Προγραμματισμός σε επίπεδο μηχανής

Προηγούμενα θέματα για σκέψη

• Βλέπετε στην οθόνη της τηλεόρασης τις στατιστικές ενός αγώνα. Από ποιές μονάδες υπολογιστή(ών) έχουν περάσει μέχρι να φτάσουν στην οθόνη σας;
• Γράψτε βήμα προς βήμα τους κύκλους εντολών που θα εκτελεστούν για τον πολλαπλασιασμό ενός αριθμού που βρίσκεται στον ΓΚ2 με το 5.
• Τι περιφερειακές συσκευές περιλαμβάνει το μηχάνημα αυτόματης συναλλαγής μιας τράπεζας;

Οικογένειες επεξεργαστών

• Χαρακτηριστικά ενός επεξεργαστή
• Αρχικοί επεξεργαστές
• Οικογένειες επεξεργαστών
  • IBM 360
  • CDC 6600
  • Digital PDP-11, VAX, Alpha
  • Intel 4004, 8008, 8080, 8086
  • Motorola 68000
  • MIPS
  • SPARC
  • Power PC

Η οικογένεια επεξεργαστών iAPX86

• 8080 (8 bit, ο πρόγονος)
• 8086/8088 (16 bit)
• 80286 (24 bit, προστατευμένος ρυθμός)
• 80386 (32 bit, ιδεατή μνήμη)
• 80486 (απόδοση, μαθηματικός επεξεργαστής)
• Pentium (παράλληλη εκτέλεση εντολών)
• Pentium MMX (εκτέλεση πολλαπλών δεδομένων)

Παράσταση εντολών

• Δυαδική παράσταση: 01000011
• Συμβολική παράσταση: INC BX
• Το δεκαεξαδικό (hexadecimal) σύστημα

  0000   0    0
  0001   1    1
  0010   2    2
  0011   3    3
  0100   4    4
  0101   5    5
  0110   6    6
  0111   7    7
  1000   8    8
  1001   9    9
  1010   A   10
  1011   B   11
  1100   C   12
  1101   D   13
  1110   E   14
  1111   F   15
  

Καταχωρητές

• Το μοντέλο καταχωρητών ειδικής χρήσης
• Καταχωρητές δεδομένων
  • AX (AH/AL): Συσσωρευτής (Accumulator)
  • BX (BH/BL): Βάση μνήμης
  • CX (CH/CL): Μετρητής
  • DX (DH/DL): Πολλαπλασιασμός, διαίρεση
• Καταχωρητές διευθύνσεων
  • SP: (stack pointer) Δείκτης στοίβας (Stack pointer)
  • BP: (base pointer) Βάση μνήμης
  • SI: (source index) Δείκτης προέλευσης
  • DI: (desination index) Δείκτης προορισμού
• Καταχωρητές τμημάτων μνήμης
  • CS: (code segment) Τμήμα εντολών
  • DS: (data segment) Τμήμα δεδομένων
  • SS: (stack segment) Τμήμα στοίβας
  • ES: (extra segment) Πρόσθετο τμήμα
• Καταχωρητές ελέγχου
  • IP: (instruction pointer) Μετρητής εντολής
  • FLAGS: Ενδείκτες (Flags)

Προσδιορισμός τελεστέων

• Περιεχόμενο καταχωρητή: AX
• Άμεσος τελεστέος (Immediate operand): 1234
• Άμεση διεύθυνση (Direct address): [1234]
• Έμμεση διεύθυνση από καταχωρητή (Register indirect address): [BX]
• Διεύθυνση με βάση (Based address): [1234 + BX]
• Διεύθυνση με δείκτη (Indexed address): [1234 + SI]
• Διεύθυνση με δείκτη και βάση (Based indexed address): [1234 + BX + SI]

• Καταχωρητής, Καταχωρητής (π.χ. ADD AX, BX)
• Καταχωρητής, Άμεσος (π.χ. SUB CX, 3)
• Καταχωρητής, Μνήμη (π.χ. ADD DX, [54 + SI])
• Μνήμη, Καταχωρητής (π.χ. SUB [54 + SI], AL)
• Μνήμη, Άμεσος (π.χ. MOB [12 + BP + SI], 45)

Ενδείκτης διακλάδωσης

CF:

(Carry flag)
Κρατούμενο (Carry):
1 αν η πράξη δημιούργησε κρατούμενο.

ZF:

(Zero flag)
Μηδέν:
1 αν το αποτέλεσμα της πράξης είναι 0.

SF:

(Sign flag)
Πρόσημο (sign)
1 αν το αποτέλεσμα είναι αρνητικός αριθμός.

PF:

(Parity flag)
Ισοτιμία
1 αν το αποτέλεσμα έχει μονό αριθμό από bit που είναι 1.

OF:

(Overflow flag)
Υπερχείλιση:
1 αν το αποτέλεσμα δε μπορεί να παρασταθεί ως θετικός η αρνητικός αριθμός.

Εντολές μεταφοράς δεδομένων

MOV προορισμός, πηγή

(Move)
Μεταφορά
προορισμός <- πηγή

PUSH πηγή

Μεταφορά στη στοίβα
SP <- SP - 2
[SP] <- πηγή

POP προορισμός

Μεταφορά από τη στοίβα
προορισμός <- [SP]
SP <- SP + 2

XCHG προορισμός, πηγή

(Exchange)
Εναλλαγή
προορισμός <- πηγή
πηγή <- προορισμός
(ταυτόχρονα)

Αριθμητικές εντολές

ADD προορισμός, πηγή

(Add)
Πρόσθεση
προορισμός <- προορισμός + πηγή

INC προορισμός

(Increment)
Αύξηση κατά ένα
προορισμός <- προορισμός + 1

SUB προορισμός, πηγή

(Subtract)
Αφαίρεση
προορισμός <- προορισμός - πηγή

DEC προορισμός

(Decrement)
Μείωση κατά ένα
προορισμός <- προορισμός - 1

NEG προορισμός

(Negate)
Αλλαγή προσήμου
προορισμός <- - προορισμός

CMP προορισμός, πηγή

(Compare)
Σύγκριση
Εκτελείται η πράξη προορισμός - πηγή και ενημερώνονται οι ενδείκτες διακλάδωσης.

MUL πηγή

(Multiply)
Πολλαπλασιασμός
DX:AX <- AX * πηγή

DIV πηγή

(Divide)
Διαίρεση
AX <- AX / πηγή
DX <- AX mod πηγή

Εντολές δυαδικών ψηφίων

AND προορισμός, πηγή

Σύζευξη
προορισμός <- προορισμός & πηγή

OR προορισμός, πηγή

Διάζευξη
προορισμός <- προορισμός | πηγή

XOR προορισμός, πηγή

Αποκλειστική διάζευξη
προορισμός <- προορισμός ^ πηγή

NOT προορισμός

Αντιστροφή
προορισμός <- ~ προορισμός

TEST προορισμός, πηγή

Έλεγχος

SHL προορισμός, αριθμός

(Shift left)
Ολίσθηση (Shift) αριστερά
προορισμός <- προορισμός << πηγή

SHR προορισμός, αριθμός

(Shift right)
Ολίσθηση δεξιά
προορισμός <- προορισμός >> πηγή

SAR προορισμός, αριθμός

(Shift arithmetic right)
Αριθμητική ολίσθηση δεξιά
προορισμός <- προορισμός >> πηγή

ROL προορισμός, αριθμός

(Rotate left)
Περιστροφή αριστερά

ROR προορισμός, αριθμός

(Rotate right)
Περιστροφή δεξιά

Εντολές άλματος

JMP προορισμός

Άλμα

CALL προορισμός

Κλήση

RET

(Return)
Επιστροφή

JA/JNBE προορισμός

(Jump above)
Άλμα αν μεγαλύτερο (χωρίς πρόσημο)

JAE/JNB προορισμός

(Jump above or equal)
Άλμα αν μεγαλύτερο ή ίσο (χωρίς πρόσημο)

JB/JNAE προορισμός

(Jump bellow)
Άλμα αν μικρότερο (χωρίς πρόσημο)

JBE/JNA προορισμός

(Jump below or equal)
Άλμα αν μικρότερο ή ίσο (χωρίς πρόσημο)

JC προορισμός

(Jump carry)
Άλμα αν κρατούμενο

JNC προορισμός

(Jump no carry)
Άλμα αν όχι κρατούμενο

JE/JZ προορισμός

(Jump equal)
Άλμα αν ίσο

JNE/JNZ προορισμός

(Jump not equal)
Άλμα αν όχι ίσο

JG/JNLE προορισμός

(Jump greater)
Άλμα αν μεγαλύτερο (με πρόσημο)

JGE/JNL προορισμός

(Jump greater or equal)
Άλμα αν μεγαλύτερο ή ίσο (με πρόσημο)

JL/JNGE προορισμός

(Jump less)
Άλμα αν μικρότερο (με πρόσημο)

JLE/JNG προορισμός

(Jump less or equal)
Άλμα αν μικρότερο ή ίσο (με πρόσημο)

JO προορισμός

(Jump overflow)
Άλμα αν υπερχείλιση

JNO προορισμός

(Jump no overflow)
Άλμα αν όχι υπερχείλιση

JS προορισμός

(Jump sign)
Άλμα αν πρόσημο

JNS προορισμός

(Jump no sign)
Άλμα αν όχι πρόσημο

Βιβλιογραφία

• Ralf Brown and Jim Kyle. PC Interrupts: A Programmer's Reference to BIOS, DOS, and Third-party Calls. Addison-Wesley, 1991.

• Intel Corporation. iAPX 86, 88 User's Manual. Intel Corporation, 1981.

• Intel Corporation. i486 Processor Programmer's Reference Manual. McGraw-Hill, 1990.

• John L. Hennessy and David A. Patterson. Computer Architecture: A Quantitative Approach, pages 153–160. Morgan Kaufmann Publishers, 1990.

• Motorola Semiconductors. M68000 16/32-Bit Microprocessor Programmer's Reference Manual. Motorola Semiconductors, fourth edition, 1984.

• Bud E. Smith and Mark T. Johnson. Programming the Intel 80386. Scott, Foresman and Company, 1987.

Ασκήσεις

• Γράψτε σε συμβολική γλώσσα σειρά εντολών που να θέτουν τις διευθύνσεις από 1000 - 2000 σε 0.
• Γράψτε σε συμβολική γλώσσα σειρά εντολών που να αποθηκεύουν στις διευθύνσεις από 1000 - 1200 τους άρτιους αριθμούς από 0 - 400.
• Γράψτε σε συμβολική γλώσσα σειρά εντολών που να μεταφέρουν τα περιεχόμενα των διευθύνσεων από 1000 - 2000 στην περιοχή 4000.
• Υπολογίστε πόσες εντολές θα εκτελεστούν για την παραπάνω διαδικασία.
• Αν ο υπολογιστής εργάζεται με ρολόι 133MHz και εκτελεί μια εντολή κάθε δύο κύκλους σε πόσο χρόνο θα εκτελεστεί η παραπάνω διαδικασία;
• Περιγράψτε πως εκτελείται από την ΚΜΕ η εντολή SUB [1234+BX+SI], CX.

• Περιεχόμενα

 Τελευταία αλλαγή: Δευτέρα, 2 Αυγούστου 2004 12:27 πμ
 Εκτός αν αναφέρεται κάτι διαφορετικό, όλο το πρωτότυπο υλικό της σελίδας αυτής του οποίου δημιουργός είναι ο Διομήδης Σπινέλλης παρέχεται σύμφωνα με τους όρους της άδειας «Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Greece License».