FAKULTÄT FÜR INFORMATIK

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1 FAKULTÄT FÜR INFORMATIK TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Lehrstuhl für Rechnertechnik und Rechnerorganisation Prof. Dr. Martin Schulz Einführung in die Rechnerarchitektur Wintersemester 2017/2018 Lösungsvorschlag zur Zentralübung Aufgabe 3.1 a) Einfacher Sprungverteiler mit Vergleichen sprungverteiler1: CMP EAX,1 JE waschprogramm1 CMP EAX,2 JE waschprogramm2... CMP EAX,8 JE waschprogramm8 JMP error ; Wenn man hier landet, war EAX nicht zwischen 1 und 8. Vorteil der Lösung ist natürlich die Einfachheit und die Möglichkeit, auch Lücken in den Eingangswerten (Beispiel: 1 bis 4, 17 bis 21) problemlos abzuarbeiten. Nachteilig an dieser einfachen Auflistung der Vergleiche sind der hohe Code- und Zeitbedarf. Man stelle sich nur mal vor, wenn statt 8 Funktionen einige 1000 ausgewählt werden sollen. Damit lohnt sich so eine Verteilung nur für wenige Auswahlwerte. b) Sprungverteiler mit Tabelle Die Wörter mit den Startadressen der Funktionen liegen auf den Byteadressen sprungtabelle + 4 (waschprogramm nummer - 1). Diese Berechnungsform legt eine indirekte Adressierung mit zusätzlichem Index nahe. Die Basisadresse (z.b. in EBX) wird dann auf sprungtabelle gesetzt, der Index in EAX auf 4 (waschprogramm nummer - 1). Damit kann der Wert des Sprungziels z.b. mit MOV EAX,[EBX+EAX] nach EAX geladen werden, worauf dann mit JMP EAX dorthin gesprungen wird. Um zu vermeiden, dass unerlaubte Werte von EAX ungültige (weil nicht definierte) Sprungziele nach sich ziehen, muss der Wertebereich vorher noch überprüft werden. 1

2 Mögliche Optimierungen: - Es kann auch direkt mit JMP [EBX+EAX] gesprungen werden, diese Variante ist im folgenden Programm gezeigt. - Einsatz der skalierten Indizierung mit Offset. Erspart explizite Subtraktion und Multiplizierung (gezeigt als Variante 2). ; Definition der Sprungziele sprungtabelle: dd waschprogramm1 dd waschprogramm2... dd waschprogramm8 ; dd = Define Doubleword = 32Bit sprungverteiler2: CMP EAX,1 ; Überprüfung, ob EAX >=1 und EAX<=8 JL error ; kleiner als 1 CMP EAX,8 JG error ; größer als 8 SUB EAX,1 ; Tabellenindex fängt bei 1 an ADD EAX,EAX ; EAX := EAX*2 ADD EAX,EAX ; EAX := EAX*2, da 4 Byte pro Sprungziel MOV EBX,sprungtabelle ; Start der Tabelle JMP [EBX+EAX] ; Sprung durch die Tabelle ; Variante 2 ; (Bereichsgrenzen seien schon überprüft) MOV EBX,sprungtabelle JMP [EBX+EAX*4-4] ; Offsets dürfen auch negativ sein! Vorteil dieser Lösung ist der universelle und kurze Code für beliebig viele Sprungziele, der auch für alle Werte gleich viel Zeit benötigt. Allerdings können damit Lücken nicht bzw. nur umständlich behandelt werden. 2

3 Aufgabe 3.2 a) Die Auflösung der zu schreibenden Wartefunktion soll eine Sekunde betragen, als Grundlage steht aber nur eine Funktion zur Verfügung, die 5s wartet. Damit kann das geforderte Unterprogramm also zunächst nur Vielfache von 5s warten. Die Anzahl der Aufrufe von warte 5s berechnet sich zunächst trivial aus n, dazu kann der DIV-Befehl benutzt werden. 5 Problematisch ist dabei, welche Rundungsmöglichkeit benutzt wird. Zur Verfügung stehen zumindest immer aufrunden, immer abrunden und mathematische Rundung. Weiterhin sind auch noch andere Möglichkeiten denkbar, die bereits abhängig vom Ausgangswert verschiedene Rundungen durchführen. Für den technischen Prozess der Waschmaschine scheint die Variante immer aufrunden noch am sinnvollsten. Gerade kurze Wartezeiten (z.b. 1s) haben meist einen bestimmten und genau vermessenen Hintergrund und sollten nicht einfach verkürzt (z.b. auf 0s) werden. b) In dieser Lösung wird das Aufrunden vor der Divison erledigt, indem 5 1 = 4 auf EAX addiert wird. Natürlich ist es auch möglich, nach der Division den Rest in EDX auszuwerten und, falls der Rest ungleich 0 ist, aufzurunden. warte_n: PUSH EAX PUSH EBX PUSH EDX MOV EBX,5 ADD EAX,4 MOV EDX,0 DIV EBX CMP EAX,0 JE fertig warte_schleife: CALL warte_5s DEC EAX JNE warte_schleife ; Register sollen nach dem Aufruf unverändert sein ; aufrunden ; DIV braucht auch EDX ; EAX := EAX/5 ; Leider setzt DIV die Flags nicht richtig. ; Bei EAX = 0 -> Kein Warten ; EAX um 1 erniedrigen ; wenn EAX ungleich 0, nochmal warten fertig: POP EDX POP EBX POP EAX RET 3

4 Aufgabe 3.3 Diese Aufgabe übt die bereits bekannten Konstrukte Unterprogrammaufruf und Schleife nochmal in einem umfangreicheren Kontext. Es gibt ansonsten keine Tricks oder Besonderheiten... waschgang: MOV EAX,1 ; Wasser einlassen, Ventil auf wasserstand_warten: CALL wasserstand ; Wasserstand einlesen CMP EAX,30 JL wasserstand_warten ; warten, solange EAX<30 MOV EBX,10 schleife_lr: MOV EAX,8 MOV EAX,5 MOV EAX,15 MOV EAX,4 MOV EAX,5 MOV EAX,15 DEC EBX JNE schleife_lr MOV EAX,2 MOV EAX,60 ; Wasser aus ; 10 mal folgenden Teil durchlaufen ; Linkslauf ; 5s laufen lassen ; Trommelmotor aus ; 15s Pause ; Rechtslauf ; 5s laufen lassen ; Trommelmotor aus ; 15s Pause ; Schleifenzähler-1 ; abpumpen ; Mindestzeit 4

5 warte_bis_leer: CALL wasserstand CMP EAX,0 ; warten, solange EAX ungleich 0 JNE warte_bis_leer RET ; alles aus ; Rücksprung 5