Lågnivåprogrammering. Föreläsning 2 Lågnivåprogrammering. Binära tal. En enkel modell av datorns inre

Relevanta dokument
Per Holm Lågnivåprogrammering 2014/15 24 / 177. int och double = = 2, 147, 483, 647

Institutionen för datavetenskap 2014/15

F2: Motorola Arkitektur. Assembler vs. Maskinkod Exekvering av instruktioner i Instruktionsformat MOVE instruktionen

System S. Datorarkitektur - en inledning. Organisation av datorsystem: olika abstraktionsnivåer. den mest abstrakta synen på systemet

Datorer och datoranvändning Föreläsningar 2016/17

Föreläsning 1: Intro till kursen och programmering

Grundläggande datavetenskap, 4p

Föreläsning 2. Operativsystem och programmering

Datorer och datoranvändning Föreläsningar 2015/16

EDAA20 Programmering och databaser. Mål komprimerat se kursplanen för detaljer. Om att lära sig programmera. Föreläsning 1-2 Innehåll.

CPU. Carry/Borrow IX. Programräknare

En Von Neumann-arkitektur ( Von Neumann-principen i föreläsning 1) innebär:

Föreläsning 1: Intro till kursen och programmering

Föreläsning 1 & 2 INTRODUKTION

EDAA20 Programmering och databaser. Mål komprimerat se kursplanen för detaljer. Checklista. Föreläsning 1-2 Innehåll. Programmering.

Kursupplägg. Examination. Föreläsning 1: Intro till kursen och. Kursmaterial. programmering. Kursboken: Programmera med a multimedia approach

Extra lab. Nu på fredag kl 8-12 Frivillig Enbart hjälp med projektuppgiften Ingen examination

Övning1 Datorteknik, HH vt12 - Talsystem, logik, minne, instruktioner, assembler

Tentamen den 18 mars svar Datorteknik, EIT070

Digital- och datorteknik

IT för personligt arbete F5

Föreläsning 3-4 Innehåll. Diskutera. Metod. Programexempel med metod

Ext-13 (Ver ) Exempel på RTN-beskrivning av FLEX-instruktioner

Lösningar till tentamen i EIT070 Datorteknik

Föreläsning 3-4 Innehåll

Tentamen den 12 januari 2017 Datorarkitektur med operativsystem, EDT621

Ext-13 (Ver ) Exempel på RTN-beskrivning av FLEX-instruktioner

Tentamen. Datorteknik Y, TSEA28

LABORATION DATORTEKNIK D. Pipelining. Namn och personnummer. Version: (OS,OVA,AN)

Assemblerprogrammering för ARM del 2

HF0010. Introduktionskurs i datateknik 1,5 hp

MATLAB. Python. Det finns flera andra program som liknar MATLAB. Sage, Octave, Maple och...

Datorarkitekturer med operativsystem ERIK LARSSON

Program & programmering

Datormodell. Datorns uppgifter -Utföra program (instruktioner) Göra beräkningar på data Flytta data Interagera med omvärlden

Föreläsning 1 & 2 INTRODUKTION

Inledning. Vad är ett datorprogram, egentligen? Olika språk. Problemlösning och algoritmer. 1DV433 Strukturerad programmering med C Mats Loock

PC-teknik, 5 p LABORATION ASSEMBLERINTRODUKTION

Program kan beskrivas på olika abstrak3onsnivåer. Högnivåprogram: läsbart (för människor), hög abstrak3onsnivå, enkelt a> porta (fly>a 3ll en annan ar

Programmering I Tobias Wrigstad fredag, 2009 augusti 28

Institutionen för elektro- och informationsteknologi, LTH

Datorteknik. Föreläsning 2. Programmering i C och assembler MIPS instruktionsarkitektur. Institutionen för elektro- och informationsteknologi, LTH

Svar till tentamen den 16 december 2013 Datorarkitekturer med operativsystem, EDT621, 7,5 poäng

LABORATION DATORTEKNIK Y,C,I DATORTEKNIK D

I denna laboration undersöker vi hur aritmetiska beräkningar utförs. Vi tittar på olika variabeltyper: 8-bitars, 16-bitars, 32-bitars och flyttal.

Föreläsning 9-10 Innehåll

Grunderna i stegkodsprogrammering

TENTAMEN. Datorteknik. D1/E1/Mek1/Ö Hjälpmedel: Häfte "ARM-instruktioner", A4-format, 17 sidor. Maxpoäng:

Datorteknik. Tomas Nordström. Föreläsning 2. För utveckling av verksamhet, produkter och livskvalitet.

F8: Undantagshantering

Minnet. Minne. Minns Man Minnet? Aktivera Kursens mål: LV3 Fo7. RAM-minnen: ROM PROM FLASH RWM. Primärminnen Sekundärminne Blockminne. Ext 15.

Övning1 Datorteknik, HH vt12 - Talsystem, logik, minne, instruktioner, assembler

Digital- och datorteknik

Mål. Datorteknik. Innehåll. Vad händer med en add-instruktion? Vad händer med en add-instruktion. Instruktioner som bitmönster i minnet

Föreläsning REPETITION & EXTENTA

Föreläsning 8 SLUMPTAL, SIMULERING + INTRODUKTION TILL VEKTORER

Digital- och datorteknik

Lösningar till tentamen i EIT070 Datorteknik

TDDC77 Objektorienterad Programmering

Introduktion till programmering och Python Grundkurs i programmering med Python

Uppgift 1: a) u= a c + a bc+ ab d +b cd

Tentamen. Datorteknik Y, TSEA28

Datorsystemteknik DVG A03 Föreläsning 3

Elektroteknik MF1016 föreläsning 9 MF1017 föreläsning 7 Mikrodatorteknik

CE_O1. Nios II. Enkla assembler-instruktioner.

En något mer detaljerad bild av en processor. De tre delarna i processorn är: Nere 3ll vänster finns e' antal register som används för a' lagra data.

En något mer detaljerad bild av en processor. De tre delarna i processorn är: Nere 3ll vänster finns e' antal register som används för a' lagra data.

LV6 LV7. Aktivera Kursens mål:

CE_O3. Nios II. Inför lab nios2time

Datorsystemteknik DVGA03 Föreläsning 8

Datorarkitektur. Informationsteknologi sommarkurs 5p, Agenda. Slideset 3

Planering av ett större program, del 2 - for och listor. Linda Mannila

TDIU01 - Programmering i C++, grundkurs

Digital- och datorteknik

Digital- och datorteknik

Föreläsning 7 Innehåll. Rekursion. Rekursiv problemlösning. Rekursiv problemlösning Mönster för rekursiv algoritm. Rekursion. Rekursivt tänkande:

Digital- och datorteknik

Program Datorteknik. Kontrollenhet. Exekvering av en instruktion. Abstraktionsnivå: Högnivåspråk. Assemblyspråk. Maskinspråk.

Datorteknik ERIK LARSSON

Styrteknik: MELSEC FX och numeriska värden

Dataminne I/O Stack 0x005D 0x3D SP low byte 0x005E 0x3E SP high byte

Föreläsning 6: Metoder och fält (arrays)

Datorarkitekturer med operativsystem ERIK LARSSON

SCB :-0. Uno Holmer, Chalmers, höger 2 Ex. Induktiv definition av lista. // Basfall

Laboration 2 i Datorteknik- Assemblerprogrammering II

Lär dig programmera! Prova på programmering med enkla exempel! Björn Regnell

Digitala System: Datorteknik ERIK LARSSON

Så fungerar en dator

Läsminne Read Only Memory ROM

General Purpose registers ALU I T H S V N Z C SREG. Antag att vi behöver skriva in talet 25 till register R18

Lösningar till tentamen i EIT070 Datorteknik

ALU:n ska anslutas hur då?

Föreläsning 1-2 innehåll

Studentportalen UNIX-konton (systemansvariga P4118) Lärare: Anna Eckerdal,

Datorteknik. Föreläsning 6. Processorns uppbyggnad, pipelining. Institutionen för elektro- och informationsteknologi, LTH. Mål

In- och Utenheter. Fö 3: In/Ut matning och kopplingsstruktur. Några exempel. Egenskaper. In- och Utenheter. Styrning.

Digital- och datorteknik

Datorteknik ERIK LARSSON

Kompilering och exekvering. Föreläsning 1 Objektorienterad programmering DD1332. En kompilerbar och körbar java-kod. Kompilering och exekvering

Föreläsning 2 Programmeringsteknik och C DD1316. Mikael Djurfeldt

Transkript:

Lågnivåprogrammering Föreläsning 2 Lågnivåprogrammering Förberedelse inför laboration 2. Maskinspråk, assemblerspråk Talrepresentation En enkel dator, komponenter Instruktionsformat, instruktionscykel ME-datorn, ME-assembler Javasatser i ME-assembler Vektorer (överkurs) Normalt programmerar man i högnivåspråk, till exempel Scala, Java eller C++. I undantagsfall kan man behöva skriva program i datorns maskinspråk, till exempel i de allra innersta delarna i ett operativsystem. Då utnyttjar man datorns assemblerspråk. En instruktion i assemblerspråket motsvarar direkt en maskininstruktion men skrivs i symbolisk form, till exempel ADD i stället för operationskoden 001100 (eller vad nu additionsoperationen har för kod). Men även om man inte programmerar på maskinspråksnivå så bör man förstå vad som händer på den nivån! Det underlättar förståelsen av programmering i högnivåspråk. (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 23 / 155 (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 24 / 155 Binära tal En enkel modell av datorns inre CPU Primärminne Se separata bilder. Klocka Hårddisk Skärm In/utenheter Tangentbord Mus Aritmetisklogisk enhet (ALU) Programräknare, PC Register R1 Register R2 Register R3 Buss Adress 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 0000 1111 Innehåll (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 25 / 155 (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 26 / 155

Datorbeskrivning Instruktioner Datorn på föregående bild har alltså: 16 minnesceller om 8 bitar, adresserna 0 15 (0000 1111). I en minnescell lagras en instruktion eller ett positivt heltal (vi har alltså ingen teckenbit). 3registerom8bitar:R1, R2, R3. En programräknare (Program Counter, PC) som håller reda på adressen till den instruktion som står i tur att exekveras. En räkne- och styrenhet som ser till att instruktionerna hämtas och utförs. ADD 00xxyyzz Addera innehållet i registret med nummer xx och registret med nummer yy, lagra resultatet i registret med nummer zz. SUB 01xxyyzz Subtrahera xx - yy, lagra resultatet i zz. LADDA 10xxyyyy Ladda register xx med innehållet i minnescellen med adressen yyyy. LAGRA 11xxyyyy Lagra register xx iminnescellyyyy. VHOPP 0000xxxx Hoppa till (dvs hämta nästa instruktion från) minnescell xxxx om R1 6= R3, annars fortsätt med nästa instruktion. SKRIV 1100xxxx Skriv ut innehållet i minnescell xxxx. (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 27 / 155 (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 28 / 155 Utför instruktioner Ett program... Instruktionscykel: 1 Hämta instruktionen från minnescellen vars adress finns i PC. 2 Utför instruktionen. 3 Uppdatera programräknaren. Normalt: PC = PC + 1 men om instruktionen var VHOPP och R1 6= R3 så blir PC = xxxx. Följande program adderar två tal: Adress Innehåll Läge Symbolkod 0000 10010100 LADDA R1,DATA1 0001 10100101 LADDA R2,DATA2 0010 00011011 ADD R1,R2,R3 0011 11110110 LAGRA R3,SVAR 0100 00000001 DATA1 0101 00000010 DATA2 0110 00000000 SVAR (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 29 / 155 (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 30 / 155

ME en annan dator Parametrar till instruktioner ME-datorn har: 1000 minnesceller om 32 bitar, positiva och negativa heltal. 5registerom32bitar:R1, R2, R3, R4 och R5. Många fler operationer. Fler sätt att adressera (komma åt) värden. Exempel: add r1,100,m(356)! addera innehållet i register r1! och talet 100, lagra summan i! minnescellen med adressen 356 Ett symboliskt assemblerspråk. En emulator där man kan köra program från början till slut eller stegvis. Det finns fyra olika typer av parametrar: 1 Ett konstant värde: det angivna värdet används direkt som parameter. Man kan naturligtvis inte använda denna parametertyp som resultatparameter. 2 Register: ett av registren R1, R2, R3, R4 eller R5. 3 Minne: en av minnescellerna. Skrivs M(adress), till exempel M(356). 4 Minne indirekt: den minnescell vars adress finns i ett av registren. Skrivs M(register), till exempel M(R1). Detta är överkurs! En femte parametertyp, läge, används bara i samband med hopp:: back: sub r1,1,r1... jump back (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 31 / 155 (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 32 / 155 Instruktioner aritmetik Instruktioner hopp och annat move p1,p2 Kopiera p1 till p2. add p1,p2,p3 Addera p1 och p2, lägg resultatet i p3. sub p1,p2,p3 Subtrahera p2 från p1, lägg resultatet i p3. mul p1,p2,p3 Multiplicera p1 och p2, lägg resultatet i p3. div p1,p2,p3 Dividera p1 med p2, lägg resultatet i p3 (heltalsdivision, resten kastas bort). Exempel: add 100,m(25),r1 mul r1,3,r1 move r1,m(30) jump lab Hoppa till lab, som ska vara ett läge. jpos p1,lab Hoppa till lab om p1 >= 0, annars fortsätt exekveringen med nästa sats. jneg p1,lab Hoppa till lab om p1 < 0, annars fortsätt. jz p1,lab Hoppa till lab om p1 = 0, annars fortsätt. jnz p1,lab Hoppa till lab om p1 6= 0, annars fortsätt. read p1 Läs in ett talvärde, lagra det i p1 (detta är egentligen ett anrop till operativsystemet). print p1 Skriv ut p1 (också detta är ett anrop till operativsystemet). stop Avsluta exekveringen. (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 33 / 155 (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 34 / 155

Tilldelningssatser och beräkningar if-satser Satser i Java: x = 10; y = 20; z = 2 * (x + 1) - 3 * y; Vi förutsätter att variablerna x, y och z finns i M(0), M(1) och M(2), och vi använder register för att lagra mellanresultat. ME-assembler: move 10,m(0)! x = 10 move 20,m(1)! y = 20 add m(0),1,r1! r1 = x + 1 mul 2,r1,r1! r1 = 2 * r1 mul 3,m(1),r2! r2 = 3 * y sub r1,r2,m(2)! z = r1 - r2 x = scan.nextint(); y = scan.nextint(); if (x > y) { z = x; else { z = y; System.out.println(z); read m(0)! läs in x read m(1)! läs in y sub m(1),m(0),r1! r1 = y - x jpos r1,else! hoppa om x <= y move m(0),m(2)! z = x; jump comm! hoppa till comm else: move m(1),m(2)! z = y comm: print m(2)! skriv ut z (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 35 / 155 (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 36 / 155 while-satser Om assemblerspråket x = 1; y = 0; while (x < 100) { y = y + x; x = x + 1; System.out.println(y); move 1,m(0)! x = 1 move 0,m(1)! y = 0 loop: sub m(0),100,r3! r3 = x - 100 jpos r3,lpend! hoppa om x >= 100 add m(1),m(0),m(1)! y = y + x add m(0),1,m(0)! x = x + 1 jump loop! hoppa till loop lpend: print m(1)! skriv ut y Man skiljer inte på små och stora bokstäver i program. En add-instruktion kan till exempel skrivas add, ADD, Add,... En kommentar inleds med! och sträcker sig till slutet av raden (motsvarar Javas //). Man kan stoppa in blanka rader var som helst i ett program. (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 37 / 155 (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 38 / 155

METool Indirekt adressering Det finns fyra olika typer av parametrar:... 4. Minne indirekt: den minnescell vars adress finns i ett av registren. Skrivs M(register), till exempel M(R1). Detta är överkurs! Vad ska man nu ha detta till? Jo, till exempel till att adressera vektorer! (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 39 / 155 (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 40 / 155 Vektorer i Java Vektorer i ME En vektor är en datastruktur som tillåter att man sätter ett namn på flera storheter. Man kommer åt de enskilda element i vektorn genom att ge vektorns namn och elementets index (nummer). Index börjar räknas från 0. Exempel, där vi lagrar talen 0, 1, 4, 9,..., 64, 81 i en vektor v och därefter summerar talen: int[] v = new int[10]; for (int i = 0; i < 10; i++) { v[i] = i * i; int sum = 0; for (int i = 0; i < 10; i++) { sum = sum + v[i]; System.out.println(sum); move 0,r1! i = 0 sqr: sub r1,10,r2! r2 = i - 10 jpos r2,sqend! hoppa till sqend om i - 10 >= 0 add 25,r1,r2! r2 = adressen till v[i] mul r1,r1,m(r2)! v[i] = i * i add r1,1,r1! i++ jump sqr sqend: move 0,r3! sum = 0 move 0,r1! i = 0 add: sub r1,10,r2 jpos r2,aend add 25,r1,r2 add r3,m(r2),r3! sum = sum + v[i] add r1,1,r1! i++ jump add aend: print r3! skriv ut sum (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 41 / 155 (roger.henriksson@cs.lth.se) Lågnivåprogrammering 2017/18 42 / 155