Teemun juustokakku Rekisterien, välimuistin, muistin, levymuistin ja magneettinauhan nopeudet suhteutettuna juuston hakuaikaan juustokakkua tehdessä?

Transkriptio

1 Tietokonejärjestelmän rakenne ttk-91 ja sillä ohjelmointi Tietokone suoritin (CPU) väylä tai väylät laiteohjaimet muiden koneiden kanssa Ethernet, modeemi,... laitteiden kanssa Levy, DVD, CD, Tulostin, ihmisten kanssa Hiiri, näyttö, Peliohjain, 1 2 Tietokoneohjelman sijainti Suoritusaikana ssa Muuna aikana esim. levyllä, verkossa, tms. suoritin (CPU) Suoritusaikainen talletus Teemun juustokakku Rekisterien, välin, n, levyn ja magneettinauhan nopeudet suhteutettuna juuston hakuaikaan juustokakkua tehdessä käsi pöytä jääkaappi kuu Europa (Jupiter) väylä tai väylät pitkäaikainen talletus Porina: Miksi eri aikaan eri paikassa 3 1 sek 0.5 sek (väli- 10 sek 12 pv 4 v (rekisteri) ) () (levy) (nauha, ihminen) Äänestys: Mikä on eniten pielessä 5 vuoden päästä 4 Suorituksenaikainen suorittimen ja n sisältö suoritin konekäskyjen suorituspiirit: suoritettava käsky väli väylä kirjastorutiinit Suoritettava ohjelma laiterekisterit käyttöjärjestelmä data Mitä ohjelma tekee Ohjelman esitysmuoto: Konekieli Suorittimen konekielen käskykanta määrittelee tietokoneen käskykanta-arkkitehtuurin ISA - Instruction Set Architecture Ohjelma keskusssa konekielisenä (TTK-91) Konekielinen käsky 0: : : : : : lukuna DEC: DEC: DEC: HEX: HEX: E8 HEX: Kertausluento luennoista 1-3 1

2 Ohjelman esitysmuoto: symbolinen konekieli Usein symbolisella konekielellä käsky jaettu osiin (kenttiin) joidenkin kenttien arvot kuvattu symboleilla helpompi ihmisten lukea ja kirjoittaa Symb. konekieli LOAD R0, =100 LOAD, 100 DIV, R0 JZER 6 STORE, 228 NOP Konekielinen käsky käskyt data Esitysmuotoja sisältö arvo (Sta06 Fig 10.11) Computer Organization II, Spring 2009, Tiina Niklander Symboli (nimi) 8 Operaatio 8 bit TTK-91 konekieli Rj 3 b M 2b Ri 3 b Attribuutti (arvo tai ) 16 bittiä Suorittimen toiminta Käskyn nouto Kukin käsky 32 bittiä. Oma operaatiokoodi kullakin käskyllä Käskyn rekisterien ja attribuuttien tulkinta riippuu käskystä ja osoitusmuodosta (M) Tietotyyppi: Vain 32-bittinen kokonaisluku EI: merkkejä, liukulukuja, totuusarvoja 9 Keskeytysten tarkastaminen Käskyn suoritus Ohjelmalaskurin kasvatus PC = PC+1 10 Tiedon sijainti suoritusaikana Muistissa (=keskusssa) iso hidas data-alueella vai konekäskyssä vakiona Rekisterissä pieni nopea Esim. 256 MB, tai 64 milj. 32 bitin sanaa Esim. 10 ns Esim. 256 B, tai 64 kpl 32 bitin sanaa Esim. 1 ns TTK-91: 8 kpl + PC +... Milloin muuttujan X arvo pidetään ssa ja milloin rekisterissä Missä päin a Miten siihen viitataan 11 Tiedon sijainti suoritusaikana Rekisteri (nopein) kääntäjä päättää milloin muuttujan arvo on rekisterissä Väli (nopea) laitteisto hoitaa automaattisesti joillekin alueille Muisti (hidas) kääntäjä/lataaja valitsee sijaintipaikan globaali data ohjelman latauksen yhteydessä vakiot konekäskyssä ohjelma sijoittaa suoritusaikana aliohjelmien paikalliset muuttujat, parametrit käyttöjärjestelmä sijoittaa suoritusaikana dynaaminen data keossa suorituksen aikana Levy, levypalvelin (liian hidas, ei mahdollista) vaatii käyttöjärjestelmän varusohjelmien apua 12 Kertausluento luennoista 1-3 2

3 Porinaa Kuka päättää ja milloin, josko paikan 0x4A86BB00 (muuttuja Big) sisältö on jonkin tietyn konekäskyn suoritushetkellä välissa tai ei Mitä suoritin tekee sillä aikaa, kun välista puuttuva tieto haetaan sta 13 Miten tietoon viitataan Tieto ssa osoitteen (esim. 0x6F tai ) avulla symbolin (esim. HenkTunn tai X) avulla symbolista konekieltä käytettäessä symbolin arvo on HenkTunn = 0x6F123456, X = (heksadesimaali) (desimaali) Tieto välissa samalla tavalla kuin jos tieto olisi ssa viittaushetkellä ei tiedetä, kummasta paikasta tieto lopulta löytyy tai kauanko viittaamiseen kuluu aikaa! Tieto rekisterissä rekisterin osoitteen (esim. nro 6 tai 18) avulla symbolinen konekieli: R3, FP, F5, I2, jne Tieto konekäskyssä (vakiona) oletusarvoisesti käskyssä on vain yksi paikka tiedolle 14 muuttujan X on symbolin X arvo X DC Tieto ja sen LOAD, =X LOAD R2, X symbolin X arvo 230 int x =12; muuttujan X muuttujan X arvo Muuttujan X on 230 Muuttujan X arvo on Symbolin X arvo on 230 X=230: 12 symbolit ovat yleensä olemassa vain käännösaikana virheilmoituksia varten symbolitaulua pidetään joskus yllä myös suoritusaikana Tiedon osoitusmuodot TTK-91 Välitön operandi (ei osoitusta) OPER Rj, =ADDR(Ri) M=00 Suora indeksoitu osoitus OPER Rj, ADDR (Ri) M=01 Epäsuora indeksoitu osoitus OPER HUOM: ei R0 M= Muistitilan käyttö yhdelle ttk-91 ohjelmalle P BASE LIMIT 0: iso: P 0: SP HP Ohjelmakoodi Globaalit muuttujat ja tietorakenteet Pino (stack) aliohjelmien toteuttamista varten (myös paikalliset muuttujat) Vapaa tila Keko (heap) dynaamisesti (esim. Javan new ) varattavia alueita varten (ei ttk-91:ssa ) 17 TTK-91 laitteisto suoritin - CPU ALU CU väylä (kirjastorutiinit) rekisterit (käyttöjärjestelmä) MMU (sisältää välin) ohjelma data laiteohjaimet 18 Kertausluento luennoista 1-3 3

4 Ohjelmoinnin peruskäsitteet Aritmeettinen lauseke miten tehdä laskutoimitukset Yksinkertaiset tietorakenteet yksiulotteiset taulukot, tietueet Kontrolli mistä seuraava käsky valinta: if-then-else, case toisto: for-silmukka, while-silmukka aliohjelmat, virhetilanteet Monimutkaiset tietorakenteet listat, moniulotteiset taulukot For lauseke for (int i=20; i < 50; ++i) T[i] = 0; Olisiko parempi pitää i:n arvo rekisterissä Miksi Milloin Mikä on i:n arvo lopussa Onko sitä olemassa Entä jos toisenlainen toisto-semantiikka I DC 0 LOAD, =20 STORE, I Loop LOAD R2, =0 STORE R2, T() STORE, I LOAD R3, I COMP R3, =50 JLES Loop X = 14325; Xlog = 1; Y = 10; while (Y < X) { Xlog++; Y = 10*Y } Mitä kannattaa pitää ssa While-do -lauseke LOAD, =14325 STORE, X LOAD, =1 ; =Xlog LOAD R2, =10 ; R2=Y While COMP R2, X JNLES Done MUL R2, =10 JUMP While Done STORE, Xlog ; talleta tulos STORE R2, Y Mitä kannattaa pitää missä rekisterissä ja milloin X in R3 21 Koodin generointi Kääntäjän viimeinen vaihe voi olla 50% käännösajasta Tavallisen koodin generointi alustukset, lausekkeet, kontrollirakenteet Optimoidun koodin generointi käännös kestää (paljon) kauemmin suoritus tapahtuu (paljon) nopeammin milloin globaalin/paikallisen muuttujan X arvo kannattaa pitää rekisterissä ja milloin ei missä rekisterissä X:n arvo kannattaa pitää joskus :ssä, joskus R5:ssä 22 Taulukon indeksitarkistus (1) for (int i=20; i < 50; ++i) T[i] = 0; I DC 0 T Tsize DS 50 ; data DC 50 ; koko Voisiko toiston kontrollia ja indeksin tarkistusta yhdistää Optimoiva kääntäjä osaa! LOAD, =20 STORE, I Loop LOAD R2, =0 JNNEG, ok1 ok1 ok2 SVC SP,=BadIndex COMP, Tsize JLES ok2 SVC SP, =BadIndex STORE R2, T() STORE, I ; 50 OK! LOAD R3, I COMP R3, =50 JLES Loop (kesk.) 23 Moniulotteiset taulukot (3) Talletus riveittäin C, Pascal, Java Talletus sarakkeittain Fortran 3- tai useampi ulotteiset vastaavalla tavalla! T: T[0][0] T[1][0] T[2][0] T[3][0] T[0][1] T[1][1] T[2][1] T[...][...] T: T[0][0] T[0][1] T[0][2] T[1][0] T[1][1] T[1][2] T[2][0] T[...][...] 24 Kertausluento luennoista 1-3 4

5 : -1 R2: 132 R2: 0 R2: 77 R2: 33 Linkitetty lista First Data Next Data Next Data Next 2-sanainen tietue First=200: 211 list_sum.k91 211: 222: 255: Data EQU 0 ; suht. Next EQU 1 Sum DC 0 Main LOAD, First ; ptrrec JNEG, Done LOAD R2,=0 ; sum Loop ADD R2, Data() LOAD, Next() JNNEG, Loop Done STORE R2, Sum SVC SP, =HALT Virhe, entä jos bugi! tyhjä Missä lista! Luennon loppu -- Konrad Zuse: Z1 (1938) mekaaninen laskin, kellotaajuus 1 Hz (käännä kampea!) kertolasku 5 s data 64W à 24b ohjelma reikänauhalta (filmiltä) 26 Kertausluento luennoista 1-3 5