13.2 Übergang zur realen Maschine

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Otto Wolf
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1 13.2 Übergang zur realen Maschine Bernd Becker Technische Informatik II Unterschiede zwischen abstrakter und realer Maschine 1. Bei realer Maschine nur ein Speicher M für Daten und Befehle. M ist endlich. Für i {,..., } ist M(i) Inhalt der i-ten Speicherzelle. Speicherzellen können Elemente aus {,1 } 32 aufnehmen. BB - TI II 13.2/2 1

2 Unterschiede zwischen abstrakter und realer Maschine (ff) 2. CPU-Register PC, ACC, IN1, IN2 können nur Elemente w {,1 } 32 aufnehmen. wheißt Wort. Verschiedene Interpretationsmöglichkeiten von Worten:! Binärzahlen (z.b. bei Adressen aus M)! 2er-Komplement (z.b. Zahlen bei arithmetischen Operationen)! Bitstrings (z.b. bei logischen Operationen, die zusätzlich betrachtet werden) BB - TI II 13.2/3 Unterschiede zwischen abstrakter und realer Maschine (ff) 3. Befehle sind ebenfalls Worte aus {,1 } 32. " Parameter i N bzw. i Z werden kodiert durch m-stellige Binärzahlen bzw. 2er-Komplementzahlen mit m < 32. " Maschinensprache bzw. Instruktionssatz BB - TI II 13.2/4 2

3 Schreibweisen: b j = (b,...,b) j mal für b {,1 } < A > : = B ( A Register oder Speicherzelle, B {,..., } ) bedeute A := bin 32 (B) ( Beispiel: <PC> +1 ) [A] : = B ( A Register oder Speicherzelle, B { ,..., } ) bedeute A := twoc 31 (B) BB - TI II 13.2/5 Instruktionsformate Sei I = i 31,..., i {,1 } 32. I [y, x] := i y, i y-1,..., i x für x y 31 Allgemeines Instruktionsformat: typ Spezifikation Parameter i BB - TI II 13.2/6 3

4 Typ einer Instruktion: I [31, 3] 1 1 Typ Compute Load Store, Move Jump BB - TI II 13.2/7 Load - Befehle Prinzip: M * SEG D i Modus vorläufig nicht relevant, siehe später BB - TI II 13.2/8 4

5 Load Befehle (ff) Typ Modus SEG Befehl Wirkung 1 1 LOAD i LOADIN1 i LOADIN2 i LOADI i ACC := M() ACC := M(<IN1> + [i]) ACC := M(<IN2> + [i]) ACC := 8 i Durchführung von Rechnungen <x> + [y] : siehe später Store, Move - Befehle Prinzip: M S D i Modus Source Drain BB - TI II 13.2/1 5

6 Store, Move - Befehle (ff) Typ Modus Befehl Wirkung STORE i M() := ACC STOREIN1 i M(<IN1> + [i]) := ACC STOREIN2 i M(<IN2> + [i]) := ACC 1 1 MOVE S D D := S außer bei D = (PC) Kodierung S, D S, D 1 1 Register PC IN1 IN2 ACC BB - TI II 13.2/12 6

7 Compute - Befehle Prinzip: MI F D i compute immediate/ compute memory später!! Funktions - Feld BB - TI II 13.2/13 Compute - Befehle (ff) Typ MI F Befehl Wirkung SUBI i [ACC]:=[ACC] [i] 1 ADDI i [ACC]:=[ACC] + [i] OPLUSI i ACC := ACC 8 i 1 ORI i ACC : = ACC 8 i 1 ANDI i ACC := ACC 8 i SUB i [ACC]:=[ACC] [M()] 1 ADD i [ACC]:=[ACC] + [M()] 1 OPLUS i ACC := ACC M() 1 OR i ACC := ACC M() 1 AND i ACC := ACC M() 7

8 Bemerkung zu OPLUS ACC := ACC 8 i i ( ACC 31,..., ACC 24, ACC 23 i 23,..., ACC i ) BB - TI II 13.2/15 Jump - Befehle Prinzip: C * i Condition BB - TI II 13.2/16 8

9 Kodierung der Bedingung c: C Bedingung c nie > = < immer BB - TI II 13.2/17 Kodierung nach Schema: nur I [29] = 1 < wird abgefragt nur I [28] = 1 = wird abgefragt nur I [27] = 1 > wird abgefragt Andere Abfragen durch Kombinationen, z.b. C = 11 : < oder >, also BB - TI II 13.2/18 9

10 Jump - Befehle (ff) Typ 1 1 Befehl JUMP c i Wirkung < PC > + [i] < PC > : = < PC > + 1, falls [ACC] c, sonst Unbedingte Sprünge werden durch C = 111 ausgedrückt. Bei C = : Keine Wirkung des Befehls außer Inkrementieren des Befehlszählers " NOP Befehl (No Operation) BB - TI II 13.2/19 Andere Befehle... sind durchaus sinnvoll und bei anderen Architekturen evtl. schon als Grundbefehl vorhanden. Hier: Zusammensetzen aus Grundbefehlen mit Hilfe von Unterprogrammen. BB - TI II 13.2/2 1

11 Beispiel: Shift - Operationen Linksshift: lsh: B n B n, ( a n-1,..., a ) ( a n-2,..., a, ) zyklischer Linksshift: cls: B n B n, ( a n-1,..., a ) ( a n-2,..., a, a n-1 ) Rechtsshift: rsh: B n B n, ( a n-1,..., a ) (, a n-1,..., a 1 ) zyklischer Rechtsshift: crs: B n B n, ( a n-1,..., a ) ( a, a n-1,..., a 1 ) Realisierung mit vorhandenen Maschinenbefehlen: siehe Übung! BB - TI II 13.2/21 Addition und Sign Extension Probleme bei Additionen: 1. Addition verschieden langer Zahlen ( z.b. [ACC] + [i] ) 2. Addition von Binärdarstellungen und Zweierkomplementzahlen ( z.b. M(<IN1> + [i]) := ACC )! BB - TI II 13.2/22 11

12 Zu 1. Lösung durch Sign Extension: Sei y {,1 } 24. Dann sei sext(y) : = y 8 23 sext(y) heißt sign extension von y y Es gilt: [y] = [sext(y)] (" Übung) Damit wird [ACC] + [i] zurückgeführt auf [ACC] + [sext(i)] BB - TI II 13.2/23 zu 2.: Lemma: Sei x B 32, y B 32, <x> + [y] < 2 32 und es sei <x> + <sext(y)> = <c,s> mit c B, s B 32. Dann gilt: <x> + [y] = <s> D.h. es genügt, x und sext(y) als Binärzahl zu interpretieren und den Übertrag zu ignorieren (wenn keine Überlaufbehandlung nötig). Beweis: Übung BB - TI II 13.2/24 12

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