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Il processore PD32

Il processore PD32. Set Istruzioni. Set Istruzioni. Sono organizzate in 8 classi Movimento dati Aritmetiche (somma e sottrazione) Tipo Logico Rotazione e shift Operazioni sui bit di stato controllo del programma controllo della macchina ingresso/uscita. Formato Istruzione. int i,j

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Presentation Transcript

  1. Il processore PD32 Set Istruzioni

  2. Set Istruzioni • Sono organizzate in 8 classi • Movimento dati • Aritmetiche (somma e sottrazione) • Tipo Logico • Rotazione e shift • Operazioni sui bit di stato • controllo del programma • controllo della macchina • ingresso/uscita

  3. Formato Istruzione int i,j ……… i = i + j Programma compilatore Codice mnemonico ADDW R2 , R1 Linguaggio Assembly (R2+R1 => R1) Destinazione Tipo di dato Sorgente L (longword) W (word) B (byte) Programma assemblatore (Assembler) 31 29 28 24 23 16 15 14 13 12 11 9 8 6 5 3 2 0 Classe Tipo K pos. I/O L-W-B Modo Sg Sorg. Modo Ds Dest Linguaggio Macchina (PD 32 ogni istruzione è rappresentata con 32 bit)

  4. Formato istruzioni • Ogni istruzione (che non utilizza l’indirizzamento immediato) è lunga 32 bit (4 byte) ed è composta da 9 campi • Alcune istruzioni ignorano alcuni campi CLASSE TIPO DATO K I/O S MODO S SORG MODO D DEST Operandi Codice Operativo Specifica i dati su cui operare Specifica il tipo d’istruzione

  5. Ciclo Istruzione

  6. Ciclo Istruzione - Fetch Il registro “Program Counter” contiene l’indirizzo da cui prelevare l’istruzione da eseguire. Il SCO lo incrementa di 4 ad ogni fetch MEMORIA DI LAVORO Bus memoria • Fetch • PC -> MAR • (MAR) -> MDR • MDR -> IR, PC + 4 -> PC PC Istruzione 1 Istruzione 2 IR = Instruction Register Istruzione 3 Segnali di comando per la SCA e per lo SCO

  7. Alcune istruzioni Assembler • MOVB R1,R2 copia il contenuto del primo byte di R1 in R2 • MOVW R1,(R2) copia il contenuto dei primi 2 byte di R1 nei due byte di memoria il cui indirizzo iniziale è memorizzato in R2 • MOVL (R1),R2 copia in R2 il contenuto dei 4 bytes di memoria il cui indirizzo è specificato in R1 • SUBs R1,R2 sottrai il contenuto del primo, dei primi 2 o i 4 bytes del registro R1 con il corrispondente in R2, il risultato memorizzalo in R2 • ADDs #d,R2 addiziona al contenuto del registro R2 la quantità d di dimensione s.

  8. Esempi di traduzione istruzioni assembler in linguaggio macchina MOVB R4,R3 operandi e modo indiriz. operandi formato dato campo s Codice mnemonico diretto con registro CLASSE TIPO byte 4 3 001 0000 ….. … 00 000 100 000 011 31 29 28 24 23 16 15 14 13 12 11 9 8 6 5 3 2 0 Modo sorg Modo dest

  9. Esempi di traduzione istruzioni assembler in linguaggio macchina (cont.) ADD B #20,R3 operandi e modo indiriz. operandi formato dato campo s Codice mnemonico Indirizzamento Immediato (vedi byte successivo) Indirizzamento diretto con registro CLASSE TIPO byte 3 010 0000 ….. … 00 001 …… 000 011 31 29 28 24 23 16 15 14 13 12 11 9 8 6 5 3 2 0 00010100 7 0

  10. Ciclo Istruzione – Execute Nel PD32 la fase di esecuzione di un ciclo istruzione consiste in un numero variabile di cicli macchina dipendente dal numero di accessi in memoria necessari (oltre al fetch) Uno degli operandi (0x20) è definito nell’istruzione L’assembler lo memorizza nella locazione di memoria esterna immediatamente successiva a quella contenente l’istruzione (indirizzamento immediato) Entrambi gli operandi sono contenuti in registri interni del PD32 (indirizzamento a registro) • ADDW R1, R2 • R1 -> Temp1 • R2 -> Temp2 • ALU-OUT (Temp1+Temp2) -> R2 • (nessun accesso a memoria esterna) • ADDW #20h, R2 • PC -> MAR • (MAR) -> MDR , R2 -> Temp1 • MDR -> Temp2, PC + 2 -> PC • ALU-OUT (Temp1+Temp2) -> R2 • (1 accesso a memoria esterna)

  11. Un esempio di programma assembler • Saldo (S) nelle 2 celle puntate da R5 (dato di una parola) • Tre versamenti (V1,V2,V3) immagazzinati nelle tre coppie di celle consecutive puntate da R4 • Due prelievi (P1,P2) immagazzinati nelle due coppie di celle puntate da R3 S=S+V1+V2+V3-P1-P2

  12. Un esempio di programma assembler

  13. Altre istruzioni JMP SALTO INCONDIZIONATO JZ SALTO CONDIZIONATO HALT FINE PROGRAMMA MOVB #dato,R1 ESTENSIONE SEGNO #dato sui rimanenti bits di R1 00h 00h 00h 00000100 MOVB #3,R4 R4 = FFh FFh FFh 11111111 MOVB #-1,R5 R5 =

  14. Un programma per l’aggiornamento del saldo di un conto bancario

  15. Ipotesi • Tutti i dati sono a 16 bit (word) • Il saldo iniziale è memorizzato nella coppia di celle di indirizzo 00001B00 • I movimenti (versamenti e prelievi) sono memorizzati in posizioni consecutive di memoria, a partire da quella di indirizzo 00001F00 • I movimenti non hanno un ordine particolare: i versamenti sono positivi e i prelievi negativi • Non è noto il numero dei movimenti effettuati • L’ultimo movimento è seguito da una posizione di memoria contente il numero 0

  16. Una prima soluzione

  17. START R5 punta al Saldo R5:=1B00 R4 punta al I vers. R4:=1F00 R0 memorizza il Saldo R0:=(R5) R1 mem. il versamento R1:=(R4) R1:=R1+0 R1=0 ? JZ no Somma al saldo il vers. si R0:=R1+R0 R4 punta al vers. succ. R4:=2+R4 ora in memoria c’è il saldo aggiornato (R5):=R0 HALT

  18. Il codice ASSEMBLER

  19. Una soluzione “equivalente”

  20. START R5 punta al Saldo R5:=1B00 R4 punta al I vers. R4:=1F00 R0 memorizza il Saldo R0:=(R5) Somma al saldo il vers. R0:=R0+(R4) scrivi il saldo in memoria (R5):=R0 R4 punta al vers. succ. R4:=2+R4 Somma al saldo il vers. R0:=(R4)+R0 R1:=R0-(R5) confronta il saldo attuale con il saldo in mem. si JNZ no HALT

  21. Assemblatore • Traduce il codice scritto in assembly in codice macchina • Ad ogni istruzione macchina è associato un codice menmonico • E’ possibile usare riferimenti simbolici • E’ possibile inserire delle direttive che indicano all’assemblatore come procedere nella traduzione • Ad esempio, ORG specifica dove sarà caricato il programma una volta tradotto. Questo serve a tradurre i riferimenti simbolici assoluti nel codice sorgente. • Ad esempio, CODE .. END indicano l’inizio e la fine della sezione codice.

  22. Esempio MOVB #0,R1 • Significato: “Poni a 0 il byte meno signif. di R1” • Codice assembly MOVB #0, R1 Destinazione Tipo (byte) Sorgente ORG 400H CODE movb #0,R1 HALT END 01H 02H 00H 20H 00H 400 istruzione operando

  23. Contenuto memoria 3 2 1 0 400 Prima istruzione 20 00 02 01 Operando 404 ? ? ? 00 Seconda istruzione ?? ?? ?? ? 408 0x20 00 02 01 400: 0010 0000 0000 0000 0000 0010 0000 0001 404: 0000 ….

  24. Esempio MOVB #0,R1 Indirizzo Iniziale

  25. Altro esempio Il codice sarà caricato in posizione 0x600 ORG 600HCODE movw r2, r1 movb #-2, r0HALTEND 2000101081 2000000200 FE 1111 1110 Rappresentazione compl. a 2

  26. Modi di indirizzamento • Stabiliscono la posizione degli operandi • Possono trovarsi nei registri (R0..R7) • In memoria di lavoro (la posizione è stabilita dall’indirizzo di memoria in cui è memorizzato il valore) • Chiamiamo la posizione di un operando Effective Address (EA) • EA può essere pertanto un registro o una locazione di memoria • Il valore di EA deve essere noto al tempo di esecuzione del programma (run-time), può però non essere noto al momento della sua scrittura (compile-time). Ciò consente di ottenere una grande flessibilità

  27. Modi di indirizzamento • Modi diretti • Diretto con registro • Immediato • Assoluto • Modi indiretti • Indiretto con registro • Indiretto con spiazzamento • Relativo • Indiretto con predecremento • Indiretto con postdecremento

  28. Indirizzamento a registro • EA=Ri • Esempio: MOVL R1,R5 (significato: R1->R5)

  29. Indirizzamento immediato • Il dato si trova in memoria immediatamente dopo l’istruzione • Esempio: MOVL #0,R5 (significato: poni 0 in R5)

  30. Indirizzamento assoluto • Esempio: MOVB R1,1280H (sposta il byte basso di R1 nella cella di memoria di indirizzo 1280H. • Tale valore, 1280H, è memorizzato dopo l’istruzione ed è riferito da PC dopo che è stato incrementato) • Effective address = 1280H

  31. Indirizzamento indiretto con registro • Il registro contiene l’indirizzo dell’operando (corrisponde alla nozione di puntatore nei linguaggi di programmazione) • Esempio: MOVL (R5),R1 (significato: sposta in R1 in contenuto della locazione il cui indirizzo è contenuto in R5)

  32. Indirizzamento indirettocon registro e con predecremento • Il registro, opportunamente decrementato, contiene l’indirizzo dell’operando • Esempio: MOVL R1,-(R7) (sposta nella locazione il cui indirizzo è pari al contenuto in R7 meno 4 ciò che è memorizzato in R1)

  33. Indirizzamento indirettocon registro e con postincremento • Il registro contiene l’indirizzo dell’operando, una volta acceduto la memoria il registro viene opportunamente incrementato • Esempio: MOVL (R7)+,R1 (sposta in R1 quanto memorizzato nella locazione il cui indirizzo è pari al contenuto in R7, dopodiché incrementare di 4 ciò che è memorizzato in R7)

  34. Indirizzamento con spiazzamento • L’indirizzo effettivo dell’operando è la somma di un valore base (mem. in un reg.) con il valore di spiazzamento • Esempio: MOVB D(R0),R1 (significato: sposta in R1 il contenuto della cella con indirizzo D+R0)

  35. Indirizzamento relativo • Usato nei salti, per consentire riferimenti relativi e caricare il PC con valori differenti da quelli ottenuti con semplici incrementi. • Esempio: JMP LABEL(PC) (metti nel PC quanto ottenuto dalla somma del contenuto della locazione il cui indirizzo è dato dall’etichetta LABEL con il valore corrente del PC)

  36. Indirizzamento Riepilogo org 400h code movl #20, r1 ; r1=20, ind. immediato addl r1,r1 ; r1=40, ind. a registro movb #0FFh, 800h ;mem[0x800]=0xFF, ind. assoluto movl #800h,r2 ;r2=0x800 movb #0EEh, (r2) ;mem[r2]=0xEE, ind. con registro movb #0FFh, -(r2) ;r2=0x800-0x1=0x7FF, mem[0x7FF]=0xFF ;ind. con predecremento movb #0AAh, (r2)+ ;mem[0x7FF]=0xAA, r2=0x800 ;ind. con postincremento movb #0FFh, 8(r2) ;mem[0x808]=0xFF, r2=0x800 ;ind. con spiazzamento end

  37. Tipi di istruzioni • Set Istruzioni • Sono organizzate in 8 classi • Movimento dati • Aritmetiche (somma e sottrazione) • Tipo Logico • Rotazione e shift • Operazioni sui bit di stato • controllo del programma • controllo della macchina • ingresso/uscita

  38. Istruzioni Movimento dati

  39. Istruzioni MOVs • Sono usate per copiare dati da • Registro-registro • movl r1,r2 • Registro-memoria • movl r1,(r2) • Memoria-registro • movl (r1),r2 • Memoria-memoria • movl (r1),(r2)

  40. Istruzioni aritmetiche

  41. Istruzione CMP CMPL R1,R2

  42. Confronto fra registri Aritmetica non segnata • CMPB R1,R2 (ipotesi: R1,R2>=0) • Equivale ad eseguire R2-R1 senza aggiornare R2 C=1 R1>R2 Z=1  R1=R2 C=0 and Z=0  R1<R2 CMPB R1,R2 Z=0 C=1 Z=1 C=0 R2-R1<0 (R1>R2) not R1=R2 R1<>R2 R2-R1>=0 (R1<=R2) C=0 R1<=R2 Z=0  R1<>R2 Z=1 or C=1  R1>=R2 Z=0 R1<R2

  43. Confronto fra registri Aritmetica segnata R1,R2 rappresentati in complemento a 2 • CMPB R1,R2 • Equivale ad eseguire R2-R1 senza aggiornare R2 N=V R1>=R2 N<>V  R1<=R2 Z=1  R1=R2 Z=0  R1<>R2 CMPB R1,R2 Z=0 Z=1 N<>V N=V R2-R1=0 (R1=R2) R1<=R2 R1<>R2 R2-R1>=0 (R2>=R1) Z=0 Z=0 R1<R2 R2>R1

  44. Esempio … movl #100,r1 movl #99,r2 ; a questo punto del codice, r1 ed r2 ; contengono valori positivi cmpl r1,r2 ;c=1, n=1, z=0 movl #100,r2 cmpl r1,r2 ;c=0, n=0, z=1 movl #101,r2 cmpl r1,r2 ;c=0, n=0, z=0 …

  45. Istruzioni controllo di programma

  46. Istruzioni di controllo esecuzione • Istruzioni di salto incondizionato • JMP, JSR, RET, RETI • Istruzioni di salto condizionato • Jc Label, (salta a Label se c=1), JNc (salta a Label se c<>1) • c qualunque flag: C (Carry), N (Negative) , Z (Zero) V (oVerflow), P (Parity), I (Interrupt Enable) • I flag sono modificati dopo un’istruzione. Si usa solitamente l’istruzione “compare”, CMPs , che equivale ad eseguire una sottrazione ma senza modificare il registro di destinazione • Ex: CMPL R1,R2 (equivale ad eseguire R2-R1, ma senza modificare il registro destinazione R2)

  47. Esempio R1>R2 R1>R2 si: R1>R2 si: R1>R2 no: R1<=R2 no: R1<=R2 I1 I1 I2 I2 cmpl R1 R2 JNC L2 ;se R1<=R2 ;salta ad I2 Istruzione I1 L2: Istruzione I2 cmpl R1 R2 JC L2 ;se R1>R2 ;salta ad I2 Istruzione I1 L2: Istruzione I2

  48. Esempio if R1>R2 then <I1> else <I2> <I3> R1>R2 no: R1<=R2 si: R1>R2 cmpl R1 R2 ;R2-R1 JNC L2 ;se R2<=R1 ;esegui I2 L1: I1 ;ramo then jmp L3 L2: I2 ;ramo else L3: I3 ;continua I2 I1 I3

  49. Istruzioni controllo macchina: CLASSE 0

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