Technische Informatik I Übung 2: Assembler

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1 Rückblick Übug 1 Lösug Aufgabe 1 b) Höchste lesbare Adresse muss auch auf Wortgreze abgestimmt sei Höchstes adressierbares Wort hat Immediate-Offset = siehe auch Musterlösuge Computer Egieerig Group, ETH Zürich 1 2 Lerziele Übug 2 Voraussetzuge Übug 2 Aufgabe 1 Schreibe des erste eigee Assembler-Programms Umgag mit dem Debugger Aufgabe 2 (Zusatzaufgabe) Lese ud Aalysiere vo Maschiecode Grudlegede Programmierketisse MIPS Assembler Vorlesug Kapitel 2, vor allem Slides 2-8 bis Assembler Istruktioe [2-9] Prozessor Register ud Hauptspeicher [2-5] Eselsbrücke add t1, t2, t3 t1 := t2 + t3 Prozessorker (Cetral Processig Uit) Hauptspeicher Variable werde realisiert I Register Im Stack (lade/speicher i Register) 5 6 Computer Egieerig Group, ETH Zürich 1

2 Date i Register lade: lw Istruktio [2-11ff] lw t0 0(a0) Istruktio Basisadresse Zielregister Immediate-Offset Zieladresse = Basisadresse + Immediate-Offset Prozessor-Register [2-8ff] Speicher type-lose 32-Bit-Werte Iterpretatio je ach Istruktio als vorzeichebehaftete Zahl add a0, a0, 4 slt t0, a0, a1 als vorzeichelose Zahl addu a0, a0, 4 sltu t0, a0, a1 als Speicheradresse lw t0, 0(a0) sw t0, 0(a0) 7 8 Assembler Programmierug 1x1 Voraus plae Lösug im Pseudocode aufschreibe Zuordug der zur Verfügug stehede Register Code dokumetiere Aussagekräftige Label verwede Kommetare, Kommetare, Kommetare /*... */ Debugger verwede Mit Teilaufgabe 1.1 starte Techische Hiweise zur Übug Register mit Name verwede t0, t1, a0, v0, astatt $1, $2, $3, Grösse der Felder beim Zugriff auf Arrays beachte lw v0, 0(a0) /* lädt a0[0] für It-Arrays */ lw v0, 4(a0) /* lädt a0[1] für It-Arrays */ Multiplikatio: 32-Bit-Ergebis verwede (mflo) Eifachere Variate: Pseudobefehl mult mult t1, t2 /* hi, lo := t1 * t2 */ 9 10 Allgemeie Hiweise Übugsmaterialie sid auf der TI1-Homepage: ZIP Datei dowloade ud etpacke im Termial: wget uzip exercise02.zip cd exercise02/ Isight Debugger Keie Leerzeiche im Pfad vo skalar Starte der korrekte Versio Korrektur Aufgabe 2: Kompiliere mit -O2 (statt -O Optio) Aufgabe 1: Skalarprodukt s = A i B i i= Computer Egieerig Group, ETH Zürich 2

3 Aufgabe 1: skalar.s....globl scalar.et skalar, 0 skalar:.frame sp, 0, ra /* pre-coditio: * a0 ethaelt Adresse vo Vektor A * a1 ethaelt Adresse vo Vektor B * a2 ethaelt die Azahl der Elemete i de Vektore */ /* <-- Implemetierug --> */ /* post-coditio: * das Resultat des Skalarprodukts ist i Register v0 gespeichert */ j ra.ed skalar Lösug Aufgabe Lösug 1: Naiver Asatz Lösug 1: Zeigerarithmetik it result = 0; for (it i = 0; i < ; i++) result += A[i] * B[i]; retur result; We immer möglich Zeiger direkt ikremetiere // i-tes Elemet vo B lade slli v0, t0, 2 // mit t0 = i addu v0, v0, a1 lw t1, 0(v0) it result = 0; for (it i = 0; i < ; i++) result += (*A) * (*B); A++; B++; retur result; i wird ierhalb der icht mehr gebraucht for- als while- ausdrücke we möglich, Argumete direkt als variable verwede Lösug 1: Fialer C-Code Etwurf Lösug 1: Assemblercode it result = 0; while ( > 0) result += (*A) * (*B); A++; B++; --; retur result; skalar: move v0, zero // result = 0 skalar_loop: beq a2, zero, skalar_ed_loop // while ( > 0) addi a2, a2, -1 // -- lw t0, 0(a0) // lade *A addi a0, a0, 4 // A++ lw t1, 0(a1) // lade *B addi a1, a1, 4 // B++ mult t0, t1 Speicherlatez // (*A) * (*B) mflo t2 add v0, v0, t2 // result = result + (*A) * (*B) j skalar_loop skalar_ed_loop: j ra // retur result Computer Egieerig Group, ETH Zürich 3

4 Aufgabe 2: Matrixmultiplikatio Aufgabe 2: Matrixmultiplikatio A B =: C m m =: void matrix(it *A, it *B, it *C, it, it m) it i, j, k, sum; for (i = 0; i < ; i++) for (j = 0; j < ; j++) sum = sum + (A[i * m + k] * B[k * + j]); C[i * + j] = sum; Iitial bekate Registerzuordug otiere Aufteilug i sequetielle Blöcke (Code Sequeze ohe Sprüge) Aalyse vo ie ach ausse Aufgabe 2: Registerzuordug void matrix(it *A, it *B, it *C, it, it m) it i, j, k, sum; for (i = 0; i < ; i++) for (j = 0; j < ; j++) sum = sum + (A[i * m + k] * B[k * + j]); C[i * + j] = sum; Tabelle mit Register-Variable-Zuordug alege ud mitführe v0 ud v1 werde für Zwischeergebisse verwedet Wohi wird m gelade? a0 A a1 B a2 C a3 16(sp) m t0? t1? t2? t3? t4? t5? t6? t7? t8? t9? v0? v1? s0? Aufgabe 2: Aufteilug i Blöcke Neuer Block ach der eiem Jump/Brach Befehl folgede Aweisug: <matrix>: 0: 8fad0010 lw t5,16(sp) 4: 18e00031 blez a3,cc <matrix+0xcc> 8: op c: move t7,zero 10: j a0 <matrix+0xa0> 14: op 18: mult t0,a Aufgabe 2: Codeaalyse void matrix(it *A, it *B, it *C, it, it m) it i, j, k, sum; for (i = 0; i < ; i++) for (j = 0; j < ; j++) sum = sum + (A[i * m + k] * B[k * + j]); C[i * + j] = sum; // lägster Code-Block 5c: mult v1,t0 60: addu a0,a0,t2 64: mflo v1... a0 A a1 B a2 C a3 16(sp) m t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 v0 v1 s0 Aufgabe 2: Kompilierug Kompilierug: mips-elf-gcc-1.0 -fo-delayed-brach O2 -c matrix.c Delay-Slots icht ausutze Disassemblierug: mips-elf-objdump disassemble matrix.o -O0 keie Optimierug -O1 leichte Optimierug -O2 stärkere Optimierug -O3 starke Optimierug Computer Egieerig Group, ETH Zürich 4

5 Lösug 2: -Optimierug Arithmetische Operatioe werde aus der iere herausgezoge: Lösug Zusatzaufgabe 2 sum = sum + (A[i * m + k] * B[k * + j]); i j- iitialisiert, i k- ikremetiert i i- iitialisiert Lösug 2: Verschachtelte Lösug 2: Disassembly Äussere (1. Teil) Iere Äussere (2. Teil) tmp = 0; tmp += A[ ]+B[ ]; C[ ] = tmp; Compiler- Trasformatio Gemeisame Optimierug vo 1. ud 2. Teil der äußere möglich Ausführlich kommetierter Code i de Musterlösuge Gemeisame Iitialisierug Äussere Iere Skalarprodukt Zählervariable icht immer explizit vorhade (i, j, k) Ikremetiere ud vergleiche Adresse (Iere ud Skalarprodukt ) Reihefolge im Quellcode Reihefolge im Assembler-Zielcode Computer Egieerig Group, ETH Zürich 5