Vorlesung IT-Systeme I

Transkript

1 Vorlesung IT-Systeme I H. Anlauff A. Böttcher M. Ruckert 7. Oktober 2008

2 Einleitung

3 Definition IT-System Ein IT-System besteht aus unterschiedlichen Hardwarekomponenten (Rechner, Drucker, Netzwerkkomponenten, USVs usw.) sowie der Software (Betriebssysteme und Anwendungen) und den Daten, die auf verschiedene Art und Weise einer Verarbeitung unterliegen. 3 / 70

4 Diese Vorlesung Ziele: Der Aufbau und die Funktionsweise eines IT-Systems wird von der Registerebene ausgehend bis hin zum Betriebssystem erklärt. Die Studierenden sollen mit der Schnittstelle zwischen Hard- und Software vertraut gemacht werden. Inhalt: Die Vorlesung behandelt die Gemeinsamkeiten moderner IT-Systeme: Informationsdarstellung und Codierung Prinzip des klassischen John-von-Neumann-Rechners Grundlagen der Programmierung der Maschinenebene Elementare Datenstrukturen Ablaufsteuerung Die Programmierung der Maschinenebene wird im Praktikum mit dem simulierten Modellcomputer MMIX von Donald E. Knuth geübt. 4 / 70

5 Bestandteile eines Computers ) M A H C E I? D A 1 J A H = J E 5 O I J A ) M K C I F H C H = A 5 B J M = H A * A J H E A > I I O I J A 5 B J M = H A 0 = M = H A F D O I E = E I? D A 1 J A H = J E A I? D = I? D E A 5 / 70

6 Bestandteile eines Computers 4 A? D A M A H - E C = > A M A H 5 J A K A H M A H ) K I C = > A M A H 5 F A E? D A H M A H J H B K I I, = J A B K I I 5 Funktionseinheiten: Steuerwerk, Rechenwerk, Speicherwerk, Eingabewerk und Ausgabewerk Der Aufbau eines Rechners ist unabhängig vom zu bearbeitenden Problem. Programme und Daten, Zwischenergebnisse und Endergebnisse befinden sich im gleichen Speicher 6 / 70

7 Bestandteile eines Computers (Fortsetzung) Daten und Programme werden vom Eingabewerk eingelesen und im Speicherwerk abgelegt. Der Speicher ist in gleich große Zellen aufgeteilt, die fortlaufend nummeriert sind. Aufeinander folgende Befehle befinden sich in aufeinander folgenden Speicherzellen. Im Steuerwerk gibt es einen Befehlszähler, der immer auf den nächsten auszuführenden Befehl zeigt. Der aktuelle Befehl wird aus dem Speicher ausgelesen und im Befehlsregister des Steuerwerks zwischengespeichert. Der Befehl wird dann decodiert, und die Ausführung des Befehls durch Steuersignale veranlasst. 7 / 70

8 Bestandteile eines Computers (Fortsetzung) Es gibt folgende Befehlsarten: Arithmetische und logische Befehle zur Verknüpfung von Daten. Transportbefehle zum Verschieben von Daten zwischen diesen Komponenten. Bedingte und unbedingte Sprungbefehle, Unterprogrammaufrufe. Ein-/Ausgabebefehle zur Kommunikation mit der Peripherie Sonstige Befehle wie Unterbrechen, Warten, Stop usw. Steuerwerk und Rechenwerk sind zu einer Einheit, dem Prozessor, zusammengefasst. Der Prozessor wird zusammen mit dem Hauptspeicher oft als Zentraleinheit bezeichnet, oder als Central Processing Unit, kurz CPU. 8 / 70

9 Informationsdarstellung und Kodierung

10 Zahlensysteme Römische Zahlen 1 I steht für den erhobenen Zeigefinger 5 V steht für eine Hand mit 5 Fingern 10 X steht für zwei Hände 50 L 100 C Centum heißt D 1000 M Mille heißt Vielfache von Einzelwerten durch Aneinanderreihen von Zahlzeichen ( CCC für 300). 2. Höherwertige Zahlzeichen stehen vor niederwertigeren ( XXVII für 27). 3. Es folgen max. 3 gleiche Zahlzeichen nacheinander. 4. Werte von 400, 40 und 4 werden geschrieben als CD, XL und IV. 5. Werte von 900, 90 und 9 werden geschrieben als CM, XC und IX. 10 / 70

11 Römische Zahlen Beispiele CCLXVI 266 MDCCCVII 1807 DCL MLXXX 1080 MMMDCCCIII / 70

12 Polyadische Zahlensysteme Stellenwertsysteme Basis B > 1 Ziffernwerte: 0,...,B 1, B. B ist um eins größer als die größte Ziffer Schreibweise von Zahlen: z n z n 1...z 1 z 0 z i 0,...B 1 Ziffern Der Stellenwert ist jeweils eine B-Potenz: z n B N + z n 1 B n z 1 B 1 + z 0 B 0 = n i=0 z i B i. Beispiel: = / 70

13 Beispiele für Zahlensysteme Basis Ziffern Bemerkung 1 Gibt s nicht 2 0,1 Dualsystem so rechnen Computer 3 0,1,2 Ternärsystem unüblich 8 0,1,2,3,4,5,6,7 Oktalsystem -m- Mittelding zwischen dual und hexadezimal 10 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 dezimalsystem so rechnen Menschen 16 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F Hexadezimalsystem bequemer statt Dualsystem Konventionen zur Notation von hexadezimalen Zahlen: mathematisch: AFFE 16 Java/C/C++: 0xAFFE oder 0XAFFE MMIX: #AFFE 13 / 70

14 ' & % $! # " Der Zahlenkreis für n = 4 + = H H O K J A C = J E L A = D A! "! " # F I E J E L A = D A # $ % & 14 / 70

15 Byte als Maß für die Speicherkapazität Vorschlag Donald E. Knuth: Faktor Bezeichnung Abkürzung Anzahl 2 10 large kilobyte KKB large megabyte MMB large gigabyte GGB large terabyte TTB large petabyte PPB large exabyte EEB IEC-Norm: kilobinary byte, kurz KiBi byte bzw. megabinary byte, kurz MeBi byte bzw. gigabinary byte, kurz GiBi Byte Zum Vergleich: Zehnerpotenz Vorsatz Vorsatzzeichen 10 3 kilo K 10 6 mega M 10 9 giga G tera T peta P exa E 15 / 70

16 Codierung: ASCII American Standard Code for Information Interchange NUL DLE P p 1 SOH DC1! 1 A Q a q 2 STX DC2 2 B R b r 3 ETX DC3 # 3 C S c s 4 EOT DC4 $ 4 D T d t 5 ENQ NAK % 5 E U e u 6 ACK SYN & 6 F V f v 7 BEL ETB 7 G W g w 8 BS CAN ( 8 H X h x 9 HT EM ) 9 I Y i y A LF SUB * : J Z j z B VT ESC + ; K [ k { C FF FS, < L \ l D CR GS - = M ] m } E SO RS. > N ˆ n 16 / 70

17 MMIX

18 Der MMIX-Prozessor 1 : 4 A C E I J A H 0 = K F J I F A E? D A H 2 8 = 256 allgemeine Register $0... $ = 32 Spezialregister (ra, rn etc.) Speicher mit 2 64 = Speicherzellen zu einem Byte # " # # F A H A 4 A? D A M A H ) 7 - H C A > E I 18 / 70

19 MMIX-Befehlsformat und Befehle Einheitliches Befehlsformat: 1 Byte 3 Byte { }} {{ }} { Opcode Operanden Umsetzung eines symbolischen Befehls durch den Assembler: ),,! * A B A D E I O > E I? D A H 5? D H A E > M A E I A 9 E L ) I I A > A H > A H I A J J E! = I? D E A A I > = H A H * A B A D A B H ),, * A B A D 4 A C E I J A H B H - H C A > E I 4 A C E I J A H B H F A H A 4 A C E I J A H B H F A H A 19 / 70

20 Erste MMIX-Befehle Addition: ADD $X,$Y,$Z Subtraktion: SUB $X,$Y,$Z Multiplikation: MUL $X,$Y,$Z Division: DIV $X,$Y,$Z. Dabei ist zu beachten, dass die Division zweier ganzer Zahlen den ganzzahligen Anteil des Quotienten (ohne Rest) im Register $X liefert ( $Y/$Z ). Programmeingabe nicht formatfrei: 1. Marken müssen erster Position einer Zeile beginnen. 2. alle Worte, die an der ersten Position einer Zeile beginnen, werden als Marke interpretiert. 3. Die Argumente müssen durch Kommata voneinander getrennt, aber ohne Leerzeichen unmittelbar hintereinander geschrieben werden. 4. Am Zeilenende darf ein Kommentar stehen (durch Whitespace getrennt). 20 / 70

21 Ein erstes Programm y = x 1 + x 2 x 3 x 1 x 2 1 LOC #100 2 Main SET $1,4 Anfangswerte setzen 3 SET $2,2 4 SET $3,40 5 MUL $4,$2,$3 arithmetische Befehle wie oben 6 ADD $5,$4,$1 7 SUB $6,$1,$2 8 DIV $7,$5,$6 Ergebnis steht im Register $7 9 TRAP 0,Halt,0 21 / 70

22 Exkurs: Direktoperanden Zweiter Operand Z steht direkt im Befehlswort. Also: 0 Z 255. Ausdrücke sind möglich: ADD $1,$2,27 oder SUB $1,$2, 0. Auch SETL benutzt einen Direktoperanden (hier mit 16 Bit). 1 LOC #100 2 Main SET $1,4 3 SET $2,2 4 MUL $4,$2,40 40 ist hier Direktoperand 5 ADD $4,$4,$1 Zähler des Bruchs 6 SUB $5,$1,$2 Nenner des Bruchs 7 DIV $4,$4,$5 Ergebnis steht im Register $4 8 TRAP 0,Halt,0 22 / 70

23 Speicherzugriff I 1 LOC hat den Wert #100 2 $254 wird global und mit #100 belegt 3 X1 OCTA 4 Ein Octa im Speicher mit 4 beschreiben 4 X2 OCTA 2 Nächstes Octa mit 2 beschreiben 5 X3 OCTA 40 Dann noch Main LDO $1,X1 Wert von x 1 aus Speicher nach $1 8 LDO $2,X2 usw. 9 LDO $3,X3 10 MUL $3,$2,$3 Rest wie oben 11 ADD $3,$3,$1 12 SUB $2,$1,$2 13 DIV $3,$3,$2 14 TRAP 0,Halt,0 23 / 70

24 " Speicherzugriff II, : ; 0 = K F J I F A E? D A H 4 A C E I J A H : ; # " H A I I A ) ; & " & 24 / 70

25 Speicherorganisation I 6 A N J I A C A J 1 J A H H K F J 8 A J H A 0 = K F J I F A E? D A H.., = J A I A C A J I A C A J! " 5 J =? I A C A J # $ 4 A I A H L E A H J B H % & 25 / 70

26 Speicherorganisation II Der Speicher kann betrachtet werden, als 1. eine Folge von 2 64 aufeinander folgenden Byte oder 2. eine Folge von 2 63 aufeinander folgenden Wyde oder 3. eine Folge von 2 62 aufeinander folgenden Tetraden oder 4. eine Folge von 2 61 aufeinander folgenden Octas 26 / 70

27 Speicherzugriff III Die Organisation des Speichers ist für die ersten acht Byte folgendermaßen: Zugriff Zellenbezeichnung Byte M[0] M[1] M[2] M[3] M[4] M[5] M[6] M[7] Wyde M 2 [0] = M 2 [1] M 2 [2] = M 2 [3] M 2 [4] = M 2 [5] M 2 [6] = M 2 [7] Tetra M 4 [0] = M 4 [1] = M 4 [2] = M 4 [3] M 4 [4] = M 4 [5] = M 4 [6] = M 4 [7] Octa M 8 [0] = M 8 [1] = M 8 [2] = M 8 [3] = M 8 [4] = M 8 [5] = M 8 [6] = M 8 [7] Allgemein gilt für alle k mit 0 k < : Zugriff Zellenbezeichnung Byte M[8k] M[8k + 1]... M[8k + 6] M[8k + 7] Wyde M 2 [8k] = M 2 [8k + 1] M 2 [8k + 6] = M 2 [8k + 7] Tetra M 4 [8k] =... = M 4 [8k + 3] M 4 [8k + 4] =... = M 4 [8k + 7] Octa M 8 [8k] = M 8 [8k + 1] =... = M 8 [8k + 6] = M 8 [8k + 7] 27 / 70

28 Lade- und Speicherbefehle Operation Symbolischer Befehl Wirkung Lade Byte LDB $X,$Y,$Z s($x) s(m 1 [A]) Lade Wyde LDW $X,$Y,$Z s($x) s(m 2 [A]) Lade Tetra LDT $X,$Y,$Z s($x) s(m 4 [A]) Lade Octa LDO $X,$Y,$Z s($x) s(m 8 [A]) Operation Symbolischer Befehl Wirkung Speichere Byte STB $X,$Y,$Z s(m 1 [A]) s($x) Speichere Wyde STW $X,$Y,$Z s(m 2 [A]) s($x) Speichere Tetra STT $X,$Y,$Z s(m 4 [A]) s($x) Speichere Octa STO $X,$Y,$Z s(m 8 [A]) s($x) 28 / 70

29 Abspeichern von Daten 1 LOC Data hat den Wert # $254 wird global und belegt 3 X1 OCTA 4 Ein Octa mit 4 beschreiben 4 X2 OCTA 2 Nächstes Octa mit 2 beschreiben 5 X3 OCTA 40 6 Y OCTA 0 Ein Octa für das Ergebnis 7 8 LOC #100 Ab hier hat Wert #100 9 Main LDO $1,X1 zunächst weiter wie oben 10 LDO $2,X2 11 LDO $3,X3 12 MUL $3,$2,$3 13 ADD $3,$3,$1 14 SUB $2,$1,$2 15 DIV $3,$3,$2 16 STO $3,Y Ergebnis an die Stelle Y speichern 17 TRAP 0,Halt,0 29 / 70

30 & & Speichern mit überlauf 5 6 *! 4 A C E I J A H ! " # $ % & ' = A B 5 6 9! 4 A C E I J A H ! " # $ % & ' = A B 30 / 70

31 Einlesen von Zeichenketten I 0 = K F J I F A E? D A H 4 A C E I J A H & * O J A I * K B B A H ) H C # # # & 31 / 70

32 Einlesen von Zeichenketten II 1 LOC Data Segment 2 3 Buffer BYTE 0 4 LOC Buffer+80 Puffer anlegen 5 Arg OCTA Buffer 6 OCTA 80 Puffergröße 7 8 LOC #100 9 Main LDA $255,Arg $255is# TRAP 0,Fgets,StdIn Einlesen 11 TRAP 0,Halt,0 32 / 70

33 Tracemodus des Simulators : e (SETL) $1=l[1] = # : e (SETL) rl=3, $2=l[2] = # : e (SETL) rl=4, $3=l[3] = # c: (MUL) rl=5, $4=l[4] = 2 * 40 = : (ADD) rl=6, $5=l[5] = = : (SUB) rl=7, $6=l[6] = 4-2 = : 1c (DIV) rl=8, $7=l[7] = 84 / 2 = 42, rr= c: (TRAP) Halt(0) 8 instructions, 0 mems, 80 oops; 0 good guesses, 0 bad (halted at location # c) 33 / 70

34 Ausgeben einer Zeichenkette 0 = K F J I F A E? D A H 4 A C E I J A H 6 A N J ) 5 J H E C # # 34 / 70

35 Ausgeben einer Zeichenkette (Fortsetzung) 1 LOC Data Segment String BYTE "Text",#A,0 auszugebende Zeichenkette 5 6 LOC #100 7 Main LDA $255,String Adresse String nach $255 8 TRAP 0,Fputs,StdOut Ausgabe der Zeichenkette 9 TRAP 0,Halt,0 35 / 70

36 Der Algorithmus von Euklid I 1. Teile m durch n; der Rest der Division sei r (das Ergebnis der Division ist hier nicht von Bedeutung, sondern lediglich der dabei auftretende Rest). 2. Falls r = 0, so ist der Algorithmus beendet; das Ergebnis (ggt) ist n. Sonst zu Schritt Setze m n, n r und gehe zurück zu Schritt / 70

37 Der Algorithmus von Euklid II 1 r IS $1 2 m IS $2 3 n IS $3 4 5 LOC #100 6 Main SET m,1228 Startwerte für m 7 SET n,96 und n. 8 Start DIV m,m,n m wird nicht mehr benötigt 9 GET r,rr Rest aus Spezialreg. rr holen 10 BZ r,fertig 11 SET m,n m n 12 SET n,r 13 JMP Start Fertig TRAP 0,Halt,0 Ergebnis steht in $3 37 / 70

38 Vergleichsbefehle Zahlenvergleiche durch Subtraktion sind gefährlich (wegen überlauf wird jede positive Zahl als kleiner als 2 63 betrachtet und kleiner als jede negative Zahl)! CMP $X,$Y,$Z bzw. CMP $X,$Y,$Z s($x) 1 falls s($y) < s($z) 0 falls s($y) = s($z) +1 falls s($y) > s($z) CMPU $X,$Y,$Z bzw. CMPU $X,$Y,$Z 1 falls u($y) < u($z) s($x) 0 falls u($y) = u($z) +1 falls u($y) > u($z) 38 / 70

39 Zwei Zahlen der Größe nach anordnen 1 x IS $0 2 y IS $1 3 h IS $2 4 5 LOC #100 O N = A E D N N O O D 6 Main SET x,12 Beliebige Startwerte für x und y 7 SET y,5 8 9 CMP h,x,y Bedingung prüfen; 10 BNP h,fertig bedingter Sprung SET h,x 13 SET x,y tauschen 14 SET y,h Fertig TRAP 0,Halt,0 Ende der Verzweigung Ja -Zweig (Bedingung erfüllt): 39 / 70

40 Ausgabe einer Zahl als Hex-Ziffer 1 z IS $0 2 test IS $1 3 LOC Data Segment 4 5 String BYTE 0,#A,0 6 7 LOC #100 8 Main SETL z,12 Zahl für hexadez. Ausgabe 9 CMP test,z,10 Test, ob größer BNN test,buchst...oder kleiner ADD z,z, 0 also kleiner 12 JMP Speichern 13 Buchst SUB z,z,10 also z ADD z,z, A 15 Speichern STB z,string 16 LDA $255,String Ausgabe 17 TRAP 0,Fputs,StdOut 18 TRAP 0,Halt,0 = A E ) 40 / 70

41 Organisation des vorstehenden Programms 5 7 * J A I J * E C K C F H B A * J A I J * K? D I J ),, 2 5 F A E? D A H * K? D I J 5 7 * ),, ) 5 F A E? D A H 5 6 * 5 J H E C * E C J A H 5 F K C T = ] M A E C 7 > E C J A H 5 F H K C T A E ] M A E C A H ) J A H = J E L A 41 / 70

42 Mehrfachauswahl (switch) = D & ' C E > C E > C E > C E > C E > A H A J M A E C D J E A = K I = K I = K I = K I = K I 42 / 70

43 Realisierung durch Sprungverteiler (Sprungteppich) J = > A, ) # # 2 K J, ) # # / - 6 ) H J = > A 2 K J 7 = D = D &, ) # # / H H = D 2 K J K J 6 4 ) 2. F K J I 5 K J, ) # # & 2 K J, ) # # ' 43 / 70

44 Ein verhängnisvoller Fehler 1 LOC #100 2 z IS $0 3 test IS $1 4 5 Main SET z,11 Wir starten mit 11 6 $*$... 7 CMP test,z,10 Zahl 10? 8 BN test,1f 9 SUB z,z,10 10 X BYTE "X",0 11 LDA $255,X 12 TRAP 0,Fputs,StdOut 13 1H 44 / 70

45 Unterprogramme Einführung Strukturierte Programme Kürzere Programme Verteilte Entwicklung Separate übersetzung Programmbibliotheken Ein Unterprogramm sollte eine einzige Aufgabe erledigen und die gut. einen sorgfältig abgewogenen Kompromiss zwischen Allgemeinheit und Einfachheit darstellen. alle nötigen Daten als Parameterwerte erhalten und nicht von globalen Variablen abhängen. Ergebnisse als Rückgabewerte dem aufrufenden Programm zuführen. Nur dann Seiteneffekte haben, wenn die spezielle Aufgabe des Unterprogramms gerade dieser eine Seiteneffekt ist. 45 / 70

46 Technische Voraussetzungen 1. Die Adresse, von der aus in das Unterprogramm verzweigt wurde (Rücksprungadresse) muss gerettet werden, sodass nach Beendigung des Unterprogramms zu dieser Stelle zurückgekehrt werden kann. 2. Eine übergabe von Eingabewerten als Parameter an das Unterprogramm muss möglich sein. 3. Ebenso muss die Rückgabe von Ergebnissen aus dem Unterprogramm an das aufrufende Programm möglich sein. 46 / 70

47 Parameterübergabe 1. Der Wert des Parameters steht in einem (vereinbarten) Register call by value. 2. Die Adresse des Parameters steht in einem (vereinbarten) Register, call by reference. 3. Ein Parameterblock enthält die Parameter (Werte und/oder Adressen). Common-Bereich Stack-Frame (Globale Variablen) 47 / 70

48 Parameterübergabe Beispiel 1 LOC Data Segment 2 3 OutBuf BYTE 0,0 Ausgabepuffer für PutChar 4 5 LOC # PutChar LDA $255,OutBuf 8 STB $1,$255,0 9 TRAP 0,Fputs,StdOut 10 GO $0,$0,0 Rücksprung aus dem Unterprogramm Newline IS Main SET $1,Newline Programm schreibt eine neue Zeile 15 GO $0,PutChar Aufruf des Unterprogramms 16 TRAP 0,Halt,0 48 / 70

49 Der Stack 2 K I D 2 F Allzweckwaffe für Parameterübergabe Lokale Variablen (Register) Sicherung der Rücksprungadresse Rekursion (siehe später) 49 / 70

50 Ablage der Rücksprungadresse auf dem Stack ? I F H K C H A I I A 50 / 70

51 Beispiel: Fakultät rekursiv 1 LOC Data Segment 2 3 n IS $1 4 f IS $2 5 test IS $3 6 7 BOS GREG # Bottom Of Stack 8 SP GREG 0 Stackpointer 9 10 LOC # Fak SUB SP,SP,8 push RETA 51 / 70

52 Beispiel: Fakultät rekursiv (Fortsetzung) 14 STO $0,SP, CMP test,n,1 Rekursionsende? 17 BP test,rek nein: neuer Aufruf 18 SET f,1 f=1 19 JMP Ende Rek SUB n,n,1 n=n-1 22 GO $0,Fak Rekursion 23 ADD n,n,1 n=n+1 24 MUL f,f,n f = f*n Ende LDO $0,SP,0 pop RETA 27 ADD SP,SP,8 28 GO $0,$0,0 Rücksprung Main SET SP,BOS Initialisierung 52 / 70

53 Beispiel: Fakultät rekursiv (2. Variante ab Zeile 12) 14 STO $0,SP,0 Rücksprungadresse 15 STO n,sp,8 n CMP test,n,1 Rekursionsende? 18 BP test,rek nein: neuer Aufruf 19 SET f,1 f=1 20 JMP Ende Rek SUB n,n,1 n=n-1 23 GO $0,Fak Rekursion 24 LDO n,sp,8 alter Wert von n 25 MUL f,f,n f = f*n Ende LDO $0,SP,0 Rücksprungadresse 28 ADD SP,SP,16 pop 29 GO $0,$0,0 Rücksprung / 70

54 Beispiel: Fakultät rekursiv III 1 LOC Data Segment 2 3 n IS $1 4 f IS $2 5 test IS $3 6 7 BOS GREG # Bottom Of Stack 8 SP GREG 0 Stackpointer 9 10 LOC # Fak SUB SP,SP,8 push 14 STO $0,SP,0 Rücksprungadresse 15 LDO n,sp,8 Parameter vom Stack 54 / 70

55 Beispiel: Fakultät rekursiv III (Fortsetzung) CMP test,n,1 Rekursionsende? 18 BP test,rek nein: neuer Aufruf 19 SET f,1 f=1 20 JMP Ende Rek SUB n,n,1 n=n SUB SP,SP,8 push 25 STO n,sp,0 Parameter auf den Stack GO $0,Fak rekursiver Aufruf LDO f,sp,0 Ergebnis vom Stack 30 ADD SP,SP,8 pop LDO n,sp,8 alter Wert von n 55 / 70

56 Labels und Prefixe Alle Symbole, die nicht mit : beginnen, werden automatisch mit dem aktuellen Prefix ergänzt Anfangs ist das Prefix der : Die Anweisung PREFIX ändert das aktuelle Prefix Welche Symbole trägt der Assembler für folgendes Programmstück in die Symboltabelle ein? 1 LOC #100 2 Main SWYM 0 3 PREFIX A 4 B SWYM 0 5 :B SWYM 0 6 PREFIX A 7 B SWYM 0 8 PREFIX :A 9 A SWYM 0 10 A: SWYM 0 56 / 70

57 Stackframes L A ) K B H K B 2 = H = A J A H > A H C = > A 2 = H = A J A H M D A I 7 J A H F H C H = I = A 8 = H E = > A 2 = H = A J A H - H C A > E I > A H C = > A - H C A > E I I A =? A 4? I F H K C 5 J =? B H = A = K B A I 2 H C H = 5 J =? B H = A = K B A I 2 H C H = 5 J =? B H = A = K B A I 2 H C H = ) K B H K B 4? I F H K C 57 / 70

58 Die PUSHJ-Instruktion Die Instruktion PUSHJ $X,YZ hat folgenden Effekt: Die Register $0 bis $X-1 werden auf den Registerstack gesichert und verschwinden vorübergehend. Die Register $X+1, $X+2,...(also die Parameter) werden umnummeriert und sind nun Register $0, $1,... An der Stelle $X entsteht so eine Art Loch auf dem Registerstack. Es wird verwendet, um die Anzahl der Register im darunter liegenden Stackframe (ohne Loch) zu speichern. Die Rücksprungadresse, das heißt die Adresse der Instruktion unmittelbar nach dem PUSHJ, kommt in das Spezialregister rj. Die beiden letzten Byte der Instruktion YZ enthalten eine 16 Bit lange relative Adresse, die das Ziel des Sprunges in das Unterprogramm angibt. 58 / 70

59 / / Wirkung von PUSHJ $4,XY 4 A C E I J A H L H D A H =? D D A H # # # " #! > = A 8 = H E = > A # # # " #! > = A 8 = H E = > A & % $ # "! " 2 = H = A J A H = A 8 = H E = > A! " " = A 8 = H E = > A 59 / 70

60 " / / Wirkung von POP 3,0 4 A C E I J A H L H D A H =? D D A H # # # " #! > = A 8 = H E = > A # # # " #! > = A 8 = H E = > A!! " # " " = A 8 = H E = > A $ # "! " " = A 8 = H E = > A 60 / 70

61 Wirkung von POP 3,0 0 = K F J I F A E? D A H 4 A C E I J A H H E C H = H C E = A 4 A C E I J A H = A 4 A C E I J A H H 5 5 J =? I A C A J L A H > H C A A 4 A C E I J A H 61 / 70

62 Ablaufsteuerung, = J A H A I I > K I * A B A D I D A H * A B A D I H A C E I J A H A H A I I J A E A, E A H 5 J A K A H C E H A I I C E 5 J A K A H A E J K C A K = A - E D A E J A 1. Holen eines Befehlsworts aus dem Speicher in das Befehlsregister des Steuerwerks. 2. Decodieren des Befehls, d. h. fest stellen, woher die Operanden kommen 3. Ausführen der Operation (auch Berechnung der Adresse des nächsten Befehls; bei Sprungbefehlen muss dies nicht notwendigerweise die unmittelbar folgende Speicheradresse sein. 62 / 70

63 Adressierungsarten I Konstantenadressierung * A B A D I H A C E I J A H ),, : ; 4 A C E I J A H 0 = K F J I F A E? D A H F A H A 4 A? D A M A H 63 / 70

64 Adressierungsarten II Registerdirekte Adressierung * A B A D I H A C E I J A H ),, : ; 4 A C E I J A H 0 = K F J I F A E? D A H F A H A 4 A? D A M A H 64 / 70

65 Adressierungsarten III Registerindirekte Adressierung * A B A D I H A C E I J A H, : ; 4 A C E I J A H 0 = K F J I F A E? D A H F A H A 4 A? D A M A H! 65 / 70

66 #! " Adressierungsarten IV Indizierte Adressierung * A B A D I H A C E I J A H, : ; 4 A C E I J A H 0 = K F J I F A E? D A H F A H A 4 A? D A M A H 66 / 70

67 übung Welche Adressierungsart benutzt das folgende Programm in Zeile 12 und 16? 1 LOC Data Segment 2 Data OCTA 17,4,47,11,8,15,42 3 end 4 5 px IS $1 6 x IS $2 7 max IS $3 8 test IS $ LOC # Main LDA px,data 12 LDO max,px 13 1H ADDU px,px,8 14 CMP test,px,end 15 BZ test,done 67 / 70

68 Adressierungsarten V Absolute Adressierung * A B A D I H A C E I J A H 4 A C E I J A H 0 = K F J I F A E? D A H F A H A 4 A? D A M A H 68 / 70

69 Adressierungsarten VI Speicherindirekte Adressierung * A B A D I H A C E I J A H 4 A C E I J A H 0 = K F J I F A E? D A H F A H A! 4 A? D A M A H 69 / 70

70 Übung: in welcher Reihenfolge sind die Worte geordnet? 1 Definition der Record-Struktur eines Listenelements 2 string IS 0 3 next IS LOC Data Segment 6 7 No BYTE " no ",0 8 Theory BYTE " theory ",0 9 Without BYTE " without ",0 10 Practice BYTE " practice ", H OCTA Without 13 OCTA 3F 14 First OCTA No 15 OCTA 2F 16 2H OCTA Theory 17 OCTA 1B 70 / 70