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Il processore PD32 Set Istruzioni. Sono organizzate in 8 classi –Movimento dati –Aritmetiche (somma e sottrazione) –Tipo Logico –Rotazione e shift –Operazioni.

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1 Il processore PD32 Set Istruzioni

2 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 ADDW R2, R1 Codice mnemonico Sorgente Destinazione Tipo di dato Formato Istruzione L (longword) W (word) B (byte) Classe I/OL-W-BModo SgSorg.Modo Ds Linguaggio Assembly (R2+R1 => R1) Linguaggio Macchina (PD 32 ogni istruzione è rappresentata con 32 bit) Programma assemblatore (Assembler) Tipo 2316 K pos Dest int i,j ……… i = i + j Programma compilatore

4 Formato istruzioni Ogni istruzione (che non utilizza lindirizzamento immediato) è lunga 32 bit (4 byte) ed è composta da 9 campi Alcune istruzioni ignorano alcuni campi CLASSETIPODATO KI/OSMODO SSORGMODO DDEST Codice Operativo Operandi Specifica il tipo distruzione Specifica i dati su cui operare

5

6 Ciclo Istruzione

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

8 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.

9 byte Esempi di traduzione istruzioni assembler in linguaggio macchina MOVB R4,R …..… Codice mnemonico formato dato campo s operandi e modo indiriz. operandi CLASSETIPO Modo destModo sorg diretto con registro 43

10 Indirizzamento Immediato (vedi byte successivo) byte ADD B #20,R …..…00001…… Codice mnemonico formato dato campo s operandi e modo indiriz. operandi CLASSETIPO Indirizzamento diretto con registro 3 Esempi di traduzione istruzioni assembler in linguaggio macchina (cont.)

11 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) ADDW R1, R2 1)R1 -> Temp1 2)R2 -> Temp2 3)ALU-OUT (Temp1+Temp2) -> R2 (nessun accesso a memoria esterna) ADDW #20h, R2 1)PC -> MAR 2)(MAR) -> MDR, R2 -> Temp1 3)MDR -> Temp2, PC + 2 -> PC 4)ALU-OUT (Temp1+Temp2) -> R2 (1 accesso a memoria esterna) Entrambi gli operandi sono contenuti in registri interni del PD32 (indirizzamento a registro) Uno degli operandi (0x20) è definito nellistruzione Lassembler lo memorizza nella locazione di memoria esterna immediatamente successiva a quella contenente listruzione (indirizzamento immediato)

12 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

13 Un esempio di programma assembler

14 Altre istruzioni JMP SALTO INCONDIZIONATO JZ SALTO CONDIZIONATO HALTFINE PROGRAMMA MOVB #dato,R1 ESTENSIONE SEGNO #dato sui rimanenti bits di R1 MOVB #3,R4R4 = 00h MOVB #-1,R5R5 = FFh

15 Un programma per laggiornamento del saldo di un conto bancario

16 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 Lultimo movimento è seguito da una posizione di memoria contente il numero 0

17 Una prima soluzione

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

19 Il codice ASSEMBLER

20 Una soluzione equivalente

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

22 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 allassemblatore 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 linizio e la fine della sezione codice.

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

24 Contenuto memoria ???00 ?? ? Prima istruzione Operando Seconda istruzione 0x : : 0000 ….

25 Esempio MOVB #0,R1 Indirizzo Iniziale

26 Altro esempio ORG 600H CODE movw r2, r1 movb #-2, r0 HALT END Il codice sarà caricato in posizione 0x FE Rappresentazione compl. a 2

27 Modi di indirizzamento Stabiliscono la posizione degli operandi –Possono trovarsi nei registri (R0..R7) –In memoria di lavoro (la posizione è stabilita dallindirizzo 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

28 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

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

30 Indirizzamento immediato Il dato si trova in memoria immediatamente dopo listruzione Esempio: MOVL #0,R5 (significato: poni 0 in R5)

31 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 listruzione ed è riferito da PC dopo che è stato incrementato) Effective address = 1280H

32 Indirizzamento indiretto con registro Il registro contiene lindirizzo delloperando (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)

33 Indirizzamento indiretto con registro e con predecremento Il registro, opportunamente decrementato, contiene lindirizzo delloperando Esempio: MOVL R1,-(R7) (sposta nella locazione il cui indirizzo è pari al contenuto in R7 meno 4 ciò che è memorizzato in R1)

34 Indirizzamento indiretto con registro e con postincremento Il registro contiene lindirizzo delloperando, 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)

35 Indirizzamento con spiazzamento Lindirizzo effettivo delloperando 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)

36 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 dalletichetta LABEL con il valore corrente del PC)

37 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

38 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

39 Istruzioni Movimento dati

40 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)

41 Istruzioni aritmetiche

42 Istruzione CMP CMPL R1,R2

43 Confronto fra registri Aritmetica non segnata CMPB R1,R2 (ipotesi: R1,R2>=0) –Equivale ad eseguire R2-R1 senza aggiornare R2 CMPB R1,R2 R2-R1<0 (R1>R2) C=1 C=0 R2-R1>=0 (R1<=R2) Z=0 R1=R2 R1R2 Z=1 R1=R2 C=0 and Z=0 R1R2 Z=1 or C=1 R1>=R2 Z=1 R1<>R2 Z=0 not

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

45 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 …

46 Istruzioni controllo di programma

47 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 unistruzione. Si usa solitamente listruzione 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)

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

49 Esempio R1>R2 I1I2 si: R1>R2no: 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 I3 if R1>R2 then else

50 Istruzioni controllo macchina: CLASSE 0

51 Istruzioni di tipo logico: Classe 3

52 Istruzioni di rotazione e shift Classe 4

53 Istruzioni di rotazione e shift

54 Istruzioni (sottoinsieme) di Ingresso Uscita Classe 7

55 Esempio programma assembly Problema –Trovare il massimo in un insieme di 15 interi positivi Ipotesi –Assumiamo che i valori siano compresi nellintervallo Programma 15 interi fra 0 e 255 Valore massimo

56 Esempio programma assembly (cont) Dobbiamo stabilire –Che tipo e quanti variabili usare Dove memorizzare i valori in ingresso –-> Vettore V di 15 elementi Quali variabili ausiliare sono eventualmente necessarie Dove memorizzare il valore di uscita –registro –Algoritmo che risolve il problema Per esempio, ipotizzare come valore massimo 0 e confrontarlo con tutti i 15 valori, aggiornandolo ogni volta che se ne trova uno maggiore

57 Algoritmo e dati Inizio Fine i=0 max=0 i<15 V[i]>max max=V[i] no si i=i+1 no V i max

58 Uso dei registri.. Memoria (mem) R1 (i) R2(max) R3 0x1300 Inizio Fine R1=0,R2=0 R3=0X1300 R1<15 mem[R3]>R2 R2=mem[R3] no si R1=R1+1 no R3=R3+1

59 Soluzione prima versione Memoria (mem) R1 (i) R2(max) R3 0x1300 XORL R1,R1 XORL R2,R2 MOVL #1300h,R3 loop:CMPB #15,R1 JNC fine; //SALTA QUANDO R1=15 CMPB (R3),R2 JNC skip MVLB (R3),R2 skip: ADDL #1,R3 ADDB #1,R1 jmp loop fine:halt Inizio Fine R1=0,R2=0 R3=0X1300 R1>=15 mem[R3]>R2 R2=mem[R3] si no R1=R1+1 no R3=R3+1 si

60 Osservazioni Parametri nel codice –Lindirizzo dellinizio del vettore –Numero di elementi Uso di due registri –Contare il numero di iterazioni –Individuare lelemento nel vettore in memoria

61 Direttiva di definizione costanti label EQU n costante1 EQU 4;il simbolo costante1=4 costante2 EQU -0101b ;il simbolo costante2=-5 costante EQU 0fffh;il simbolo costante=4095 Il simbolo label è un numero puro che può essere utilizzato come un dato o un indirizzo. …. MOVB costante, R0; il byte allindirizzo 4095 ; è spostato in R0 MOVB #costante,R1; R1=4095

62 Soluzione seconda versione org 1400h code XORL R1,R1 XORL R2,R2 MOVL #1300h,R3 loop:CMPB #15,R1 JNC fine; CMPB (R3),R2 JNC skip MVLB (R3),R2 skip: ADDL #1,R3 ADDB #1,R1 jmp loop fine:halt end org 1400h base equ 1300h numel equ 15 code XORL R1,R1 XORL R2,R2 loop: CMPL #numel,R1 JNC fine; CMPB base(R1),R2 JNC skip MVLB base(R1),R2 skip: ADDB #1,R1 jmp loop fine:halt end

63 Soluzione terza versione org 1400h base equ 1300h numel equ 15 code XORL R1,R1 XORL R2,R2 MOVL #numel,R3 loop: CMPL R3,R1 JNC fine; CMPB base(R1),R2 JNC skip MVLB base(R1),R2 skip: ADDB #1,R1 jmp loop fine:halt end org 1400h base equ 1300h numel equ 15 code XORL R1,R1 XORL R2,R2 loop: CMPL #numel,R1 JNC fine; CMPB base(R1),R2 JNC skip MVLB Base(R1),R2 skip: ADDB #1,R1 jmp loop fine:halt end Un accesso in meno alla memoria

64 Scrittura ed assemblaggio

65 Problema dato un array di 10 longword allocato a partire dalla locazione 2500h costruirne linverso a partire dalla locazione 3000h Soluzione 1: indirizzamento indiretto con registro Soluzione 2: indirizzamento con post-incremento e pre- decremento Soluzione 3: indirizzamento con spiazzamento Confronto modi indirizzamento

66 Il problema V1 V2 Array1Array2 2500h 2504h 2508h h V3 … Vi … V8 V9 V8 … Vi … V3 V2 V1 V9 3000h 3004h 3036h

67 Soluzione 1: indirizzamento indiretto con registro

68 ORG 400H ;****************Dichiarazione Costanti******************** DIM EQU 10 ARRAY1 EQU 2500H ARRAY2 EQU 3000H ;******************Corpo del Programma********************* CODE MOVL #ARRAY1,R1; carica in R1 l'indirizzo base dell'array originale MOVL #ARRAY2,R2; carica in R2 l'indirizzo base dell'array invertito MOVL #DIM,R0; carica in R0 la dimensione (numero di elementi) dell'array da invertire SUBL #1,R0; decrementa il contatore R0, R0=#DIM-1 ASLL #2,R0; R0=R0*4, calcola l'offset da sommare all'ind.base ; del'array per ottenere l'ind. dell'ultimo elemento ADDL R0,R2; pone in R2 l'ind. dell'ultimo elemento dell'array MOVL #DIM,R0; ricarica la dimensione dell'array in R0 per usarlo come contatore REPEAT: MOVL (R1),(R2); copia memoria memoria di ARRAY1[i] in ARRAY2[#DIM-1-i] ; i=[0...#DIM-1] ADDL #4,R1 ; R1 ora punta all'elemento succ. di ARRAY1 SUBL #4,R2 ; R2 ora punta all'elemento prec. di ARRAY2 SUBL #1,R0 ; decrementa il contatore R0 di 1 JNZ REPEAT ; salta a REPEAT se R0 diverso da 0 HALT ; fine programma END

69 Soluzione 2: indirizzamento con post-incremento e pre- decremento

70 ORG 400H ;****************Dichiarazione Costanti******************** DIM EQU ? ARRAY1 EQU 2500H ARRAY2 EQU 3000H ;******************Corpo del Programma********************* CODE MOVL #ARRAY1,R1 ; carica in R1 l'indirizzo base dell'array originale MOVL #ARRAY2,R2 ; carica in R2 l'indirizzo base dell'array invertito MOVL #DIM,R0 ; carica in R0 la dimensione (numero di elementi) dell'array da invertire ASLL #2,R0 ; calcola l'offset da sommare ad #ARRAY2 per puntare locazione ; corrispondente a ARRAY2[#DIM] NB: se ARRAY2 è di dimensione #DIM ; allora ARRAY2[0..#DIM-1] ADDL R0,R2; R2 ora punta a ARRAY[#DIM] MOVL #DIM,R0; Inizializza R0 a #DIM REPEAT: MOVL (R1)+,-(R2) ; Copia memoria memoria dalla cella puntata da R1 in quella puntata da ; R2-4 (MOVL!). Alla fine del com. R1=R1+4, R2=R2-4 SUBL #1,R0; Decrementa il contatore R0 JNZ REPEAT; Se R0!=0 salta a REPEAT HALT; Fine programma END

71 Soluzione 3: indirizzamento con spiazzamento

72 ORG 400H ;****************Dichiarazione Costanti******************** DIM EQU ? ARRAY1 EQU 250H ARRAY2 EQU 278H ;******************Corpo del Programma********************* CODE MOVL #DIM,R0; carica in R0 la dimensione (numero di elementi) dell'array da invertire SUBL #1,R0; decrementa il contatore R0, R0=#DIM-1 ASLL #2,R0; R0=R0*4, calcola l'offset da sommare all'ind.base ; del'array per ottenere l'ind. dell'ultimo elemento (ARRAY[#DIM-1]) MOVL R0,R2; Copia il contenuto di R0 in R2 MOVL #DIM,R0; ed inizializza R0 a #DIM REPEAT: MOVL ARRAY1(R1),ARRAY2(R2) ; Copia memoria memoria dall'indirizzo ARRAY1[i] in ; ARRAY2[#DIM-1-i], i=[0..#DIM-1] ADDL #4,R1; Incrementa di 4 byte R1 (gli elementi dell'array sono longwords!) SUBL #4,R2; Decrementa di 4 byte R2 ; R1=i*4, R2=(#DIM-1-i)*4 SUBL #1,R0; Decrementa il contatore R0 JNZ REPEAT HALT END


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