ERA-Zentralübung Maschinenprogrammierung

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "ERA-Zentralübung Maschinenprogrammierung"

Simon Wagner
vor 7 Jahren
Abrufe

1 Marcel Meyer LRR TU München

2 Inhalt Aufgabe 1.1 Aufgabe 1.2 Speicherzugriffe Unbedingte Sprünge Stapelspeicher Unterprogramme

3 Aufgabe 1.1 Quellregister AX, BX, CX Konstante deklarieren Werte aufaddieren Zielregister DX

4 Aufgabe 1.2 Gegeben: Temperatur-Sensor mit AD-Wandler 8-Bit-Auflösung Wertebereich Wert 0 entspricht 100 C Wert 255 entspricht 10 C Linearer Verlauf

5 Aufgabe 1.2 Aufstellen einer Geradengleichung: oder T = 10 + (255 S) T = 10 + (255 S) (1) (2)

6 Aufgabe 1.2 Problem: Voreiliges Berechnen von konstanten Ausdrücken führt zu unbrauchbaren Werten aufgrund der Ganzzahlrechnung. T = 10 + (255 S) 90 T = 10 + (255 S) 0 (3) 255 T = 10 + (255 S) T = 10 + (255 S) 2 (4) Die Steigung muss explizit berechnet werden. Alternativ Verwendung von Festkommarechnung (siehe TÜ2).

7 80386-Speicherzugriffe Speicher nach von Neumann-Konzept organisiert, Daten und Programm im gleichen Speicher Aufgeteilt in durchnummerierte Zellen, 8 Bit pro Zelle speicherbar verwendet Speicheradressen mit 32 Bit Breite Byte = 4 GiB 1 adressierbar Speicherzugriffe oft anstatt Register nutzbar Adressierungsarten 1 Gibibyte: = / Gigabyte: =

8 80386-Speicherzugriffe Speicherzellen enthalten keinen Typ, Speicherinhalt anonym Prozessor muss Werte richtig interpretieren (signed, unsigned, Festkomma, Fliesskomma, Zeichen,... ) Zugriffe erfolgen mit 8-Bit-, 16-Bit- oder 32-Bit-Breite little-endian -Format im Speicher für 16/32 Bit niederwertiges Byte zuerst (Startadresse) (LSB/MSB = least/most significant Byte/Bit) MSB zuerst big-endian

9 Adressierungsarten Beschreibung, wie die CPU an die Daten kommt. Bereits bekannt: Register und Konstante (Immediate) Neu: Direkte Adressierung Adresse der Speicherzelle wird direkt angegeben. MOV EAX,[20] ; 32-Bit-Lesezugriff auf Adr. 20 MOV [22],AX ; 16-Bit-Schreibzugriff auf Adr. 22 MOV BL,[27] ; 8-Bit-Lesezugriff auf Adr. 27 ADD EAX,[30] ; 32-Bit-Addition mit Lesezugriff SUB [32],BX ; 16-Bit-Sub. mit Lese/Schreibzugriff

10 Hinweise zum Speicherzugriff Adresswert bei 16/32 Bit ist immer die LSB-Startadresse Adressen werden immer byteweise gezählt Speicherzugriff entweder Ziel oder Quelle Falsch: MOV [20],[24] 1-Address-Befehle ohne Operandenlänge erfordern Typisierung NEG DWORD [20] ; Standard auch ohne DWORD NEG WORD [42] NEG BYTE [28]

11 Symbolische Adressen Pseudobefehl zur Definition von Präprozessor-Konstanten: EQU... Definiert Konstante für Präprozessor Assoziierung der Marke (Label) davor mit dem ersten Byte konstante1: EQU adresse1: EQU 0x1770 ; Konstante (wird evaluiert) ; Konstante

12 Symbolische Adressen Pseudobefehl zur Definition von Speicherbereichen: RESx n Reserviert Speicherbereich mit n Bytes/Words/DWords. Inhalt undefiniert Nutzung für Zwischenergebnisse, grössere Datenmengen Hat nichts mit Speicherreservierung in C (malloc) etc. zu tun! werte1: werte2: RESB 64 RESW 5 ; "Reserviere" 64 Bytes ; "Reserviere" 5 Worte

13 Symbolische Adressen Pseudobefehl zur Definition von Konstanten: Dx... Definiert vorbelegte Konstanten im Speicher Werte (meist) überschreibbar Nutzung als Tabelle (Übersetzung, Zeichenketten,... ) tabelle1: DB 17,55,68,71 ; Definiere 4 Bytes mit Wert tabelle2: DW 0x1234,0x8888,0x5432 tabelle3: DD 0x ,0x ,0x

14 Symbolische Adressen ; Nutzung MOV ECX,konstante1 MOV EAX,[adresse1] MOV [werte1],bl MOV AX,[tabelle2] ; => MOV ECX,3750 ; auch in Ausdrücken MOV ECX,konstante1*3 MOV EAX,[adresse1+16]

15 Indirekte Adressierung Mächtige Art der Adressierung Prozessor/Programm bestimmt die effektive Adresse selbst Effektive Adresse (EA): Adresse, auf die der Zugriff erfolgt dynamische/veränderliche Adressen Grundlage: Angabe eines Registers Verschiedene Arten und Berechnungsmethoden

16 Indirekte Adressierung ; Register Indirect [reg] MOV EAX,[EBX] ; reg = EAX-EDX, ESI, EDI, EBP, ESP ; Based Mode [reg+displacement] MOV EAX,12[EBX] MOV EAX,[EBX+12] ; Intel-Syntax ; nasm-syntax ; Based Indexed Mode [reg1+reg2] MOV EAX,[EBX][ESI] ; Intel-Syntax MOV EAX,[EBX+ESI] ; nasm-syntax

17 Indirekte Adressierung ; Based Indexed Mode with Displacement ; [reg1+reg2+displacement] MOV EAX,12[EBX][EDX] MOV EAX,[EBX+EDX+12] ; Intel-Syntax ; nasm-syntax ; Base and Scaled Index with Displacement ; [reg1+n*reg2+displ] n=2/4/8 MOV EAX,12[EAX][ECX*2] ; Intel-Syntax MOV EAX,[EAX+ECX*2+12] ; nasm-syntax

18 Indirekte Adressierung - Pro & Contra Berechnung von Speicheradressen (Zeiger/Pointer) Datenstrukturen Durchlaufen von Feldern (Arrays) Verschachteltes Auslesen von Adressen Problem: Anonymer Speicher Es ist nicht erkennbar, ob ein Wert eine Speicheradresse mit sinnvollem Inhalt ist! Folge: Zugriffe auf falsche Speicheradressen Falsche Ergebnisse oder Absturz, Speicherzugriffsfehler, Allgemeine Schutzverletzungen, Oops, Blue Screen,... Fehlererkennung teils mit Memory Management Unit (MMU) grobe Aufteilung des Speichers in nicht les/schreibbare Bereiche Speicherdebugging mit Werkzeugen: z.b. Valgrind erkennt nicht initialisierte Speicherbereiche etc.

19 Unbedingte Sprünge Veränderung im sequentiellen Ablauf Sprungbefehl JMP Veränderung des Instruction Pointer Getarntes MOV IP,... Sprungziel als Adressierungsart wie Quelle JMP 0x1234 JMP fehler MOV EAX,0x4567 JMP EAX fehler: JMP [EBX] ; Sprungziel IP = 0x1234 ; Sprungziel IP = fehler ; Sprungziel IP = 0x4567 ; Sprungziel IP = [EBX]

20 Stapelspeicher Stack/Stapel/Keller Patentiert 1957 von F.L. Bauer und K. Samelson (TUM) Datenstruktur im Speicher LIFO-Struktur (Last In, First Out) Ablage von Daten selbstorganisierend Benutzer muss sich nicht um Adressen kümmern Zugriffsfunktionen kapseln Datenorganisation Operationen PUSH x Element von Quelle x auf den Stapel legen POP x Element vom Stapel holen in in Ziel x schreiben Sprachen/Systeme, die im wesentlichen mit Stack arbeiten: Forth, Open Firmware (OpenBoot), PostScript, Java-Virtual-Machine (JVM)

21 Stapelspeicher allgemeines Beispiel: (Konstanten erst ab möglich) PUSH 1 PUSH 23 PUSH 42 POP -> 42 POP -> 23 POP -> 1 Stapelinhalt <leer> <leer>

22 Stapelverwaltung Stapel wächst zu kleineren Adressen hin SP Stack Bottom Hauptspeicher Adresse n + 4 Adresse n + 3 Adresse n + 2 Adresse n + 1 Adresse n Richtung SP Stack Bottom Hauptspeicher Adresse n Adresse n - 1 Adresse n - 2 Adresse n - 3 Adresse n besitzt Zeiger auf Stapel Stackpointer (ESP) ESP zeigt auf die Adresse des obersten Stapelwertes Nachbildung von PUSH <Quelle> SUB ESP,4 MOV [ESP],<Quelle> Nachbildung von POP <Ziel> MOV <Ziel>,[ESP] ADD ESP,4 Richtung

23 Stapelanwendung Ziel/Quelle: alle Adressierungsarten mit 16/32 Bit ERA: Bitte keine Tricks mit Vermischungen! Kurzzeitiger Zwischenspeicher Retten von Registern Unterprogramme Beispiel: MOV EAX, 1 MOV EBX, 2 PUSH EAX PUSH EBX POP EAX ; jetzt ist EAX = 2 POP EBX ; jetzt ist EBX = 1 Problem: Anzahl PUSH = Anzahl POP, sonst Absturzgefahr...

24 Unterprogramme Spezielle Sprungbefehle (80386: CALL, RET) CALL speichert IP des nächstens Befehls auf dem Stapel und springt zur angegebenen Marke (Pseudo-80386): ; CALL x entspricht PUSH befehl_nach_call JMP x befehl_nach_call:... ; 32 Bit! RET holt einen 32-Bit-Wert vom Stapel und springt dorthin: ; RET entspräche (gibt es so aber nicht!) POP EIP ; impliziter Sprung Nutzung für gemeinsame Unterprogramme/Funktionen/etc. Aufgerufener Code kehrt mit RET automatisch zum Aufrufer zurück

25 CALL/RET Beispiel Hauptspeicher 1010h 1011h 1012h... MOV EAX, 1234h CALL EAX... Unterprogrammaufruf 1234h (erster Befehl) Unterprogrammrueckkehr RET

26 Rekursionen Funktion ruft sich selbst direkt oder indirekt wieder auf. Beispiel: n! = fak(n) = { n fak (n 1) für n 1 1 für n = 0 CALL/RET erlauben Rekursion Stolpersteine: Stack muss ausreichend groß sein Abbruchbedingung muss stimmen

Ähnliche Dokumente

FAKULTÄT FÜR INFORMATIK

FAKULTÄT FÜR INFORMATIK TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Lehrstuhl für Rechnertechnik und Rechnerorganisation Prof. Dr. Arndt Bode Einführung in die Rechnerarchitektur Wintersemester 2016/2017 Zentralübung