1 / 143

Maskinnära programmering i C

Maskinnära programmering i C. Föreläsning 5 Mats Brorsson. IS1200 Datorteknik. F1. F2. Ö1. F3. Ö2. Assemblerprogram. F4. Ö3. lab nios2time. C. F5. Ö4. hemlab C. In- och utmatning. F6. Ö5. Ö6. lab nios2io. Avbrott och "trap". F7. Ö7. lab nios2int. Cacheminnen. F8.

tao
Download Presentation

Maskinnära programmering i C

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Maskinnäraprogrammering i C Föreläsning 5 Mats Brorsson

  2. IS1200 Datorteknik F1 F2 Ö1 F3 Ö2 Assemblerprogram F4 Ö3 lab nios2time C F5 Ö4 hemlab C In- och utmatning F6 Ö5 Ö6 lab nios2io Avbrott och "trap" F7 Ö7 lab nios2int Cacheminnen F8 Ö8 hemlab cache Trådar, synkronisering F9 Ö9 hemlab trådar F10 Ö10 tentamen

  3. Hemlaboration 1:Maskinnäraprogrammering i C • Pekare, array, struct, mallocmedmera • Lab-PM + C-kodpåwebben, kompileraochkörmedvalfri C-kompilator • Svarapå alla frågor, tänkefter: "Varför?" • Muntligredovisning, 2 studentermed 1 lärare • Läshttp://www.ict.kth.se/courses/IS1200/bokade.txt • Mejlatillis1200@ict.kth.seochbokaGealltidfleraalternativatider

  4. C jämfört med andra språk • Java • objekt, referenser, garbage-collection, byte-code, starkttypsystem • C • ingaobjekt, pekare, malloc/free, maskinnära, stöd för enkladatatyper • Assembler • ingatyperalls, adresser, ingeninbyggdfelkontroll

  5. Den här föreläsningen • Enkladatatyperochdatarepresentation: Heltal, flyttal, • Merkompliceradedatatyper (struct, array) • Satserochblock • Pekare, pekar-aritmetik • Lagring av globalaochlokalavariabler • Stack • Heap • Alla exempelmedhandöversättningtillassemblerkodanvänderNios II assemblersyntax

  6. Rekommenderad litteratur • Häftet"C för densomkan Java" • Kanhämtassom PDF, http://www.nada.kth.se/datorer/haften/java2c/ • Tips för densomvillläsaännumer: • Bilting, Skansholm: Vägentill C • Kernighan, Ritchie: The C Programming Language • Jonas Skeppstedt, Christian Söderberg, Writing efficient C code : a thorough introduction for Java programmers, http://writing-efficient-c-code.com/

  7. C för dig somkanJava Dittförsta C-program main(intargc, char *argv[]) { printf(“hello, world\n”); } Samma program iJava: public class Hello { public staticvoidmain(String[] args) { System.out.println("Hello World!"); } }

  8. Datatyper i C Mats Brorsson KTH

  9. Den här föreläsningen • Enkladatatyperochdatarepresentation: Heltal, flyttal, • Merkompliceradedatatyper • Uttryck, satser, block • Pekare, pekar-aritmetik • Lagring av globalaochlokalavariabler • Stack • Heap

  10. Lär dig denna tabell utantill! Ex: 0110 1000 1010 0001 = 0x68A1 Ett tal som börjar med 0x är i hexadecimal notation Hexadecimala talsystemet

  11. C – inledning • Syntaxenliknar Java • Körningenbörjarmedfunktionenmain • Inga funktionerkörsommaninteanropardem • "Metoderna" kallasfunktioner i C • en Java-metodtillhör en klassochmodifierarobjektmen C haringaklasserochingaobjekt

  12. C – inledning • Inga referenser, men pekare • en pekare är en minnesadress med viss typkontroll • kraftfullt, men lätt att göra fel • Inga objekt, men poster: struct • som objekt utan metoder, innehåller bara data • Ingen "new", ingen garbage-collection • biblioteksfunktionen malloc reserverar minne • reserverat minne måste återlämnas med free

  13. Deklaration av variabeltypDefinition av variabelvärde • Typ-deklaration, såattkompilatornkantypkontrolleraprogrammet • Definition, en deklarationsommedförattkompilatornreserverarminnesutrymme • Initiering, en definition därprogrammerarenangervariabelnsstartvärde • intfoo = 17;

  14. Deklaration och definition int a; /* Deklarationoch definition,kompilatornreserverarplats i minnet för variabeln a */ int b = 17; /* Definition medinitiering,kompilatornreserverarplatsochlägger in startvärdet */ int b; /*Deklarationigen, angersammatyp, tillåtet! */ int b = 85; /* Ny definition, förbjudet! */

  15. Datatyper Grundtyper: • heltal • flyttal Kombinationstyper: • array • struct • union (ejbehandlathär)

  16. minst 8 bit minst 16 bit minst 16 bit (oftast 32 bit) minst 32 bit minst 64 bit Filenlimits.hgervärden för aktuellkompilator#include <limits.h> Exempel: INT_MAXkan ha värdet2147483647 Datatyper: heltal signedchar short int long long long unsignedchar unsignedshort unsignedint unsigned long unsigned long long

  17. minst 8 bit minst 16 bit minst 16 bit minst 32 bit minst 64 bit minst 32 bit minst 32 bit Exempel: gcc 3.4.6 för Nios II(Nios II har 32-bits adresser) • char • short • int • long • long long • float • double • 8 bit (1 byte) • 16 bit (2 byte) • 32 bit (4 byte) • 32 bit (4 byte) • 64 bit (8 byte) • 32 bit (4 byte) • 64 bit (8 byte)

  18. minst 8 bit minst 16 bit minst 16 bit minst 32 bit minst 64 bit minst 32 bit minst 32 bit Exempel: gcc 4.4.3 för amd64(AMD64 har 64-bits adresser) • char • short • int • long • long long • float • double • 8 bit (1 byte) • 16 bit (2 byte) • 32 bit (4 byte) • 64 bit (8 byte) • 64 bit (8 byte) • 32 bit (4 byte) • 64 bit (8 byte)

  19. sizeof() • Operatornsizeof( någonting )ersättsvidkompileringenmed en konstantsomär lika medstorleken i bytesför dentypsomnågontinghar • Exempellong longfsize = sizeof( float ); • Annat exempeldouble r;long longdsize = sizeof( r );

  20. Heltal: unsigned • 1001 1111 0101 0000 1111 0111 0111 0000 • Hexadecimalt: 9f 50 f7 70 • i C: 0x9f50f770 • Tolkas som positivt heltal (2 672 883 568)

  21. Heltal: signed • 1001 1111 0101 0000 1111 0111 0111 0000 • Hexadecimalt: 9f 50 f7 70 • i C: 0x9f50f770 • Teckenbiten (längst till vänster) är ettställd • Tolkas som negativt heltal (-1 622 083 728)

  22. Binärkod för värdet minus ett Koden för + 1 0000 0000 .... 0001 Bitvis invertering 1111 1111 .... 1110 Addition av ett + 0000 0000 .... 0001 Och vi får kod för -1 1111 1111 .... 1111 (Koden för -1 är alltid ”bara ettor” för alla ordlängder)

  23. Värdet av kod för negativt tal Koden för negativt tal 1111 .... 1010 0101 Bitvis invertering 0000 .... 0101 1010 Addition av ett + 0000 .... 0000 0001 Och vi får kod 0000 .... 0101 1011 Som tolkas till värdet 64+16+8+2+1 = 91 Alltså -91

  24. Snabbfrågor • Omvandla följande decimala tal till 32-bitars tal i tvåkomplementrepresentation: • 512 • -1023 • -4000000 • Skriv talen i hexadecimalt format

  25. Byte-ordning i minnet:little-endian, skrivning little-endian byte-order adress 0 . . . 1001 1111 0101 0000 1111 0111 0111 0000 0111 0000 1111 0111 0101 0000 1001 1111 (lilla änden först i minnet) . . . adress 2n-1

  26. Byte-ordning i minnet:big-endian, läsning adress 0 big-endian byte-order . . . 0111 0000 1111 0111 0101 0000 1001 1111 0111 0000 1111 0111 0101 0000 1001 1111 (stora änden först i minnet) . . . adress 2n-1

  27. Filenfloat.hgervärden för aktuellkompilator#include <float.h> Exempel: FLT_MAXkan ha värdet340282346638528859811704183484516925440.000000 Datatyper: flyttal: approximation av reellatal • float • double • long double • Oftast 32 bitar (IEEE 754 ) • Oftast64 bitar (IEEE 754 ) • ”Merändouble” 80 biteller(IEEE 754 quad precision)

  28. Decimalt flyttal • -047,120 decimaltfixtal • -047,120 * 100decimaltflyttal • -04,7120 * 101sammaflyttal exponent mantissa tecken

  29. -0101.110 binärt fixtal -0101,110 * 20 binärt flyttal -01,01110 * 22 normaliserat flyttal Binärt flyttal exponent mantissa tecken

  30. -0101,110 binärt fixtal -0101,110 * 20 binärt flyttal -01,01110 * 22 normaliserat flyttal Binärt flyttal: float (32 bit) exponenten lagras med 8 bit i excess-127-kod bara bråksiffrorna av mantissan lagras, men inte "1," tecken: 1:a för negativa tal

  31. -0101,110 binärt fixtal -0101,110 * 20 binärt flyttal -01,01110 * 22 normaliserat flyttal Binärt flyttal: double (64 bit) exponenten lagras med 11 bit i excess-1023-kod bara bråksiffrorna av mantissan lagras, men inte "1," tecken: 1:a för negativa tal

  32. Flyttal IEEE 754, 32 bitar 1 10000011 00010000000000000000000 FLOAT: sexpmantissabitar värde = (–1)s * (1 + mantissabitar2 ) * 2 (exp–127) –17 (dec) = –1 0001 (bin) = – 1,0001 * 24 11000 0011000 1000 0000 0000 0000 0000 1100 0001 1000 1000 0000 0000 0000 0000 0x C 1 8 8 0 0 0 0

  33. Algoritm för omvandling till flyttal • Antag ett decimalt flyttal: • -4,7120 * 1023 = -0,47120 * 1024 • Omvandlatill -1t * 1.M2 * 2(e-127) • Bestäm t, M och e så att följande villkor är uppfyllda: • 1.M2* 2(e-127) = 4,712010 * 1023 • M10< 1,0 • M2 < 1.0 • e är ett heltal 1. Antag M = 0 och bestäm exponent, x = e-127 • 4,7120 *1023 = 2x • log(4,7120 * 1023) = log(2x) • log(4,7120) + 23 = x*log(2) • x = • e = 78+127 = 205 = 0xcd = 0b1100 1101 • Lös ut M från ekvationen: 1.M*278 = 4,712*1023 • 1.M = 4,712*1023/278= 1,5590700185399465615976311028135 • M = 1000 1111 0001 1111 0011 011 • IEEE-talet är: 1 1100 1101 1000 1111 0001 1111 0011 011

  34. Varför Excess-127/1023? För då kan man använda heltalsinstruktioner för att avgöra vilket tal som är störst

  35. Information, 32 bitar adress / värde Little endian byte ordering FLOAT: 0xC1 0x88 0x00 0x00 - + 0x00 0x00 -17 i float-format: 0x C1 88 00 00 0x88 0xC1

  36. Flyttal IEEE 754, 64 bitar 1 10000000011 000100 ... 000000000 DOUBLE: sexponentmantissabitar (-1)s * (1 + mantissabitar2 ) * 2 (exponent-1023) -17 (dec) = - 1 0001 (bin) = -1.0001 * 24 1100 0000 0011000 1000 0000 ... 0000 1100 0000 0011 0001 0000 0000 ... 0000 0x C 0 3 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

  37. Information, 64 bitar adress / värde Little endian byte ordering DOUBLE: 0xC0 0x00 0x31 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 - + 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 -17 i double-format: 0x C0 31 00 00 00 00 00 00 0x00 0x31 0xC0

  38. Snabbfrågor • Omvandla följande till 32-bitars binärkod i hexadecimalt format: • Instruktionen add r12,r1,r3 • Heltalet 147425338 • Det reella talet 1,3092239146306080983655304890341 * 10-33

  39. Addition/subtraktion av flyttal Algoritm: 1.Jämför de bådatalensexponenter. Skiftadetminstataletssignifikand (inkl. implicit etta) till högersåatt de bådatalensexponenterblirlikastora 2.Addera/subtraherasignifikanderna 3.Normaliserasumman 4. Om detblirexponent overflow ärdetaritmetisktfel 5.Avrundasignifikanden 6. Om avrundningenmedföratttaletblironormaliserat, gå till steg 3

  40. Multiplikation av flyttal Algoritm: 1.Adderaexponenternaochdraifrån en excess 2.Multiplicerasignifikanderna 3.Normaliseraprodukten 4. Om detblirexponent overflow ärdetaritmetisktfel 5.Avrundasignifikanden 6. Om avrundningenmedföratttaletblironormaliserat, gå till steg 3 7.Beräknaproduktenstecken

  41. Den här föreläsningen • Enkladatatyperochdatarepresentation: Heltal, flyttal, • Merkompliceradedatatyper • Uttryck, satser, block • Pekare, pekar-aritmetik • Lagring av globalaochlokalavariabler • Stack • Heap

  42. Mer komplicerade datatyper i C Mats Brorsson KTH

  43. Den här föreläsningen • Enkladatatyperochdatarepresentation: Heltal, flyttal, • Merkompliceradedatatyper • Uttryck, satser, block • Pekare, pekar-aritmetik • Lagring av globalaochlokalavariabler • Stack • Heap

  44. Arrayer • En array i C haralltidfixstorlek • Deklarationenintvektor[27];reserverarplats för 27 heltal i en array • Numreringenbörjarpånollvektor[0]vektor[1]...vektor[26] /* Nuärdetslut! */

  45. Array i minnet adress 0 1 byte adress för v[0]: 0x800b70 0xd2 0x04 1234 (decimalt) = 0x000004d2 (hex) 0x00 0x00 0x67 och här kommer v[1]: 0x800b74 0x12 4711 (decimalt) = 0x00001267 (hex) 0x00 0x00 adress för v[2]: 0x800b78 . . . adress 0xffffffff • Heltals-vektor • int v[27];v[0] = 1234;v[1] = 4711; • Resultat i minnet(little-endian)

  46. Matriser • Matriserfinnsintesomegentyp, utangörssomarrayer av arrayer • Deklarationenintmatris[17][42];gerplats för 17 radermed 42 heltal i varjerad • Numreringenbörjarpånollmatris[0][0]matris[0][1]...matris[16][41] /* Nuärdetslut! */ • För dynamisktallokeradematriserärdetlitemerkrångligt.

  47. Matriser, mera detaljer • Lagring i minnetmatris[0][0]matris[0][1]...matris[0][41]matris[1][0]matris[1][1]...matris[1][41]matris[2][0]... ochsåvidaretillmatris[16][41] • Först hela rad 0 • Sedan hela rad 1 • Och sen hela rad 2 • ... • Kallas radvislagring • Eng. Rowmajorordering • Fortran harColumnmajorordering

  48. Bokstäver och strängar • Tecknet'A'är ett litetheltal (65) • En charanvänder 1 byte i minnet, ochharplats för ett litetheltal (exempelvis 65) • En array of charharplats för en sträng:char s[20]="Nowyou C a string."; • Strängarslutarmed en nollställdchar(’\0’)somslutmarkör • Exempel:"hej" == { 'h', 'e', 'j', '\0' }

  49. Handöversättning till assembler • C: • char s[20]="Nowyou C a string."; • Assembler: • .data .global s s: .asciz "Nowyou C a string."

  50. I minnet (exempel) adress 0 1 byte adress för c: 0x800b62 0x51 Obs! Exempel på adresser. 0x67 adress för x: 0x800b64 0x12 0x800b65 0x800b66 0x00 0x800b67 0x00 4711 (decimalt) = 0x00001267 (hex) adress 0xffffffff • Exempel i C:char c = 'Q';int x = 4711; • Assembler: .data .global cc: .byte 'Q' .align 2 .global xx: .word 4711

More Related