TIEP114 Tietokoneen rakenne ja arkkitehtuuri, 3 op. Assembly ja konekieli

Transkriptio

1 TIEP114 Tietokoneen rakenne ja arkkitehtuuri, 3 op Assembly ja konekieli

2 Tietokoneen ja ohjelmiston rakenne Loogisilla piireillä ja komponenteilla rakennetaan prosessori ja muistit Prosessorin rakenne määrää sen minkälaisia käskyjä sille voidaan antaa -> käskykanta (Instruction set) Konekieli on joukko binäärisiä sanoja jotka vastaavat prosessorin käskyjä Assembly kieli antaa binäärisille bittijoukoille paremmin muistettavat vastineet, esim M=M-1 Jokaiselle prosessorityypille on oma konekieli ja siten myös assembly kieli Korkeantason kieli Virtual machine Assembly kieli Konekieli Tietokonealusta Loogiset piirit

3 Tietokoneen toiminta HACK tietokone Hae A-käsky Suorita A-Käsky Hae C-käsky Suorita C-Käsky Toista alusta Normaali tietokone Hae käsky Suorita käsky Toista alusta

4 // C# koodia // Adds int i = 1; int sum = 0; while (i <= 5){ sum += i; Console.WriteLine(sum); i++; } Esimerkkiohjelma // PSEUDO Assembly koodia Alusta muuttujat i=1 ja sum=0 (varaa niille paikka muistista) (LOOP) Laske i-5 Jos ALU output > 0 niin indeksi liian suuri, hyppää LOPPU:un muuten (ALU output <= 0) kasvata summaa kasvata indeksiä hyppää LOOP:iin (LOPPU) Lopeta ohjelma

5 // Hack assembly // assembler -kääntäjää valitsee muistipaikan, jonne i tallennetaan M=1 // i=1 (sijoitetaan indeksin aloitusarvo yo. // assembler -kääntäjää valitsee muistipaikan, jonne sum tallennetaan M=0 // sum=0 (alustetaan summa nollaksi tallentamalla 0 sum -muuttujan muistipaikkaan) (LOOP) // määrittää // Asetetaan A rekisterin arvoksi i -parametrin muistipaikka D=M // D=M[i] haetaan RAM muistin (M) osoitteesta i lukuarvo, tallennetaan D // asetetaan A rekisteriin arvo 5 D=D-A // D=i-5 käytetään A rekisterin arvoa vakiona, ja vähennetään se indeksin i arvosta, ja tallennetaan D // asetetaan A rekisteriin mahdollinen hyppy osoite (PC:n uusi arvo) eli (END) rivin alapuolella olevan rivin osoite D;JGT // If (i-5)>0 goto END // tutkitaan onko D positiivinen (jolloin hypätään (END) - kohtaan) vai negatiivinen (ei hypätä, vaan jatketaan seuraavalle // Asetetaan A rekisteriin i:n osoite D=M // D=M[i] haetaan i:n arvo muistista osoitteesta M[i] ja tallennetaan D // asetetaan A rekisterin arvoksi sum parametrin osoite M=D+M // sum=i+sum // haetaan muistista M[sum] arvo yo. osoitteesta, lisätään se D rekisterin arvoon ja tallennetaan muistiin M[sum] // Asetetaan A rekisteriin i:n osoite M=M+1 // i=i+1 // haetaan i:n arvo yo. osoitteesta, lisätään siihen 1 ja tallennetaan samaan // asetetaan A rekisteriin (LOOP) tekstin alapuolella olevan koodirivin numero (muistipaikka ROM muistissa) 0;JMP // Goto LOOP // lasketaan "nolla", ja riippumatta laskutoimituksen tuloksesta asetetaan ohjelmalaskurin (PC):n arvoksi yo. ROM muistipaikka (END) // määrittää // Kirjan tekijöiden tapa lopettaa ohjelman suoritus (menemällä ikuiseen silmukkaan lopuksi) 0;JMP // Infinite loop

6 Assembly -käskyt Missä value on ei-negatiivinen kokonaisluku Binäärisenä: 0vvv vvvv vvvv vvvv Käytetään lukuarvon tallentamiseen A rekisteriin A rekisterin arvoa voidaan käyttää kolmella eri tavalla Tallennetaan vakio arvo (A = value) Valitaan RAM muistipaikka (register = RAM[A]) Valitaan ROM muistin seuraava suoritettava käsky (muistipaikka) (PC = A) A-Instruction:ia täytyy seurata C-Instruction, joka määrää mitä A rekisteriin tallennetulla lukuarvolla tehdään

7 Assembly -käskyt // A=47 D=A // // A=47 D=M // // A=47 0;JMP // Ladataan PC:lle uusi arvo (ROM muistin muistipaikka, josta ohjelman suoritusta jatketaan)

8 Assembly -käskyt C-Instruction dest=comp;jump dest = M, D, MD, A, AM, AD, AMD tai null Kertoo minne laskutoimituksen comp tulos tallennetaan jump = JGT, JEQ, JGE, JLT, JNE, JLE, JMP tai null Kertoo millä ehdolla hypätään (ladataan ohjelmalaskurille (PC) uusi arvo) comp = 0, 1, -1, D, A,!D,!A, -D, -A, D+1, A+1, D-1, A-1, D+A, D-A, A-D, D&A, D A, M,!M, -M,M+1, M- 1, D+M, D-M, M-D, D&M, D M Kertoo ALU:lle mikä operaatio suoritetaan Ja minkä rekisterin/muistipaikan arvoja käytetään operaatiossa

9 // D=A // // D=M // // ;JMP // 111accccccdddjjj comp dest jump Binäärinen: a c1 c2 c3 c4 c5 c6 d1 d2 d3 j1 j2 j3 C-instruction Not used

10 Comp(ute) (a=0) c1 c2 c3 c4 c5 c6 (a=1) D A M!D !A !M -D A M D A M+1 D A M-1 D+A D+M D-A D-M A-D M-D D&A D&M D A D M

11 Hyppykäskyt j1 j2 j3 (out < 0) (out = 0) (out > 0) Mnemonic Effect null No jump JGT If out > 0 jump JEQ If out = 0 jump JGE If out 0 jump JLT If out < 0 jump JNE If out 0 jump JLE If out 0 jump JMP Jump Mnemonic muistisääntö (assembly kielinen toteutus)

12 Dest(ination) d1 d2 d3 Mnemonic Destination (minne tallennetaan) null Operaation tulosta ei tallenneta M Memory[A] (RAM muistipaikka A) D D register MD Memory[A] and D register A A register AM A register and Memory[A] AD A register and D register AMD A register, Memory[A], and D register

13 WHILE logiikka //while condition { //while (10-y<0) { while (y<10) { code block 1 // esim. y++ } code block 2 Assembly kielen käytäntö (LOOP) // D=10-y tai D=y-10 D // not condition // tallennetaan D:hen False // ehto, jolla D;JEQ // D 0 code block 1 //y++ 0;JMP (END) // D=0 false code block 2 True = -1 = ( ) 2 False = 0 = ( ) 2

14 IF logiikka //if condition { if (x!= 0) { code block 1 } else { // x==0 code block 2 } code block 3 Assembly kielen käytäntö D // negatoitu ehto (not x) // D =!x // jos x=0 -> D=!x=-1 (bin) // jos x=-1 -> D=!x=0 D;JEQ // if D==0 then jmp // else x==0 (D 0) code block 0;JMP (IF_TRUE) // (x!= 0) code block 1 (END) code block 3 True = -1 = ( ) 2 False = 0 = ( ) 2

15 Code block 1 Draw_letter(A); Code block 2 Draw_letter(A); Code block 4 void Draw_letter(Char x) { Code block 3 } // minne? miten palataan? // jossain ROM muistissa (DRAW_LETTER) Code block 3 // paluuosoite A=M // RAM muistista 0;JMP Aliohjelmakutsu Code block 1 Assemblynä // paluuosoite aliohjelmasta, // joka tallennetaan takaisin // 0;JMP (PALUUOSOITE) // tänne Code block 2 0;JMP (PALUUOSOITE2) // vai tänne Code block 4 Assemblynä

16 Tietokoneen rakenne - väylä

17 Muisti ROM muisti, ladataan konekielinen ohjelma RAM muisti, käytetään ohjelman parametrien tallentamiseen I/O laitteet, näyttö ja näppis Memory-mapped I/O I/O laitteet kytketty samaan väylään kuin muisti Laitteilla oma muistiosoite Meillä RAM muistin jatkeena

18 RAM muisti Osoitteet (2^14 osoitetta, 14 bittinen osoite) Normaalia RAM muistia 16K Osoitteet Näyttö 8192 (8k) muistipaikkaa 256 riviä, 512 pikseliä per rivi Mustavalkoinen näyttö Pikselin väri voidaan tallentaa yhteen bittiin 256*512*1 = bittiä Yhteen muistipaikkaan voidaan tallentaa 16 bittiä /16 = 8192 muistipaikkaa Ei voida lukea, muistipaikkaan bittejä kirjoittamalla (muuttamalla 0 -> 1) saadaan pikseli mustaksi Osoite Näppäimistön muistiosoite Voidaan lukea mitä näppäintä on painettu