Nachfolgende Tabelle übersetzt MMIX-Opcodes in diejenigen Zahlen, die im Befehlswort in den Bits abgelegt werden müssen.

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1 256 6 MMIX-Prozessor Nachfolgende Tabelle übersetzt MMIX-Opcodes in diejenigen Zahlen, die im Befehlswort in den Bits 3124 abgelegt werden müssen! 0x0 0x1 0x2 0x3 0x4 0x0 0x1 0x2 0x3 0x4 0x5 0x6 0x7 TRAP 5ν FCMP ν FUN ν FEQL ν FADD 4ν FIX 4ν FSUB 4ν FIXU 4ν FLOT[I] 4ν FLOTU[I] 4ν SFLOT[I] 4ν SFLOTU[I] 4ν FMUL 4ν FCMPE 4ν FUNE ν FEQLE 4ν FDIV 40ν FSQRT 40ν FREM 4ν FINT 4ν MUL[I] 10ν MULU[I] 10ν DIV[I] 60ν DIVU[I] 60ν ADD[I] ν 2ADDU[I] ν CMP[I] ν SL[I] ν BN[B] ν+π BNN[B] ν+π PBN[B] 3ν-π PBNN[B] 3ν-π CSN[I] ν ADDU[I] ν 4ADDU[I] ν CMPU[I] ν SLU[I] ν BZ[B] ν+π BNZ[B] ν+π PBZ[B] 3ν-π PBNZ[B] 3ν-π CSZ[I] ν SUB[I] ν 8ADDU[I] ν NEG[I] ν SR[I] ν BP[B] ν+π BNP[B] ν+π PBP[B] 3ν-π PBNP[B] 3ν-π CSP[I] ν SUBU[I] ν 16ADDU[I] ν NEGU[I] ν SRU[I]ν BOD[B] ν+π BEV[B] ν+π PBOD[B] 3ν-π PBEV[B] 3ν-π CSOD[I] ν CSNN[I] ν ZSN[I] ν CSNZ[I] ν ZSZ[I] ν CSNP[I] ν ZSP[I] ν CSEV[I] ν ZSOD[I] ν ZSNN[I] ν ZSNZ[I] ν ZSNP[I] ν ZSEV[I] ν LDB[I] µ+ν LDBU[I] µ+ν LDW[I] µ+ν LDWU[I] µ+ν LDT[I] µ+ν LDTU[I] µ+ν LDO[I] µ+ν LDOU[I] µ+ν LDSF[I] µ+ν LDHT[I] µ+ν CSWAP[I] 2µ+2ν LDUNC[I] µ+ν 0 39 LDVTS[I] ν PRELD[I] ν PREGO[I] ν GO[I] 3ν STB[I] µ+ν STBU[I] µ+ν STW[I] µ+ν STWU[I] µ+ν STT[I] µ+ν STTU[I] µ+ν STO[I] µ+ν STOU[I] µ+ν STSF[I] µ+ν STHT[I] µ+ν STCO[I] µ+ν STUNC[I] µ+ν SYNCD[I] ν PREST[I] ν SYNCID[I] ν PUSHGO[I] 3ν OR[I] ν ORN[I] ν NOR[I] ν XOR[I] ν AND[I] ν ANDN[I] ν NAND[I] ν NXOR[I] ν BDIF[I] ν WDIF[I] ν TDIF[I] ν ODIF[I] ν MUX[I] ν SADD[I] ν MOR[I] ν MXOR[I] ν SETH ν SETMH ν SETML ν SETL ν INCH ν INCHM ν INCML ν INCL ν ORH ν ORMH ν ORML ν ORL ν ANDNH ν ANDNMH ν ANDNML ν ANDNL ν JMP[B] ν PUSHJ[B] ν GETA[B] ν PUT[I] ν POP 3ν RESUME 5ν [UN]SAVE 20µ+ν SYNC ν SWYM ν GET ν TRIP 5ν 0x8 0x9 0xA 0xB 0xC 0xD 0xE 0xF 0x5 0x5 0x6 0x6 : 0x7 0x7 0x8 0x8 0x9 0x9 0xA 0xA 0xB 0xB 0xC 0xC 0xD 0xD 0xE 0xE 0xF 0xF!! SL $i $23 Die Übersetzung erfolgt folgendermaßen: On Befehl suchen 02% is 7 $5$6 Doppelzeile ermitteln, in der der Befehl steht An der Seite der Tabelle das obere Nibble (= die oberen 4 Bits) des Opcodes ablesen, zb ADD ) 0x2 Prüfen, ob der Befehl im oberen oder im unteren Teil der Doppelzeile steht Steht der Befehl im oberen Teil der Doppelzeile, kann man das untere Nibble (= die unteren 4 Bits) des Opcodes an der ersten Tabellenzeile ablesen, zb ADD ) 0x0 oder 0x1 vt3v gesprungen Bzfhetypringa Steht der Befehl im unteren Teil der Doppelzeile, kann man das w 0x0 0x1 0x2 0x3 0x4

2 64 MMIX-Programme 257 untere Nibble (=die unteren 4 Bits) des Opcodes an der untersten Tabellenzeile ablesen, zb 2ADDU ) 0x8 oder 0x9 Anschließend muss nur noch unterschieden werden, ob es sich um die linke oder die rechte Variante des Befehls handelt, beispielsweise ob man in der oberen Zeile 0x0 oder 0x1 auswählen muss oder ob man in der unteren Zeile 0x8 oder 0x9 auswählen muss Dazu wird der in der Tabelle nach dem Befehlsnamen in Klammern stehende Buchstabe verwendet; I bedeutet immediate, dh Direktoperand; Beispiel: Bei ADD $1,$2,$3 wird ADD mit 0x20 codiert, bei ADD $1,$2,3 mit 0x21 B bedeutet backward, dh Rückwärtssprung; erhöht sich bei einem Sprung die Adresse, wird der linke Zahlenwert verwendet (Vorwärts- Sprung); verringert sich bei einem Sprung die Adresse, wird der rechte Zahlenwert verwendet (Rückwerts-Sprung) Aus der Tabelle lassen sich auch die von Donald Knuth für den MMIX-Simulator spezifizierten Ausführungszeiten ermitteln: entspricht der Dauer von 1 Takt µ ist die Anzahl der Takte für einen Speicherzugriff bedeutet ZX 3, wenn gesprungen wird, und 0, wenn nicht gesprungen wird

3 258 6 MMIX-Prozessor Aufgaben T a) Wie breit (in Bit) ist das MMIX Befehlswort? 32 Bit T b) Skizzieren Sie das MMIX Befehlswort und geben Sie den Inhalt jedes Bytes an Spanton T c) In welchen Byte des Befehlsworts wird im Allgemeinen Information über die zd=x Quelloperanden bzw über die Zieloperanden abgespeichert? T d) Was ist ein Direktoperand? i Queller Ein Direktopeand ist ein Operand, der direkt in Befehlswortsteht Y, e) Wieviele Taktzyklen benötigen die meisten Befehlen zur Ausführung? Die meister Befehle Konner imehalb von tv dh f) Welcher Befehl benötigt die längste Zeit zur Ausführung, wenn man von Speicherbefehlen absieht? Division A Taktzyklus abgearbatt Werder von Festkommazahle g) Wieviele Takte benötigt der BZ-Befehl, wenn gesprungen wird? vt Zv =3 Takte

4 64 MMIX-Programme 259 h) Wieviele Takte benötigt der BZ-Befehl, wenn nicht gesprungen wird? = + I v + or = ntakt i) Wieviele Takte benötigt der PBZ-Befehl, wenn gesprungen wird? = 3 - v IT V = A Takt v j) Wieviele Takte benötigt der PBZ-Befehl, wenn nicht gesprungen wird? 3v - I = 3-0 v = 3 Takte k) Geben Sie das 32 Bit breite Befehlswort des Befehls SL $1,$2,3 an 0 39 On 0203 T l) Geben Sie das 32 Bit breite Befehlswort des Befehls SUB $5,$6,7 an SUB $5$ OF

5 OX 65 MMIX Befehle 265 T b) Vervollständigen Sie nachfolgende Schaltung des Rechenwerks (= ALU = Arithmetic Logic Unit) so, dass mit der Steuerleitung op (operation) die Ergebnisse der verschiedenen integrierten Hardware-Schaltungen an den Ausgang durchgeschaltet werden können a E ±*: # 64 a >> u b b ADD a a << b FADD b a SUB a-b b a a a >> s b FSUB a-b b MUL b a b :pp YILE code a b :*

6 266 6 MMIX-Prozessor c) Entwickeln Sie einen MMIX-Prozessor, der Register-Register-Befehle mit 8 Bit vorzeichenlosen Direktoperanden Z ausführen kann sowie vorzeichenlose 16 Bit Direktoperanden YZ in Register X ablegen kann Allzweck- Registerblock Adresse 64 $X $X 64 Befehls- Speicher Daten X Y Z $Y $Z ALU Arithmetische Befehle auf Festkommazahlen Befehl Operanden Name/Aktion Definition $X s 0 64 (s($y)+s($z)) $X,$Y,$Z Add; signed, with overflow (s($y)+s($z) < 2 63 ) (s($y)+s($z) 2 63 ) ) ADD ra ra u64 0 (26 ) $X s64 0 (s($y)+u(z)) $X,$Y,Z Add immediate; signed, with overflow (s($y)+u(z) < 2 63 ) (s($y)+u(z) 2 63 ) ) ra ra u 0 64 (26 ) ADDU $X,$Y,$Z Add unsigned; no overflow $X u 0 64 (u($y)+u($z)) $X,$Y,Z Add unsigned; no overflow $X u 0 64 (u($y)+u(z))

7 Bitwise UERODERUNG am 10 On 0 o Jnnoo= 65 MMIX Befehle Gg SUB $X,$Y,$Z $X,$Y,Z Subtract; signed, with overflow Subtract immed; signed, with ovf $X s64 0 (s($y) s($z)) (s($y) s($z) < 2 63 ) (s($y) s($z) 2 63 ) ) Bit Nr6 ra ra u64 0 < (26 ) Tangen $X s64 0 (s($y) u(z)) beioan (s($y) u(z) < 2 63 ) (s($y) u(z) 2 63 ) ) ra ra u 0 64 (26 ) SUBU NEG NEGU $X,$Y,$Z Subtract uns; no ovf $X u64 0 (u($y) u($z)) $X,$Y,Z Subtract uns immed; no ovf $X u64 0 (u($y) u(z)) $X,Y,$Z Negate; signed, with overflow $X s64 0 (u(y) s($z)) u(y) s($z) 2 63 ) ra ra u 0 64 (26 ) $X,Y,Z Negate immediate; signed $X s64 0 (u(y) u(z)) $X,Y,$Z Negate unsigned; no overflow $X s64 0 (u(y) s($z)) $X,Y,Z Negate unsigned immedidate $X s64 0 (u(y) u(z)) MUL $X,$Y,$Z $X,$Y,Z Multiply; signed, with overflow Multiply immed; signed, with ovf $X s64 0 (s($y) s($z)) (s($y) s($z) < 2 63 ) (s($y) s($z) 2 63 ) ) ra ra u 0 64 (26 ) $X s64 0 (s($y) u(z)) (s($y) s($z) < 2 63 ) (s($y) s($z) 2 63 ) ) ra ra u 0 64 (26 ) MULU $X,$Y,$Z Mult uns; 128 bit result rh$x u128 0 (u($y) u($z)) $X,$Y,Z Mult uns imm; 128 bit result rh$x u128 0 (u($y) u(z)) DIV $X,$Y,$Z $X,$Y,Z Divide; signed $X s64 0 (bs($y)/s($z)c) (case $Z 6= 0) rr s64 0 ( s($y)%s($z)) Divide signed $X u64 0 (0) (case $Z = 0) rr $Y Divide immediate; signed $X s64 0 (bs($y)/s(z)c) (case Z 6= 0) rr s64 0 ( s($y)%u(z)) Divide immediate; signed $X u64 0 (0) (case Z = 0) rr $Y

8 268 6 MMIX-Prozessor DIVU $X,$Y,$Z $X,$Y,Z Divide uns; 128 bit $X u64 0 ( bu(rd$y)/u($z)c ) case u($z) > u(rd) rr u64 0 ( u(rd$y)%u($z)) Divide uns; 128 bit dividend $X rd no ovf; case u($z) apple u(rd) rr $Y Divide uns immed; 128 bit $X u64 0 ( bu(rd$y)/u(z)c ) no overflow; case u(z) > u(rd) rr u64 0 ( u(rd$y)%u(z)) Divide uns immed; 128 bit $X rd no ovf; case u(z) apple u(rd) rr $Y Direktoperand in Register schreiben Befehl Operanden Name/Aktion Definition SETL $X,YZ Set to low wyde $X u 0 64 (u(yz)) Der Assembler akzeptiert statt SETL auch SET, um Direktoperanden in ein Register zu laden Wird SET mit einem Register als zweiter Operand aufgerufen, wird der Befehl SET $X,$Y in den Befehl OR $X,$Y,0 übersetzt T a) In welchem Wertebereich können die Direktoperanden bei den Arithmetischen Befehlen liegen? T b) Kann mit dem ADD Befehl 3+5in einer einzigen Codezeile berechnet werden? Nein entwede odor $x,$y, $2 $x,$yiz T c) Wie kann man 5 3 in einer einzigen Codezeile berechnen? NEG $0, 5,3

9 65 MMIX Befehle 269 T d) Was ist der Unterschied zwischen den Befehlen MUL und MULU? MUL : Quell - und Zidopeanda habm jewels 64 Bit Muw : Ziel hat 128 Bit operand C Die oberon 64 Bit Werder in rtf abyespeidertl T e) Geben Sie die MMIX-Befehle an, mit denen Sie x = a 2 +2 a b + b 2 mit Festkommazahlen berechnen Nehmen Sie an, dass die Register a, b, und c bereits initialiert wurden und das Ergebnis in Register x gespeichert werden soll Benutzen Sie Register buf1, buf2, für Zwischenergebnisse, falls notwendig MUL bofliaia ( 2a ) MUL buf2 Ai2 MUL but 2,542,b ( Zab ) MUL but }, bib Cbs ) ADD xibuflibofh ( x a2aa5 ) ADD Xikcbuf } ( x a2+2ab -44 H

10 270 6 MMIX-Prozessor Gegeben ist der folgende Programmcode: a IS $0 b IS $1 c IS $2 d IS $3 buf1 IS $4 buf2 IS $5 LOC #100 Main SETL b,1 SETL c,2 SETL d,3 f) Geben Sie MMIX-Befehle an, mit denen Sie a = c d b b+c+d berechnen mit Festkommazahlen

11 FLOT $ MMIX Befehle 271 Umwandlung Gleitkommazahl $ Festkommazahl Befehl Operanden Name/Aktion Definition FLOT FLOTU $X,$Z Convert fixed to floating $X f64 0 ( s($z)) $X,Z Conv fixed to float imm $X f64 0 ( u(z)) $X,$Z Conv uns fixed to floating $X f64 0 $X,Z Conv uns fixed to float $X f64 0 imm FIX $X,$Z Convert floating to fixed with overflow $X s64 0 ( r( f 64($Z))) f 64 ($Z) < 2 63 ) ra ra u64 0 (25 ) f 64 ($Z) > ) ra ra u64 0 (25 ) FIXU $X,$Z Convert floating to fixed without overflow $X s 0 64 ( r( f 64($Z))) a) Welche Aktion führt der Operator r() aus? b) Geben Sie den Befehl an, mit dem Sie Register 0 die Gleitkommazahl 15,0 zuweisen c) Geben Sie den Befehl an, mit dem Sie eine Gleitkommazahl in Register 1 in eine Festkommazahl umwandeln

12 272 6 MMIX-Prozessor Arithmetische Befehle auf Gleitkommazahlen Befehl Operanden Name/Aktion Definition FADD $X,$Y,$Z Floating point add $X f 0 64 ( f 64($Y)+f 64 ($Z)) FSUB $X,$Y,$Z Floating point subtract $X f 0 64 ( f 64($Y) f 64 ($Z)) FMUL $X,$Y,$Z Floating point multiplication $X f 0 64 ( f 64($Y) f 64 ($Z)) FDIV $X,$Y,$Z Floating point divide $X f 0 64 ( f 64($Y)/f 64 ($Z)) FSQRT $X,$Z Square root $X f 0 64 ( p f 64 ($Z)) a) Geben Sie MMIX-Befehle an, die = in Register a ablegen b) Geben Sie MMIX-Befehle an, mit denen Sie x = a 2 +2 a b + b 2 mit Gleitkomma- Operationen berechnen Nehmen Sie an, dass Register a und b mit Festkommazahlen initialisiert wurden und zunächst in Gleitkommazahlen umgewandelt werden müssen Speichern Sie das Ergebnis als Gleitkommazahl in Register x Benutzen Sie buf1, buf2, als Pufferregister

13 ' 65 MMIX Befehle 273 T c) Geben Sie MMIX-Befehle an, die e = 2, in Register b ablegen 27^8281^828 SETL SETL bufle b, MUL bibcfl, } b 27' oiooo SETL buff 1828 ADD MUL ADD bibcbuf bib, but b, } bufz b b g FLOT bib FLOT bufn, buj^ FDIV b, b buf1 be FDW bib,bj1 bt 27, FCOT boflilo FDN b,b,bf^ b e

14 274 6 MMIX-Prozessor Schiebe-Befehle Befehl Operanden Name/Aktion Definition SL $X,$Y,$Z $X,$Y,Z Shift left; with overflow Shift left immediate; with ovf $X u64 0 ( u($y u($z)) ) u($y) 2 u($z) 2 64 ) ra ra u 0 64 (25 ) $X u64 0 ( u($y u(z)) ) u($y) 2 u(z) 2 64 ) ra ra u 0 64 (25 ) SLU SR SRU $X,$Y,$Z Shift left uns, no overflow $X u64 0 ( u($y u($z)) ) $X,$Y,Z Shift left uns immed; no ovf $X u64 0 ( u($y u(z)) ) $X,$Y,$Z Shift right; fill with sign $X $Y s u($z) $X,$Y,Z Shift right imm; fill with sign $X $Y s u(z) $X,$Y,$Z Shift right unsigned; fill with 0 $X $Y u u($z) $X,$Y,Z Shift right uns imm; fill w 0 $X $Y u u(z)

15 276 6 MMIX-Prozessor Logische Operationen auf Bit-Ebene Befehl Operanden Name/Aktion Definition AND ANDN $X,$Y,$Z Bitwise AND $X $Y & $Z $X,$Y,Z Bitwise AND immediate $X $Y & u64 0 ( u(z)) $X,$Y,$Z Bitwise AND NOT $X $Y & $Z $X,$Y,Z Bitww AND NOT immed $X $Y & u64 0 ( u(z)) ANDNL $X,YZ Bitw AND NOT low wyde $X $X & u 0 64 ( u(yz)) ANDNML $X,YZ Bw AND NOT med l wd $X $X & ( u64 0 ( u(yz)) 16) ANDNMH $X,YZ Bw AND NOT med h wd $X $X & ( u64 0 ( u(yz)) 32) ANDNH $X,YZ Bw AND NOT high wyde $X $X & ( u64 0 ( u(yz)) 48) NAND OR $X,$Y,$Z Bitwise NOT AND $X ($Y & $Z) $X,$Y,Z Bitwise NOT AND immed $X ( $Y & u64 0 ( u(z))) $X,$Y,$Z Bitwise OR $X $Y $Z $X,$Y,Z Bitwise OR immediate $X $Y u64 0 ( u(z)) ORL $X,YZ Bitwise OR low wyde $X $X u 0 64 ( u(yz)) ORML $X,YZ Bitw OR med low wyde $X $X ( u64 0 ( u(yz)) 16) ORMH $X,YZ Bitw OR med high wyde $X $X ( u64 0 ( u(yz)) 32) ORH $X,YZ Bitwise OR high wyde $X $X ( u64 0 ( u(yz)) 48) ORN NOR XOR NXOR $X,$Y,$Z Bitwise OR NOT $X $Y $Z $X,$Y,Z Bitwise OR NOT immediate $X $Y u64 0 ( u(z)) $X,$Y,$Z Bitwise NOT OR $X ($Y $Z) $X,$Y,Z Bitwise NOT OR immediate $X ($Y u64 0 ( u(z))) $X,$Y,$Z Bitwise XOR $X $Y $Z $X,$Y,Z Bitwise XOR immediate $X $Y u64 0 ( u(z)) $X,$Y,$Z Bitwise NOT XOR $X ($Y $Z) $X,$Y,Z Bitw NOT XOR immediate $X ($Y u64 0 ( u(z)))

16 01 d 65 MMIX Befehle O 0 O 0 O o o a o o 00 $1 Bits löschen AND a) Welche Befehle verwendet man typischerweise um einzelne Bits zu löschen? ±: III b) Geben Sie an, wie Sie mit dem Befehl ANDNML Bit 21 in Register a löschen T c) Geben Sie an, wie Sie mit dem Befehl ANDN Bit 21 in Register a löschen 0 - start bei Bit 0 it EE Q d) Geben Sie an, wie Sie mit einem NAND und einem AND-Befehl Bit Nr 21 löschen Bits setzen a) Welche Befehle verwendet man typischerweise um Bits zu setzen?

17 la?tszk?krsi!! MMIX-Prozessor b) Geben Sie die Befehle, mit denen Sie in Register a Bit 20 mit einem OR-Befehl auf 1 setzen T c) Geben Sie an, wie Sie in Register a Bit 20 mit einem ORML-Befehl auf 1 setzen 201^9 I 18 I XOR a) Erklären Sie den Effekt einer XOR-Operation b) Was wird dem Ziel-Operanden einer XOR-Operation zugewiesen, wenn alle Bits des einen Quell-Operanden gelöscht (0) sind? c) Was wird dem Ziel-Operanden einer XOR-Operation zugewiesen, wenn alle Bits des einen Quell-Operanden gesetzt (1) sind? d) Geben Sie die Befehle an, mit denen Sie alle Bits in Register a invertieren

18 ' A BYTE FF ii 4 BYTE FF : ego 65 MMIX Befehle I 7 is T a) Welche Wortgrößen kann der MMIX vom Speicher in Register laden? 16,32164 : Bit T b) Was ist der Unterschied zwischen vorzeichenbehaftetem (signed) und vorzeichenlosen (unsigned) Laden? a LDB SIX, EE Ee Ef LDB $X, b owe µpg aµ # LDBU $X a, T c) Warum muss man zwischen vorzeichenlosem und vorzeichenbehaftetem Laden unterscheiden? Register 8Byfe FUFFWF o0o@oowo8noowowettuoreinerpositive2ahlslehenunendlidevidenukenbeiuunwandlngmit2es-komplimentwerdadiesezveinsenw FF w ird eine Zahl T d) Wie unterscheiden sich die Namen der vorzeichenlosen und vorzeichenbehafteten Ladebefehle?, die Kleine als 69 Bit brat ist in ein Register gelada, restticlen Idler unit dan ASB aufgefikf Wenden so misses die