Transcript บทที่ 2

บทที่ 2
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
Language
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
1
จุดมุ่งหมาย
2. โครงสร้างเครื่ อง ภาษาเครื่ อง และภาษาแอสเซมบลี้
21 รู ้โครงสร้างเครื่ องทัว่ ไป
211 อธิ บายหน่วยประมวลผลกลาง
212 อธิ บายหน่วยความจา
213 อธิบายรี จิสเตอร์
214 อธิ บายชุดคาสั่ง
22 รู้โครงสร้างของภาษาเครื่ อง
221 เขียนโปรแกรมด้วยภาษาเครื่ องกรณี ไม่มีลปู วน
222 อธิบายการแอดเดรสโดยตรง
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
2
จุดมุ่งหมาย (ต่อ)
223 อธิบายการแอดเดรส โดยใช้อินเด็กส์รีจิสเตอร์
224 เขียนโปรแกรมด้วยภาษาเครื่ องกรณี มีลูปวน
23 รู ้ภาษาแอสเซมบลี้
232 เขียนโปรแกรม ด้วยภาษาแอสเซมบลี้
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
3
โครงสร้างของเครื่ อง
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
4
Instruction Format
ตัวอย่าง Instruction Format ของเครื่ อง SC-6251 ซึ่ งมี
4 Registers
Operation
Code
(Op)
Register
Number
(Reg)
Memory
Location
(Address)
Add 2, 176
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
5
Instruction Format
ตัวอย่าง Instruction Format ของเครื่ อง SC-6251 ซึ่ งมี
4 Registers
Operation
Code
(Op)
Add
Register
Number
(Reg)
Memory
Location
(Address)
2, 176
นาค่าในแอดเดรสที่ 176 + ค่าใน Reg 2 ไปเก็บไว้ใน Reg 2
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
6
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
7
2.1.1 เมื่อเปลีย่ นไปใช้ เครื่องใหม่
สิ่ งที่เราจะต้องรู ้เพื่อเป็ นข้อมูลสาสาหรับเครื่ องใหม่ ที่ใช้ CPU
แตกต่างกันไป
1.หน่วยความจา (Memory)
2.รี จิสเตอร์ (Registers)
3.ข้อมูล (Data)
4.คาสั่ง (Instructions)
5.องค์ประกอบอื่นๆ
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
8
1. หน่ วยความจา (Memory)
• หน่วยของหน่วยความจาคืออะไร?
• ขนาดของหน่วยความจาเป็ นอย่างไร? และ
• รู ปแบบการอ้างแอดเดรสของหน่วยความจาเป็ นอย่างไร?
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
9
2. รีจิสเตอร์ (Registers)
• มีรีจิสเตอร์กี่ตวั ?
• ขนาดและ หน้าที่ของรี จิสเตอร์แต่ละตัว
• ความสัมพันธ์ระหว่างกัน
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
10
3. ข้ อมูล (Data)
• ข้อมูลชนิดอะไรบ้าง ที่คอมพิวเตอร์ สามารถใช้งานได้?
• สามารถเก็บตัวเลข ตัวอักษร หรื อข้อมูลทางตรรกศาสตร์ได้หรื อไม่?
• ข้อมูลเหล่านี้ มีวิธีการเก็บอย่างไร?
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
11
4. คาสั่ ง (Instructions)
• ชั้น (Classes) ของกลุ่มคาสัง่ มีอะไรบ้าง?
• มีคาสัง่ คานวณทางคณิ ตศาสตร์ และตรรกศาสตร์หรื อไม่?
• คาสัง่ เหล่านี้ มีวิธีการเก็บในหน่วยความจาอย่างไร?
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
12
5. องค์ ประกอบอืน่ ๆ
• โครงสร้างของ Interrupt เป็ นอย่างไร?
• มีระบบป้ องกัน รักษาความปลอดภัย ของข้อมูล ให้กบั ผูใ้ ช้หรื อไม่?
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
13
2.1.2 โครงสร้ างของเครื่อง IBM 360/370
1.
2.
3.
4.
5.
07/06/47
หน่วยความจา
Registers
ข้อมูล (Data)
คาสัง่ (Instructions)
ส่ วนพิเศษอื่นๆ
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
14
1. หน่ วยความจา
หน่ วยของหน่ วยความจา
ไบท์
(Unit of Memory)
Bits)
Byte
Halfword
Word
Doubleword
07/06/47
(Bytes)
1
2
4
8
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
ความยาวเป็ นบิท
(Lengt in
8
16
32
64
15
1. หน่ วยความจา (ต่ อ)
• หน่วยของหน่วยความจา ประกอบไปด้วย 4 บิท เรี ยกว่า นิบเบิ้ล
(Nibble)
• ขนาด (Size) หน่วยความจาของ IBM 360 คือ 224 ไบท์ (ประมาณ
16 ล้าน)
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
16
1. หน่ วยความจา (ต่ อ)
การอ้างแอดเดรสในหน่วยความจาของ 360 ประกอบด้วย 3 องค์ประกอบ
คือ อ๊อฟเซท (Offset) รวมกับค่าของ อินเด็กรี จิสเตอร์ (Index
Register) และค่าของเบสรี จิสเตอร์ (Base Register)
แอดเดรสรวม
=
ค่าของเบสรี จิสเตอร์
+ ค่าของอ๊อฟเซท
+ ค่าของอินเด็กรี จิสเตอร์
(เราจะนาเสนอตัวอย่าง ในหัวข้อการแอดเดรสถัดไป)
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
17
2. Registers
• 360 มี รี จิสเตอร์วตั ถุประสงค์ทวั่ ไป (General-Purpose
Register) ขนาด 32 บิท จานวน 16 ตัว
• มีรีจิสเตอร์ที่คานวณทางทศนิยม (Floating-Point
Registers) จานวน 4 ตัว
• มี Program Status Word (PSW) ขนาด 64 บิท ที่
บรรจุ ค่าของ Location Counter (LC) ข้อมูลที่ถูกป้ องกัน
และ Interrupt
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
18
รี จิสเตอร์วตั ถุประสงค์ทวั่ ไป
(General-Purpose Register)
• สามารถทาการคานวณทางคณิ ตศาสตร์ ตรรกศาสตร์ และ
• ใช้เป็ น Base Register
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
19
Base Register
Index Register
A
Base Register
1, 901 (2, 15)
Offset
แอดเดรสรวม
07/06/47
=
ค่าของเบสรี จิสเตอร์
+ ค่าของอ๊อฟเซท
+ ค่าของอินเด็กรี จิสเตอร์
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
20
ข้อดี Base Register
1) ช่วยในการ โปรเซสในเรื่ องของ
Relative address (ย้าย
โปรแกรมไปมาในหน่วยความจาได้
โดยไม่มีผลกระทบ ต่อการอ้าง
แอดเดรส ในหน่วยความจา เพียงแต่
เปลี่ยนค่าของ Base register
เท่านั้น)
Base Reg. = 1000
Base Reg. = 2000
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
0
49
โปรแกรม
1000
1049
1725
2000
2049
21
ข้อดี Base Register (ต่อ)
2) ประการสาคัญก็คือ เราสามารถอ้างแอดเดรสได้ตลอดทั้งหน่วยความจา
ยกตัวอย่าง ถ้าต้องการอ้างแอดเดรส ในหน่วยความจาตลอดทั้งย่าน 224
(ประมาณ 16 ล้านที่)
ถ้าไม่ใช้ Base register เราต้องใช้ที่สาหรับอ้างแอดเดรส 24 บิท ดังนั้น
คาสั่งบวกจากตัวอย่างที่แล้ว ก็จะใช้ที่เก็บชุดคาสั่ง 40 บิท
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
22
ข้อดี Base Register (ต่อ)
แต่ถา้ ใช้ Base register เราจะใช้ที่เก็บชุดคาสั่งเพียง 32 บิท
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
23
ข้อเสี ย Base Register
• การโปรเซสของเครื่ องจะช้าลง เพราะต้องคานวณแอดเดรส
• การอ้างแอดเดรส จะทาได้แคบลง เพราะอ๊อฟเซท เหลือเพียงแค่ 12 บิท
ทาให้อา้ งแอดเดรสได้เพียง 0 – 4095 ดังนั้น ถ้าเราไม่ใช้อินเด็กรี จิสเตอร์
เราจะไม่สามารถอ้างแอดเดรส ได้เกินกว่า 4095 จากค่าของแอดเดรส ที่
เก็บใน Base register
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
24
3. ข้ อมูล (Data)
S
D
Z
C
F
Ch
07/06/47
หมายถึง
หมายถึง
หมายถึง
หมายถึง
หมายถึง
หมายถึง
Sign Bit => 1 bit หรื อ 4 bit
Binary Coded Decimal => 4 bits
Zone Code => 4 bits
Characteristic of Exponent => 7 bits
Fraction of Mantissa => 24 bits or 56 bits
1 character symbol => 8 bits
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
25
3. ข้ อมูล (Data) (ต่ อ)
S
0 1
Integer
S
Fixed-point (Short Form)
15
Integer
Fixed-point (Long Form)
0 1
1 to 16 bytes
D
0
31
D
4
S
0 1
C
S
C
8
07/06/47
D
Packed Decimal
Unpacked Decimal
Floating-point (Short Form)
F
31
(Long Form)
8
8
S
S
F
Ch ch
0
D
8
Z D Z D
0 4 8 12
0 1
D
63
ch
16
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
26
4. คาสัง่ (Instructions)
Op-code
0
8
R1
Op-code R1
0
8
Op-code R1
0
Op-code
0
Op-code
0
Op-code
0
07/06/47
8
R3
B2
L1
12
16
16
L
8
15
B2
12 16
12
RR-format
X2
I2
8
8
12
R2
16
L2
16
B1
B1
B1
20
20
20
20
20
D2
D2
D1
D1
D1
RX-format
31
RS-format
31
SI-format
31
32
32
B2
B2
36
36
D2
D2
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
47
47
SS-format 1
27
ตัวอย่าง ของคาสัง่ RR-format
• คาสั่ง
07/06/47
AR
3,4
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
28
Storage operand
เลข Fixed-point แบบ Fullword ขนาด 32 บิท ค่า +267
( 10B ในฐานสิ บหก) จะเก็บที่แอดเดรส 1016 ดังรู ป
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
29
แอดเดรสของ Storage operand
Address =
หรื อ
c(Bi) + c(Xi) + Di
c(Bi) + Di
(RX format)
(RS, SI, SS format)
• โดยที่ c(Bi) และ c(Xi) แสดงข้อมูลที่บรรจุ อยูใ่ นรี จิสเตอร์ Bi และ Xi
ตามลาดับ
• ยกเว้นแต่วา่ ถ้า Xi = 0 ดังนั้น c(Xi) จะมีค่าเป็ น 0 และ Bi ก็เช่นเดียวกัน
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
30
ตัวอย่าง ของคาสัง่ RX-format
คาสัง่ A 3, 16(0,5)
สมมติวา่ รี จิสเตอร์ 5 เก็บค่าของ 1000 จะทาให้ค่าของข้อมูลชนิด Word ที่อยูท่ ี่
แอดเดรส
= c(B2) + c(X2) + D2
= c(5) + c(0) + 16
= 1000 + c(0) + 16
= 1016
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
31
ตัวอย่าง ของคาสัง่ SS-format
คาสั่ง MVC 32(79,5),300(5)
สมมติวา่ รี จิสเตอร์ 5 เก็บค่าของ 1000
Storage operand 1 address = c(B1) + D1 = c(5) + 32
= 1000 + 32 = 1032
Storage operand 2 address = c(B1) + D1 = c(5) + 32
= 1000 + 300 = 1300
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
32
คาสั่ งของเครื่อง 360/370 (ดู Appendix A)
กลุ่มที่ 1 Load Instruction และ store Instructions
Hexa code
op-code
58
48
98
18
12
50
40
90
07/06/47
Mnemonic
Format of Instruction
L
LH
LM
LR
LTR
ST
STH
STM
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
RX
RX
RS
RR
RR
RX
RX
RS
33
กลุ่มที่ 2 คานวณ
Hexa code
op-code
5A
4A
1A
59
49
19
5D
1D
5C
1C
5B
1B
07/06/47
Mnemonic
A
AH
AR
C
CH
CR
D
DR
M
MR
S
SR
Format of Instruction
RX
RX
RR
RX
RX
RR
RX
RR
RX
RR
RX
RR
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
34
กลุ่มที่ 3 Logical
Hexa code
Mnemonic Format of Instruction
op-code
55
15
D2
92
8D
07/06/47
CL
CLR
MVC
MVI
SLDL
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
RX
RR
SS
SI
RX
35
กลุ่มที่ 4 Branch and Link
Hexa code
Mnemonic Format of Instruction
op-code
47
07
45
07/06/47
BC
BCR
BAL
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
RX
RR
RX
36
5. ส่ วนพิเศษอืน่ ๆ
• เครื่ อง 360 ยังมีส่วน Hardware ที่ช่วยป้ องกันข้อมูลเป็ น Block
ขนาด 2,048 ไบท์ และยังมีระบบ Interrupt อีกด้วย จะกล่าวระ
เอียด ในบทที่ 9
07/06/47
Machine Structure, Machine
Language, and Assembly
37