Tietokonetekniikka 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta • Lähde: Haltsonen, S., Rautanen, E. • Pieka 02.02.2009 • Kuvagalleria 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta.
Download ReportTranscript Tietokonetekniikka 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta • Lähde: Haltsonen, S., Rautanen, E. • Pieka 02.02.2009 • Kuvagalleria 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta.
Tietokonetekniikka 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta • Lähde: Haltsonen, S., Rautanen, E. • Pieka 02.02.2009 • Kuvagalleria 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 1 5.1 Käskykanta ja käskyryhmät • Käskyt jaetaan ryhmiin: – Tiedonsiirtokäskyt – Aritmeettiset käskyt – Loogiset käskyt – Sivuttaissiirto- ja rotaatiokäskyt (pyörityskäskyt) – Hyppy- ja haarautumiskäskyt – Syöttö- ja tulostuskäskyt – Ohjauskäskyt 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 2 5.2 Käskyn rakenne 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 3 Käskyn rakenne (instruction format) Osoitekenttä: Mikäli operandi tai tulos sijaitsee muistissa, sen sijainnin ilmoittavaa käskyn osaa nimitetään osoitekentäksi (address field). Osoitekenttä voi olla useita sanoja ja haku voi viedä useita muistijaksoja. 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 4 Kuva 5-4. Laskentakäskyn ja hyppykäskyn rakenne a)Laskentakäsky b)Hyppykäsky 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 5 Operandin sijainti • Operaatio on käskyosa eli koodiosa • Operandi on kohdeosa tai lähdeosa • Kohde tai lähde voi olla muistipaikka tai yleiskäyttöinen rekisteri tai I/O –rekisteri (tai rekisteriryhmän indeksi). 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 6 Avainsanoja • Rekisteriin viittaaminen – Rekisteriryhmä, säilytetään välituloksia – Muutaman bitin Indeksikentän käyttö koodissa • Muistiviittaus – Operandi tai tulos sijaitsevat keskusmuistissa • • • • Akku, A –rekisteri, laskentarekisteri Ohjelmalaskuri (EIP) ALU --- aritmeettislooginen yksikkö Pino --- pino-osoitin (ESP) 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 7 Kuva 5-3. Käsky, jossa on kolme muistiosoitetta Käskyn haku vaatii neljä muistiviittausta ja suoritus vaatii kolme muistiviittausta Hidas 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 8 Kuva 5-4. Käsky, jossa on kaksi muistiosoitetta Käskyn haku vaatii kolme muistiviittausta ja suoritus vaatii kolme muistiviittausta Hidas 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 9 Käsky, jossa on yksi muistiosoite, Akku nopeampi 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 10 Käsky, jossa on yksi muistiosoite ja yksi rekisteriosoite: Rekisteriryhmä 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 11 Käsky, jossa on kaksi rekisteriosoitetta Käskyn suorituksessa ei ole lainkaan muistiviittauksia. Nopea RISC –koneissa käsky on yhden sanan mittainen. Käskyssä ei ole lainkaan muistiviittausta. Ainoa muistiviittaus on käskyn haku. 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 12 Käsky, jossa on kolme rekisteriosoitetta Kolmen operandin käskyn periaate 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 13 Nollan osoitteen käskyn periaate Operandit haetaan pinosta ja tulos viedään pinoon. 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 14 5.4 Osoitusmuodot (Addressing mode) • 1. Operandi käskyssä -välitön osoitus • 2. Operandi rekisterissä -rekisteriosoitus • 3. Operandi muistissa -absoluuttinen osoitus – epäsuora osoitus – Rekisteri epäsuora osoitus – indeksoitu osoitus – kantaosoitus – indeksoitu kantaosoitus – suhteellinen osoitus 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 15 5.4.1 Välitön osoitus (immediate addressing) • Operandi (kohde- tai lähde) on osa käskyä. • Vakioiden käyttö on helppoa. • Käsky ja operandi voi olla myös kahden sanan mittainen. 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 16 5.4.2 Rekisteriosoitus (register addressing) • Operandi (kohde tai lähde) on rekisterissä. • Etua, jos operaation tulosta käytetään hyväksi seuraavassa käskyssä. 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 17 5.4.3 Absoluuttinen osoitus eli suora muistiosoitus • Operandi on muistissa ja muistipaikan osoite sisältyy käskyyn. Muistiosoite vie sanan verran tilaa. • Yksinkertainen tapa viitata muistissa oleviin muuttujiin. • Ei rekisteriosoitus ??? Virhe !!!! 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 18 Kuva 5-13. Muistiosoitteen täydentäminen ohjelmalaskurin avulla 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 19 5.4.4 Rekisteriepäsuora osoitus 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 20 5.4.5 Indeksoitu osoitus ja kantaosoitus • Indeksoitu osoitus (indexed addressing, Index register addressing) • Kantaosoitus (based addressing, base register addressing) • Rekisteriepäsuoran osoituksen ylestyksiä • Muistiosoite saadaan lisäämällä indeksi- tai kantarekisterin sisältöön käskyssä oleva vakio tai siirros (displament, offset). 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 21 Indeksoitu osoitus ja kantaosoitus • Jos indeksi- tai kantarekistereitä on useita, käytetty rekisteri on ilmoitettava käskyssä. • Skaalattu käyttö: – Indeksirekisterin sisältö kerrotaan vakiolla 1, 2, 4 tai 8 ennen käskyssä olevan siirroksen lisäystä. – Yhdessä muistipaikassa talletettuna on yksi tavu. – Operandi voi olla joka yhden, kahden, neljän tai kahdeksan tavun mittainen. – Muistissa taulukko laskentakaava n=k*ri+d – k on vakio, ri on indeksirekisterin sisältö ja d on käskyssä oleva siirros. 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 22 Indeksoitu osoitus ja kantaosoitus 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 23 Taulukon käsittely indeksoitua osoitusta käyttäen 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 24 Tietorakenteen käsittely • Kuva 5-17 ! 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 25 Tietorakenteen käsittely 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 26 5.4.6 Indeksoitu kantaosoitus 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 27 5.4.7 Suhteellinen osoitus 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 28 Mikro-ohjaimen osoitusmuodot • Katso toinen PPT ! 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 29 5.5 Käskykanta • Katso esim. atMega128:n käskykanta *.pdf ! • Tietokoneen kaikki käskyt • Jaettu ryhmiin toimintojen mukaan 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 30 5.5.1 Siirtokäskyt (data transfer instruction) • Esimerkiksi assembler –käskyinä – Move, load , store jne. omina lyhenteinä – Siirtävät tietoa joko muistipaikan ja rekisterin tai kahden rekisterin välillä • Pinonkäsittelykäskyt ovat siirtokäskyjä – push Rekisteristä pinon päälle – pop Pinon päältä rekisteriin 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 31 5.5.2 Aritmeettiset käskyt (arithmetic instruction) • • • • • • • Yhteen-, vähennys-, kerto-, ja jakolaskut Inkrementointi (incrementing) Dekrementointi (decrementing) Vertailu (comparison) Laskutoimitukset kahdelle luvulle kerrallaan C-lippu Liukulukukäskyjä 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 32 5.5.3 Loogiset käskyt (Logical instruction) • Maskauksen merkitys ja käyttö: AND-, OR- ja XOR –maskaus, ”Bittikuviomuokkaus” • AND – maskaus: Maskin 1 siirtää (säilyttää) ja 0 nollaa kyseisen bitin • OR – maskaus: Maskin 1 pakottaa 1:ksi ja 0 siirtää (säilyttää) kyseisen bitin • XOR – maskaus: Maskin 1 invertoi (kääntää) ja 0 siirtää (säilyttää) kyseisen bitin 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 33 Bittioperaatiot ja Loogiset lausekkeet • Bittioperaatiot (&, |, ^, ~, <<, >> , Boolen kytkentä algebra bittitasolla) • Maskina bittikuvio esim. muuttuja = muuttuja & 0x0F; • • Looginen lauseke (Boolen kytkentä algebra lauseketasolla) • !, &&, ||, ==, =>, =<... • if ( tosijuttu1 && tosijuttu2 ) teejuttu; 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 34 AND (JA) -operaatio Sana 1100 1010 Maski 1111 1001 Tulos 1100 1000 • AND – maskaus: Maskin 1 siirtää (säilyttää) ja 0 nollaa kyseisen bitin A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 F 0 0 0 1 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 35 OR (TAI) -operaatio Sana 1100 1010 Maski 1111 1001 Tulos 1111 1011 • OR – maskaus: Maskin 1 pakottaa 1:ksi ja 0 siirtää (säilyttää) kyseisen bitin A B F 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 36 NOT (EI) -operaatio Sana 1100 1010 ~ 0011 0101 • Kääntää eli invertoi bitin arvon ulostuloon Totuustaulu A F 0 1 1 0 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 37 XOR (ehdon tai) -operaatio Sana 1100 1010 Maski 1111 1001 Tulos 0011 0011 • XOR – maskaus: Maskin 1 invertoi (kääntää) ja 0 siirtää (säilyttää) kyseisen bitin A B F 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 38 5.5.4 Sivuttaissiirto- ja rotaatiokäskyt 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 39 Aritmeettinen sivuttaissiirto Kahdenkomplementtilukujen käsittely 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 40 Looginen sivuttaissiirto Kahdella kertominen ja jakaminen 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 41 5.5.5 Hyppy- ja haarautumiskäskyt • Hyppykäskyt (jump instruction) – Ehdottomia tai ehdollisia • Haarautumiskäskyt (branch instruction) – Suoritetaan vain jos ehto on voimassa. – Taulukossa on annettu ehto ja lippujen avulla muodostettu looginen lauseke, jonka arvo on yksi, jos ehto on voimassa. Katso taulukot 5-1 ja 5-2 ! 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 42 Hyppy- ja haarautumiskäskyt 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 43 Hyppy- ja haarautumiskäskyt 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 44 5.5.6 Aliohjelmakäskyt • call • return • Ohjelmalaskurin arvo (EIP) 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 45 Aliohjelman periaate 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 46 5.5.7 Syöttö- ja tulostuskäskyt • I/O -käskyt 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 47 5.5.8 Ohjauskäskyt • Mm. keskeytysten prioriteettien asettaminen 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta 48