisk skift Aritmetisk skift Rotasjon Sammenligninger slt, sltu, slti, sltiu c.eq.x, c.lt.x, c.le.x < (heltall) =,<, (flyt-tall) Forelesning Ark 5 av 18

6 Flytting mellom registre move Kopiér register mflo, mfhi Kopiér fra lo/hi mfc1, mtc1 Kopiér fra/til C 1 Lesing og skriving la, li, lui lw, lh, lhu, lb, lbu sw, sh, sb Legg inn konstant Les data fra RAM Skriv data til RAM Hopp b, j, jr Hopp beq, bne, ble, bleu,... Hopp om =,,<,... bc1f, bc1t Hopp om C 1 T/F jal, jalr Funksjonskall Diverse andre nop Gjør ingenting Forelesning Ark 6 av 18

7 Programmering i C Når programmerer man i C? Når man liker språket. Når man utfører systemarbeid i UNIX (og noen andre operativsystemer). Når hastighet er viktig. Når man vil være sikker på at programmet kan gå på alle mulige maskiner. Viktig Separatkompilering. Koblingen mot assemblerspråk. Pekere og vektorer. Operasjoner på pekere, pekere kontra vektorer; referanseparametre. Hvordan opprettes objekter? Husk å fjerne dem! Forelesning Ark 7 av 18

8 Pekere Grunnlaget for å forstå pekere: En peker er en adresse i RAM! Det viktigste når det gjelder pekere, er å huske på hva som er en peker og hva som blir pekt på. int a = 5, *p; p = &a; /* Kopiering av pekerverdi */ *p = 4; /* Kopiering av heltallsverdi */ p = 3; /* Typefeil! */ Operatoren = kopierer alltid en verdi; operandenes type angir om dette er en pekerverdi eller en annen type verdi. Pekere og vektorer Det er en fast sammenheng mellom pekere og vektorer: a[i] *(a+i) Forelesning Ark 8 av 18

9 Datatyper Hva avgjør valget av datatype? Hvor lett er det å programmerer den? Bidrar den til å forenkle problemet? Hvor rask er den å bruke? Hvor stor plass tar den? Hvor dynamisk er den? Viktigste alternativer Pekere. Matriser. Tekster. Lister. Ringbuffere. Forelesning Ark 9 av 18

10 Operativsystemer I kurset har vi fokusert på UNIX, men prinsippene gjelder i større eller mindre grad for alle operativsystemer. Hva er en prosess? En prosess er et program under kjøring. Stakk Data Kode Hvordan oppstår prosesser Prosesser lages med fork. De kan endre innhold med execve. Forelesning Ark 10 av 18

11 Hvordan overføres parametre? Programparametrene overføres som de to første parametrene til main: int main(int argc, char *argv[]) Hva er omgivelsen? Omgivelsen er en samling definisjoner om den enkelte bruker og hans eller hennes preferanser. Definisjonene er av typen USER=kritisk HOME=/ifi/ganglot/a09/kritisk SHELL=/local/gnu/bin/bash De overføres på én av to måter: 1. via den globale variabelen extern char **environ; 2. som tredje parameter til main: intmain(...,..., char **env) Forelesning Ark 11 av 18

12 Parallellitet Formålet med parallellitetskontrollen er å forhindre kappløp ved å sikre kritiske regioner og hindre vranglås og utsulting. Hvorfor programmerer man parallelt? Noen problemer er naturlig parallelle. For å få opp hastigheten. Teknikker Følgende teknikker er blant de viktigste: UNIX-prosesser med wait samt UNIX-signaler signal og pause. UNIX-rør: pipe, read og write. Felles lager, lettvektsprosesser Semaforer Monitorer Meldinger Forelesning Ark 12 av 18

13 Semaforer En semafor er en datastruktur med en teller og en kø: Verdi Kø Semaforer har to operasjoner: down(&s) Hvis verdien til s er > 0, vildenbli senket med 1. Hvis ikke, vil prosessen bli blokkert og dens nummer lagt til køen til s. up(&s) Hvis køen til s er tom, økes verdien med 1. Hvis ikke, fjernes ett prosessnummer fra køen, og den tilhørende prosessen startes opp igjen. Beskyttelse av kritisk region semaphore mutex = 1; /* Mutual exclusion */. down(&mutex); Kritisk region up(&mutex); Forelesning Ark 13 av 18

14 Meldinger Brukerne kan definere en kø av meldinger: Kø Køer har to operasjoner: send(q, kode, &data) legger data med angitt kode i køen; kallet blokkerer om køen er full. receive(q, kode, &data) henter data med angitt kode i køen; kallet blokkerer inntil ønskede data finnes. Forelesning Ark 14 av 18

15 Monitorer En monitor består av en klasse-lignende struktur: class Eksempel { int i; // Lokal variabel. } void synchronized p(...) { }. wait();. notify();. // Operator: Eksempel e; e :- new Eksempel(); e.p(...); Kun én prosess av gangen får utføre en operator i en monitor. Ytterligere forsøk på kall vil bli blokkert inntil monitoren er ledig. En monitor kan blokkere seg selv ved å benytte wait(). Ved å kalle notify() gir den beskjed om at en annen, tidligere blokkert, prosess kan starte. Forelesning Ark 15 av 18

16 Pensum Følgende er pensum i denne delen av kurset: Alt som er forelest. Kapittel , samt de første seks sidene av 4.8. Vedlegg A.1 A.10 I tillegg kommer det som Sigbjørn definerer som pensum. Se forøvrig nettsiden til kurset. Forelesning Ark 16 av 18

17 Eksamen Eksamen er mandag 29. mai klokken 9. Den varer 4 timer (for IN 147A) eller 6 timer. Hjelpemidler Alle trykte og skrevne hjelpemidler er tillatt. Batteridrevet lommekalkulator er lov, hvis den ikke inneholder programmer når eksamen starter. Den vil neppe være til særlig hjelp. Hva slags oppgaver kan forventes fra denne delen? Programmering i C og assembler, for eksempel oversettelse. Et eller annet om datastrukturer. Semaforer og annen parallellstyring (ikke IN147A). Se ellers tidligere års oppgaver. Forelesning Ark 17 av 18

18 Sjekk godkjenningslister Det vil bli lagt ut lister over hvem som har fått godkjent obligatoriske oppgaver. Sjekk disse! Ta kontakt med gruppelærer (eller meg) hvis du mener det er gjort feil. Problemer under eksamen Eksamensdagen vil Sigbjørn og jeg gå runde i eksamenslokalet klokken 10 (og klokken 14 for IN147). Da er det anledning til å stille spørsmål. Lykke til! Forelesning Ark 18 av 18