CALCOLATORI ELETTRONICI II Gestione delle subroutine

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 l’elaborazione.

Salto a sottoprogramma SUBROUTINES / 2 Salto a sottoprogramma L’istruzione 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” L’esecuzione del sottoprogramma termina con l’istruzione RET, con la quale si ritorna ad eseguire il programma principale, o meglio il programma chiamante.

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

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

Differenza tra JMP e JSR A differenza dell’istruzione JMP, il microprogramma associato all’istruzione JSR, prima di rimpiazzare il contenuto del PC con l’indirizzo <dest>, deve memorizzarne il valore in memoria. In questo modo, al termine della subroutine, l’esecuzione può riprendere dall’istruzione successiva alla JSR. L’area 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).

SUBROUTINES ANNIDATE Programma principale Sottoprogr. C Sottoprogr. A 1 2 JSR A 3 JSR B 6 5 JSR C 4 RET RET RET JSR A

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 dall’ultimo che è stato memorizzato. L’operazione di inserimento di un elemento alla sommità (top) dello stack è chiamata push, mentre l’operazione inversa è chiamata pop.

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 dall’assemblatore che provvede a mapparle nelle istruzioni del microprocessore equivalenti.

GESTIONE STACK PD32 / 1 STACK 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 l’indirizzo iniziale dello stack (base), allora gli n elementi presenti sono memorizzati nelle locazioni consecutive: S, S-4, S-8,…,S-4*n 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 TOP S-8 R7

inserisce elemento “e” in pila 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. BASE S e_b4 S-1 PUSH: inserisce elemento “e” in pila e_b3 S-2 e_b2 S-3 e_b1 S-4 S-5 S-6 S-7 S-8 R7 S

estrae l’elemento “e” dalla pila 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. BASE S e_b4 S-1 POP: estrae l’elemento “e” dalla pila e_b3 S-2 e_b2 S-3 e_b1 S-4 S-5 S-6 S-7 S-8 R7 S-4

Le pseudoistruzioni per la gestione dello stack STACK & PD32 / 2 Le pseudoistruzioni per la gestione dello stack PSEUDO-ISTRUZIONE OP. COMMENTO PUSH S Inserisce in cima allo stack una longword indirizzata dall’operando sorgente S. Viene tradotta come: MOVL S, -(R7) POP D Estrae dallo stack una longword e la pone nella locazione indicata dall’operando 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)+

ESEMPIO PUSH BASE BASE PRIMA DI ESEGUIRE PUSH R6… … E DOPO 78 56 34 12 000027FC 000027FC BASE 78 56 34 TOP 000027F8 000027F8 12 44 33 22 TOP 000027F4 11 R6 R6 11223344 11223344 PC PC 00000410 00000414 R7 R7 000027F8 000027F4

ESEMPIO POP BASE BASE PRIMA DI ESEGUIRE POP R5… … E DOPO 78 56 34 12 000027FC BASE 000027FC 78 56 34 000027F8 TOP 12 000027F8 44 33 22 TOP 000027F4 11 R5 R5 FFFFFFFF 11223344 PC PC 00000414 00000418 R7 R7 000027F4 000027F8

STACK E SUBROUTINE L’istruzione JSR inserisce (PUSH) in cima allo stack il valore del PC, ovvero l’indirizzo di ritorno della subroutine. In maniera analoga, l’istruzione RET estrae dalla cima dello stack una longword che memorizza all’interno del PC. Nella successiva fase di fetch sarà quindi caricata nell’IR l’istruzione 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 l’esecuzione della subroutine. (OPERAZIONE MOLTO UTILE!!!!!!!)

STACK E PARAMETRI Esistono diverse tecniche per il passaggio di parametri ad una subroutine: La soluzione più efficiente è prevedere l’utilizzo 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 all’interno 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.

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

PD32 (esercizio) MicroOpGen Sintassi/Semantica Istruzioni: Dati due operandi X e Y definiti attraverso longword all’interno di variabili, implementare attraverso una subroutine l’algoritmo che produce come output la moltiplicazione X*Y

INTERFACCIA DELLA SUBROUTINE MOLTIPLICAZIONE PD32 / 1 (soluzione) INTERFACCIA DELLA SUBROUTINE MOLTIPLICAZIONE ;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

PD32 / 2 (soluzione) Nella subroutine definita vado a “sporcare” 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. L’output del metodo è restituito nell’indirizzo puntato da R2 in memoria

Codice del “chiamante” della subroutine MOLTIPLICAZIONE 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

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

PD32 (esercizio casa) MicroOpGen Sintassi/Semantica Istruzioni: Implementare l’algoritmo per il Selection Sort in maniera modulare, sfruttando la metodologia delle subroutine.

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

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.

Formato istruzioni I/O Per l’operando 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 l’indirizzo del device 10 => indica che l’indirizzo 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. CLASSE 111 TIPO k I/O s ----- ----- MODO DEST 31 29 28 24 23 16 15 14 13 12 11 9 8 6 5 3 2 0