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CALCOLATORI ELETTRONICI II Gestione delle subroutine.

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Presentazione sul tema: "CALCOLATORI ELETTRONICI II Gestione delle subroutine."— Transcript della presentazione:

1 CALCOLATORI ELETTRONICI II Gestione delle subroutine

2 SUBROUTINES / 1 Vantaggi delle subroutines In maniera analoga alle funzioni/metodi dei linguaggi ad alto livello, anche in assembly le subroutines garantiscono una maggiore semplicità, modularità e riusabilità del software. Inoltre riducono il consumo di memoria necessario per la memorizzazione del codice, nel caso in cui un determinato insieme di istruzioni debba essere richiamato più volte durante lelaborazione.

3 SUBROUTINES / 2 Salto a sottoprogramma Listruzione di salto a subroutine (JSR) permette di saltare da un programma – programma principale – ad un altro programma – sottoprogramma. Esempio JSR moltiplicazione ;salta al sottoprogramma moltiplicazione Lesecuzione del sottoprogramma termina con listruzione RET, con la quale si ritorna ad eseguire il programma principale, o meglio il programma chiamante.

4 SUBROUTINES / 3 JSR A RET Programma principale Sottoprogramma A JSR A 1. chiamata 1. risposta 2. chiamata 2. risposta

5 JMP e JSR / 1 La sintassi di JSR (Jump To Subroutine) è la stessa dellistruzione di salto incondizionato JMP, cioè: JSR dove dest è lindirizzo di memoria della prima istruzione della subroutine espresso sotto forma di numero binario a 32 bit o di riferimento simbolico(label).

6 JMP e JSR / 2 A differenza dellistruzione JMP, il microprogramma associato allistruzione JSR, prima di rimpiazzare il contenuto del PC con lindirizzo, deve memorizzarne il valore in memoria. In questo modo, al termine della subroutine, lesecuzione può riprendere dallistruzione successiva alla JSR. Larea di memoria preposta alla memorizzazione degli indirizzi di ritorno delle subroutines deve permettere di gestire efficentemente anche situazioni più complesse, in cui i sottoprogrammi chiamano a loro volta altri sottoprogrammi (nested subroutines). Differenza tra JMP e JSR

7 SUBROUTINES ANNIDATE JSR A RET Programma principale Sottoprogr. A JSR A RET Sottoprogr. B JSR B RET Sottoprogr. C JSR C

8 STACK / 1 La gestione dei sottoprogrammi è basata su una struttura dati chiamata stack (pila), gestita con una tecnica LIFO (Last In First Out): gli elementi vengono prelevati a partire dallultimo che è stato memorizzato. Loperazione di inserimento di un elemento alla sommità (top) dello stack è chiamata push, mentre loperazione inversa è chiamata pop.

9 STACK / 2 Le operazioni di PUSH e POP, sebbene non disponibili nel set di istruzioni del PD32, vengono comunque implementate come pseudoistruzioni di movimento dati. Le pseudoistruzioni sono non sono implementate a livello hardware, ma sono messe a disposizione dallassemblatore che provvede a mapparle nelle istruzioni del microprocessore equivalenti.

10 GESTIONE STACK PD32 / 1 Nel PD32 lo stack è costituito da longword e ad esso è associato un particolare registro detto SP (Stack Pointer) che nel PD32 coincide con il registro R7. Tale registro punta sempre alla cima (top) dello stack. Per ragioni storiche, nel PD32 lo stack cresce verso indirizzi di memoria decrescenti. Sia S lindirizzo iniziale dello stack (base), allora gli n elementi presenti sono memorizzati nelle locazioni consecutive: S, S-4, S-8,…,S-4*n STACK elem.2 byte 2 S BASE S-1 S-2 S-3 S-4 S-5 S-6 S-7 S-8 elem.1 byte 4 LSB elem.1 byte 3 elem.1 byte 2 elem.1 byte 1 MSB elem.2 byte 4 LSB elem.2 byte 3 elem.2 byte 1 MSB S-8 R7 TOP

11 GESTIONE STACK PD32 / 2 Come detto in precedenza le istruzioni PUSH e POP non sono vere e proprio istruzioni che appartengono al set del PD32, bensì sono istruzioni che il compilatore traduce in particolari MOV. PUSH: inserisce elemento e in pila S BASE S-1 S-2 S-3 S-4 S-5 S-6 S-7 S-8 S R7 e_b4 e_b3 e_b2 e_b1

12 GESTIONE STACK PD32 / 2 Come detto in precedenza le istruzioni PUSH e POP non sono vere e proprio istruzioni che appartengono al set del PD32, bensì sono istruzioni che il compilatore traduce in particolari MOV. POP: estrae lelemento e dalla pila S BASE S-1 S-2 S-3 S-4 S-5 S-6 S-7 S-8 S-4 R7 e_b4 e_b3 e_b2 e_b1

13 STACK & PD32 / 2 Le pseudoistruzioni per la gestione dello stack PSEUDO- ISTRUZIONE OP.COMMENTO PUSHSInserisce in cima allo stack una longword indirizzata dalloperando sorgente S. Viene tradotta come: MOVL S, -(R7) POPDEstrae dallo stack una longword e la pone nella locazione indicata dalloperando D. Viene tradotta come: MOVL (R7)+, D PUSHSR - Inserisce lo Status Register in cima allo stack. Viene tradotta come: MOVRFRSR -(R7) POPSR - Ripristina lo Status Register con la longword presente in cima allo stack. Viene tradotta come: MOVTOSR (R7)+

14 ESEMPIO PUSH PRIMA DI ESEGUIRE PUSH R6… FC BASE F8 TOP F8 R PC R FC BASE F F8 R PC R F4 TOP … E DOPO

15 ESEMPIO POP PRIMA DI ESEGUIRE POP R5…… E DOPO FC BASE F PC FFFFFFFF R F4 TOP F4 R FC BASE TOP F PC R F8 R7

16 STACK E SUBROUTINE Listruzione JSR inserisce (PUSH) in cima allo stack il valore del PC, ovvero lindirizzo di ritorno della subroutine. In maniera analoga, listruzione RET estrae dalla cima dello stack una longword che memorizza allinterno del PC. Nella successiva fase di fetch sarà quindi caricata nellIR listruzione che segue la JSR. Lo stack è inoltre utilizzato dalla subroutine chiamata per salvare i registri che saranno utilizzati e quindi sovrascritti, così da poterne ripristinare il valore originale prima di eseguire il RET. Questa operazione assicura che la funzione chiamante trovi i registri inalterati una volta terminata lesecuzione della subroutine. (OPERAZIONE MOLTO UTILE!!!!!!!)

17 STACK E PARAMETRI Esistono diverse tecniche per il passaggio di parametri ad una subroutine: La soluzione più efficiente è prevedere lutilizzo di uno o più registri per il passaggio diretto dei parametri alla subroutines. In tal modo si evitano completamente accessi alla memoria. Il limite di tale tecnica è legato al ristretto numero di registri disponibili. Nel caso in cui i parametri da passare alla subroutine non possano essere memorizzati direttamente allinterno dei registri del PD32 è comunque possibile utilizzare i registri per indirizzare una o più aree di memoria nelle quali siano state preventivamente memorizzate i parametri da scambiare.

18 Direttive di definizione variabili Sintassi: label dl/dw/db n {,n j } Dichiara una variabile di nome label inizializzata al valore n. Eventuali altri numeri specificati oltre il primo sono allocati consecutivamente in memoria a partire dallindirizzo associato a label. Tale indirizzo è scelto dallassemblatore! var1DW 4 var1 è un place-holder per una word collocata in memoria in una locazione scelta dallassemblatore ed inizializzata a 4. var2DL 4, 22h, 3 alloca 3 longwords inizializzate a 4, 22h e 3. var2 punta alla prima locazione

19 PD32 (esercizio) Sintassi/Semantica Istruzioni: MicroOpGen Esercizio 1: Dati due operandi X e Y definiti attraverso longword allinterno di variabili, implementare attraverso una subroutine lalgoritmo che produce come output la moltiplicazione X*Y

20 PD32 / 1 (soluzione) ;subroutine per la moltiplicazione ;Pre-condizioni: ; moltiplicando e moltiplicatore in R0 e R1 ; indirizzo di memoria per risultato in R2 ;Post-condizioni: ; Il risultato della moltiplicazione e' memorizzato nella longword indirizzata da R2 ; In caso di overflow ritorna con il flag di carry settato e non aggiorna la memoria INTERFACCIA DELLA SUBROUTINE MOLTIPLICAZIONE

21 PD32 / 2 (soluzione) MOLTIPLIACAZIONE: push r1 push r3 xorl r3,r3 loop:cmpl #0,r1 jz update addl r0,r3 jc overflow subl #1,r1 jmp loop update:movl r3,(r2) overflow: pop r3 pop r1 ret end Nella subroutine definita vado a sporcare i registri R1 e R3…..allora li salvo nello stack per poi ripristinarli alla terminazione. Loutput del metodo è restituito nellindirizzo puntato da R2 in memoria

22 PD32 / 3 (soluzione) org 400h baseadd equ 1000h;conterra' il risultato moltiplicando DL ? moltiplicatore DL ? code ;inizia programma movl moltiplicando,R1 ;carica il moltiplicando in R1 movl moltiplicatore,R0 ;carica il moltiplcatore in R0 movl baseadd,r2 ;carica l'indirizzo dove memorizzare il risultato in R2 jsr MOLTIPLICAZIONE ;invoca la subroutine per la moltiplicazione HALT Codice del chiamante della subroutine MOLTIPLICAZIONE

23 PD32 / 4 (soluzione) Come fa tutto a funzionare ed il flusso di esecuzione del programma a continuare lesecuzione anche dopo la chiamata alla subroutine MOLTIPLICAZIONE??? Come mai effettivamente listruzione HALT viene eseguita dalla CPU dopo aver terminato MOLTIPLICAZIONE??? Suggerimento: come evolve il PC??

24 PD32 (esercizio casa) Sintassi/Semantica Istruzioni: MicroOpGen Esercizio Casa: Implementare lalgoritmo per il Selection Sort in maniera modulare, sfruttando la metodologia delle subroutine.

25 Utilizzo subroutine mondo reale 1.Implementazione di chiamate a funzioni / metodi 2.Interruzione asincrona del flusso di esecuzione di un programma 3.Implementazione di porzioni di codice per la gestione di eventi (Gestione driver ) 4.….un milione di altri usi……

26 Istruzioni I/O PD32 Classe 7 Per la destinazione D0 sono ammessi tutti i tipi di indirizzamento tranne quello immediato. Per la destinazione D1 sono ammessi tutti i tipi di indirizzamento tranne quello con registro e immediato.

27 Formato istruzioni I/O TIPOkI/Os----- MODODEST CLASSE Per loperando dev sono ammessi solo due modi di indirizzamento: diretto con registro ed assoluto. Per la codifica di questo campo sono usati i campi I/O e k. Il campo I/O può assumere solo due valori: 01 => indica che il contenuto di k è lindirizzo del device 10 => indica che lindirizzo del device è contenuto nel registro generale specificato dai primi 3 bit del campo k Poichè i campi modo sorgente e sorgente sono inutilizzati, la sorgente S viene specificata nei campi modo destinazione e destinazione. 111


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