Mikrocomputertechnik. Adressierungsarten. Ein Mikroprozessor bietet meist eine Reihe von. Möglichkeiten, die Operanden für eine Rechenoperation zu

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1 Adressierungsarten Ein Mikroprozessor bietet meist eine Reihe von Möglichkeiten, die Operanden für eine Rechenoperation zu bestimmen. Diese Möglichkeiten bezeichnet man als Adressierungsarten. -Software.pdf 1

2 unmittelbare Adressierung (immediate) Bei dieser Adressierungsart ist der Operand eine Konstante, die direkt hinter dem OpCode im Speicher steht. MOVE #123,D1 Lade D1 mit 123 Eine Konstante kann nur als Quelloperand auftreten, nie als Ergebnis einer Rechenoperation. Häufig wird diese Adressierung verwendet, um Register des Prozessors mit Startwerten oder Adressen vorzubelegen. In Assemblerschreibweise wird der Konstanten beim das Zeichen # -Software.pdf 2

3 vorangestellt. absolute Adressierung (direct, absolute) Die effektive Adresse des Operanden befindet sich als absolute Adresse direkt im Anschluß an den Opcode im Speicher. In der Assemblersyntax (68000) steht die Adresse ohne spezielle Kennzeichnung als Zahlenwert direkt hinter dem Opcode. -Software.pdf 3

4 Registeradressierung (register direct) Der Operand steht in einem der Prozessorregister. Die Adresse steht als kurze Registeradresse im OpCode. Als Register können universelle Register wie z.b. Datenregister oder Adreßregister, aber auch spezielle Register wie Stackpointer, Statusregister usw. angesprochen werden. CLR D1 Lösche D1 -Software.pdf 4

5 Registerindirekte Adressierung (register indirect) Die effektive Adresse steht in einem Register, üblicherweise in einem Adreßregister, der Operand steht im Speicher. Diese Adressierungsart hat gegenüber der absoluten Adressierung den Vorteil, daß beim Holen des Befehls die Operandenadresse nicht gelesen werden muß. Sie wird eingesetzt, wenn innerhalb eines Programmteils häufig auf dieselbe Operandenadresse zugegriffen wird. In Assemblersyntax wird der Name des zur Adressierung verwendeten Registers in Klammern geschrieben. -Software.pdf 5

6 Registerindirekte Adressierung mit Postinkrement Bei der Adressierung wird der Inhalt des verwendeten Adreßregisters verändert. Beim Postinkrement wird nach der Verwendung der Adresse der Inhalt des Registers inkrementiert, wobei das Inkrement abhängig von der Datenbreite des adressierten Operanden die Werte 1, 2 oder 4 annehmen kann. Diese Anpassung der Schrittweite nennt man Skalierung, da das Inkrement mit dem skalaren Faktor 1,2 oder 4 multipliziert wird. Wird zum Beispiel mit dem Befehl MOVE.B D1, (A1)+ ein Byte vom Datenregister D1 in den Speicher kopiert, so wird A1 anschließend um den Wert 1 erhöht. Wird mit MOVE.L D1, (A1)+ ein Langwort, also 4 Byte kopiert, so wird A1 entsprechend um den Wert 4 inkrementiert. Nach der Befehlausführung zeigt daher das Adreßregister immer auf das nächste Datenwort im Speicher. -Software.pdf 6

7 Diese Adressierungsart eignet sich für die Bearbeitung von Datenfeldern in einer Schleife, wie das folgende Beispiel zeigt. Soll das Feld nicht byteweise, sondern wortweise mit 1 belegt werden, so muß nur move.b durch move.w ersetzt werden, die Adreßberechnung passt sich automatisch an. -Software.pdf 7

8 Im folgenden Programmausschnitt werden die Elemente eines Feldes mit dem ; Wert 1 vorbelegt. FELDANF equ ; Startadresse des Feldes FELDEND equ FELDANF+100 ; Endadresse des Feldes move.l #FELDANF,A1 ; Startadresse ins Register A1 LOOP move.b #1, (A1)+ ; 1 in das akt. Feldelement cmp.l FELDEND, A1 ; Vergleich auf Feldende ble LOOP ; Verzweigung zu LOOP, falls ; Feldende noch nicht erreicht ist -Software.pdf 8

9 Registerindirekte Adressierung mit Prädekrement Das Gegenstück zum Postinkrement ist die Adressierung mit Prädekrement. Hierbei wird vor dem Speicherzugriff der Inhalt des Adressregisters dekrementiert. Diese Adressierungsart wird durch ein Minuszeichen vor dem Adreßregister symbolisiert. Wird als Adreßregister der Stackpointer verwendet, so ersetzen diese beiden Adressierungsarten die Befehle PUSH und POP zur Stackverwaltung -Software.pdf 9

10 Registerindirekte Adressierung mit Displacement Bei der Adressierung mit Displacement wird die effektive Adresse aus dem Inhalt eines Adreßregisters und einer konstanten Adreßdistanz (Displacement) berechnet. Das Displacement ist vorzeichenbehaftet (2er-Komplement) und erlaubt so eine positive und negative Adreßdistanz zur Basisadresse im Adreßregister. Diese Methode wird beim Zugriff auf Daten verwendet, die in einer festen Struktur im Speicher vorliegen. In der Assemblersyntax steht das Displacement als eine Zahl vor dem Adressregister. -Software.pdf 10

11 Indizierte Adressierung mit Displacement Wird neben einer Konstanten noch eine variable Adreßdistanz benötigt, die erst zur Laufzeit eines Programms feststeht, so wird die indizierte Adressierung verwendet. Die effektive Adresse wird hier aus der Basisadresse in einem Adreßregister, einem konstanten und einem variablen Adreßversatz aus einem weiteren Register berechnet -Software.pdf 11

12 PC-relative Adressierung Eine interessante Variante ist die Verwendung des Befehlszählers (program counter) als Adreßregisters. Die effektive Adresse wird hier immer mit Bezug zum aktuellen Befehlszähler gebildet, d.h. alle Adressen werden nur mehr als relativer Adreßabstand zum Befehlszähler abgespeichert. Die befehlszählerrelative Adressierung ermöglicht es, ein übersetztes Programm mitsamt Daten und Konstanten im Speicher zu verschieben. Der Befehlszähler darf dabei natürlich nicht verändert werden, da sonst das Programm nicht mehr korrekt ablaufen würde. Von den bisher vorgestellten Methoden eignen sich daher nur die indizierte Adressierung oder die Adressierung mit Displacement zur PC-relativen Adressierung. Die Assemblersyntax verwendet die bereits besprochene Schreibweise, statt einem Adreßregister steht in Klammern das Symbol PC für ProgramCounter. -Software.pdf 12

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15 Assemblerprogramm 1 ; Es werden alle Zahlen von einem Startwert bis zu einem Endwert addiert 2 org $10000 ; Startadresse des Programms 3 STEP equ 1 ; Schrittweite wird als Konstante vereinbart 4 5 clr D0 ; Register D0 wird gelöscht 6 move FIRST,D1 ; Startwert ins Register D1 7 SCH add D1, D0 ; D1 wird zu D0 addiert, ; Ergebnis in D0 8 add #STEP,D1 ; D1 wird um Schrittweite inkrementiert 9 cmp LAST, D1 ; Vergleich von D1 mit dem Endwert 10 ble SCH ; Verzweigung zu SCH, falls Endwert ; noch nicht erreicht ist 11 move D0, SU ; Ergebnis wird in den Speicher kopiert 12 stop # FIRST dc.w 1 ; Speicherplatz für Startwert 15 LAST dc.w 100 ; und Endwert 16 SU ds.w 1 ; Speicherplatz für Ergebnis 17 end ; Ende des Programms -Software.pdf 15

16 Maschinencode im Speicher in hexadezimaler Schreibweise Zeilennr Adresse OpCode Operandenadresse D A D27C E B F00 FFF C E 4E Software.pdf 16

17 Assembler Aufgaben: Übersetzt mnemotechnische Abkürzungen (z.b. move, add...) in die Maschinenbefehle des Prozessors Ermöglicht die Vergabe von Namen für Speicheradressen (Label) Berechnet relative Adressedistanz bei Branch-Befehlen Führt Directiven aus (Kommandos direkt an den Assembler), die z. B. die Verwendung von Konstanten oder die Belegung von Speicherplätzen ermöglichen Die wichtigsten Direktiven sind: - ; Kommentare ein Kommentar beginnt mit einem Strichpunkt. Ein Kommentar kann am Beginn einer Zeile stehen oder nach einem Befehl - ORG origin Setzt den Programmcounter auf einen Startwert und legt das folgende Programm ab dem Startwert in den Speicher Bsp: ORG $400 -Software.pdf 17

18 - EQU equate definiert einen Namen unter dem ein Wert im Programm angesprochen werden kann. Entspricht der #define Anweisung in C. Die damit verwendeten Namen sollten in Großbuchstaben geschrieben sein. Bsp: LF EQU $0A ; Line Feed - DC define constant Damit wird ein konstanter Wert im Speicher abgelegt. Durch ein Suffix.B.W oder.l kann die Datenbreite der Konstanten angegeben werden. Beispiel: DC.B 1, 2, 3, 4, 5, 6 DC.B Text, $0D, $0A, 0 DC.W 1296 DC.L $ Software.pdf 18

19 - DS define storage DS reserviert Speicherplatz, der reservierte Platz wird mit 0 vorbelegt. Die Anzahl der reservierten Datenworte im Speicher wird direkt nach DS angegeben, die Breite eines Datenwortes wird mit.b,.w und.l festgelegt. Beispiel: DS.B 256 (reserviert 256 Byte) DS.W 1 (reserviert 1 Wort = 2 Byte) DS.L 4 (reserviert 4 Langworte = 16 Byte) - END Ende des Assemblerlistings -Software.pdf 19

20 weitere Direktiven (entnommen aus dem Hilfesystems des IDE68k von Prof. Fondse) IFcc Conditional assembly IFDEF Conditional assembly ELSE Conditional assembly. ENDIF End of conditional assembly EJECT Start new page. MACRO Macro definition ENDM End of macro definition FAIL Generate assembly warning INCLUDE Include another source file OPTION Set assembly options PAGE Set length of page and line SET Define symbol value (variable) TITLE Specify title -Software.pdf 20

21 Einige Befehle ADD Syntax: Size: Operation: ADD <ea>, Dn ADD Dn,<ea> byte, word, long destination := destination + source Description: Add the source operand to the destination operand, and store the result In the destination location. The size of the operation may be specified to be byte, word, or long. The mode of the instruction indicates which operand is the source and which is the destination as well as the operand size. Condition Codes: N Z V C X * * * * * -Software.pdf 21

22 ADDA Syntax: Size: Operation: ADDA <ea>, An word, long destination := destination + source Description: Add the source operand to the destination address register, and store the result in the address register. The size of the operation may be specified to be word or long. The entire destination address register is used regardless of the operation size. Condition Codes: Not affected. -Software.pdf 22

23 ADDI Syntax: ADDI #<data>,<ea> Size: byte, word, long Operation: destination := destination + immediate data Description: Add the immediate data to the destination operand, and store the result in the destination location. The size of the operation may be specified to be byte, word, or long. The size of the immediate data matches the operation size. Condition Codes: N Z V C X * * * * * -Software.pdf 23

24 ADDQ Syntax: ADDQ #<data>, <ea> Size: byte, word, long Operation: destination := destination + immediate data Description: Add the immediate data to the operand at the destination location. The data range is from 1 to 8. The size of the operation may be specified to be byte, word, or long. Word and long operations are also allowed on the address registers and the condition codes are not affected. The entire destination address register is used regardless of the operation size. -Software.pdf 24

25 ADDX Syntax: ADDX Dy, Dx ADDX -(Ay), -(Ax) Size: byte, word, long Operation: destination := destination + source + X Description: Add the source operand to the destination operand along with the extend bit and store the result in the destination location. The operands may be addressed In two different ways: Data register to data register - the operands are contained in the data registers specified in the instruction. Memory to memory - the operands are addressed with the predecrement addressing mode using the address registers specified in the instruction. Condition Codes: N Z V C X * * * * * -Software.pdf 25

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27 Befehl Datenty p Der Move Befehl Operand Wirkung X N Z V C MOVE.B.W.L Dy,Dx Bringe Datenregister nach - x x 0 0 Datenregister MOVE.B.W.L Dn,Adr Bringe Datenregister nach - x x 0 0 Speicher MOVE.B.W.L Adr,Dn Bringe Speicher nach Datenregister - x x 0 0 MOVEQ.B Adr,Dn Bringe Speicher nach Datenregister - x x 0 0 MOVE.B.W.L #kon,dn Bringe Bytekonstante nach Dn - x x 0 0 MOVE.B.W.L #kon,adr Bringe Konstante nach Speicher - x x 0 0 MOVE.B.W.L Adr1,Adr2 Bringe Speicher Adr1. nach Speicher Adr2 - x x 0 0 -Software.pdf 27

28 X: Das Bit wird je nach Operation gesetzt oder zurückgesetzt 0: Das Bit wird immer zurückgesetzt 1: Das Bit hat einen willkürlichen Zustand -: Das Bit wird nicht verändert -Software.pdf 28

29 CMP( Compare) Vergleiche Operation: (Ziel) - (Quelle) Assembler Syntax: CMP.s <ea>, Dn Operandenlänge: s = (Byte, Wort, Langwort) Beschreibung: Der Quellenoperand wird vom Zieloperanden subtrahiert, und die Bedingungskodes werden entsprechend dem Ergebnis gesetzt. Der Zieloperand bleibt unverändert. Die Operandenlänge beträgt entsprechend der Angabe im Modusfeld des Befehls entweder ein Byte, ein Wort oder ein Langwort. Bedingungskodes: X N Z V C - * * * * N wird gesetzt, wenn das Ergebnis negativ ist. Z wird gesetzt, wenn das Ergebnis Null ist. Ist es ungleich Null, wird Z gelöscht. V wird gesetzt, wenn ein Überlauf entsteht. C wird gesetzt, wenn der Zieloperand kleiner als der Quellenoperand ist (negativer Übertrag). -Software.pdf 29

30 B CC (Branch Conditionally) Verzweige bedingt Operation: Assembler Syntax: Operandenlänge: -Software.pdf 30 Wenn cc, dann PC + d => PC Bcc <label> Byte, Wort Beschreibung: Ist die angegebene Bedingung erfüllt, so wird die Programmausführung an der Stelle PC + Adreßdistanz fortgesetzt. Die Adreßdistanz ist ein ganzzahliges Zweier-Komplement, das die relative Entfernung in Bytes angibt. Der Programmzähler enthält die gegenwärtige Befehlsadresse plus 2. Die Bedingungen cc sind folgendermaßen definiert: CC Übertragsbit zurückgesetzt NE ungleich LS niedriger oder identisch GT größer CS Übertragsbit gesetzt PL positiv LT weniger HI höher EQ gleich VC kein Überlauf MI negativ LE kleiner oder gleich GE größer oder gleich VS Überlauf

31 DBcc (Test Condition, Decrement and Branch) Prüfe Bedingung, dekrementiere und verzweige Operation: Wenn cc, dann Dn -1 => Dn; wenn Dn = -1, dann PC + d =>PC Ass. Syntax: DBcc Dn, <label> Operandenlänge: Wort Beschreibung: Dieser Befehl stellt eine einfache Programmschleife dar, die aus drei Parametern besteht: aus einer Bedingung, einem Datenregister und einer Adreßdistanz. Zuerst wird geprüft, ob die Abbruchbedingung "cc" für die Schleife erfüllt ist. Falls dies zutrifft, wird der nächste Befehl durchgeführt. Ist die Abbruchbedingung cc nicht erfüllt, so werden die unteren 16 Bits des angegebenen Datenregisters um 1 vermindert. Erreicht dieser Zähler den Wert -1, so führt der Prozessor den nächsten Befehl aus. Ist der Wert des Zählers dagegen -1, so wird die Programmausführung an der Stelle fortgesetzt, die sich aus dem gegenwärtigen Programmzählerwert plus einem vorzeichenerweiterten 16bit- -Software.pdf 31

32 Adreßdistanzwert ergibt. Der neue Programmzählerwert bewegt sich in einem Rahmen von bis vom gegenwärtigen Wert. Die Bedingungen cc" sind folgendermaßen definiert:. CC Übertragsbit zurückgesetzt NE ungleich LS niedriger oder identisch GT größer CS Übertragsbit gesetzt PL positiv LT Weniger HI höher EQ gleich VC kein Überlauf MI negativ LE kleiner oder gleich GE größer oder gleich VS Überlauf F Falsch T wahr -Software.pdf 32

33 Integrierte Funktionen des Simulators Der Simulator stellt eine Reihe von integrierten Funktionen zur Ein/auasgabe von Zeichen zur Verfügung. Solche Funktionen müssten bei einem realen System in einem Betriebssystemkern implementiert sein. Diese Funktionen werden über einen Trap erreicht, verwendet wird hier Trap #15. Welche Funktion ausgeführt werden soll wird durch einen festen Zahlenwert, der direkt nach dem Trap-Befehl im Speicher steht, angegeben. Die Beschreibung der verschiedenen Funktionen ist dem Hilfesystem des Simulators entnommen ( und daher in Englisch) Function 0 - EXIT This is the normal way to exit a program. The simulator reverts to Single-step mode if not already in this mode. The Program Counter points to the location immediately following the system call. If this is not a valid program location, execution may not continue and the simulator must be manually reset. Example. TRAP #15 ; Exit program DC.W 0 -Software.pdf 33

34 Function 1 - PUTCH. This is the basic character output routine. The value in D0.B is output to the terminal window. Register D0 is not affected by this call. Example. MOVE.B #'A',D0 TRAP #15 DC.W 1 (The letter A is printed on the screen). Function 2 - GETCHE. This is the basic character input routine. Function GETCHE waits for a keypress and echoes the character to the screen. On return, the value of the character is in D0.L, sign-extended to a 32 bits long-word. Example. TRAP #15 DC.W 2 -Software.pdf 34

35 Function 3 - GETCH. This is another character input routine. However, no character is echoed to the screen. Apart from this, function GETCH is identical to function GETCHE. Example. TRAP #15 DC.W 3 Function 4 - KEYHIT. This routine checks the keyboardbuffer for any character in it. It returns immediately with the status in the Z-flag. Upon return, Z = 0 if there are one or more characters in the input buffer, Z = 1 if there are none. The value of the character can be read by a subsequent call to GETCHE or GETCH. Example. TRAP #15 DC.W 4 BEQ... The branch is executed if there is no character in the input-buffer. -Software.pdf 35

36 Function 5 - PRTNUM. This function prints the contents of D0 as signed decimal value to the terminal window. Example. MOVE.L #1234,D0 TRAP #15 DC.W 5 (The number 1234 is printed on the screen). Function 6 - GETNUM. This function reads a decimal value from the keyboard and returns its value in D0, sign extended to a 32-bit value. Example. TRAP #15 DC.W 6 -Software.pdf 36

37 Function 7 PRTSTR. This function requires that register A0 points to a NULL terminated string which is printed to the terminal window. Example. LEA STR,A0 TRAP #15 DC.W STR DC.B Hello,0 (The string Hello is printed on the screen). -Software.pdf 37

38 Function 8 GETSTR. This function requires register A0 to point to a buffer which receives the string being typed on the keyboard. Input is terminated by typing [Enter], however this character (Carriage Return) is not placed in the buffer. The string is NULL terminated when the function returns. D0.L contains the number of characters entered. Example. LEA BUF,A0 TRAP #15 DC.W BUF DS.B 80 -Software.pdf 38