Arhitectura Calculatoarelor Curs UTM

Arhitectura Calculatoarelor

1

Arhitectura Calculatoarelor Introducere

Un calculator numeric este constituit dintr-un ansamblu de resurse fizice (hardware) şi de programe de sistem (software de sistem) care asigură prelucrarea automată a informaţiilor !n conformitate cu algoritmii specificaţi de utilizator prin programele de aplicaţii (software utilizator)" Arhitectura calculatorului cuprinde două componente principale# a) arh arhite itectu ctura ra setulu setuluii de instruc instrucţiu ţiuni ni (A$%)& (A$%)& b) implementarea maşinii maşinii cu cele două sub - componente# componente# −

organizare&

−

hardware"

Arhitectura setului de instrucţiuni este ceea ce trebuie să ştie un programator pentru a scrie programe !n limba' de asamblare respecti pentru a concepe şi construi un program de tip compilator sau rutine destinate sistemului de operare" ermenul organizare include aspectele de niel !nalt ale unui proiect de calculator ca de e*emplu struct str uctura ura int intern ernăă a UC+ (un (unita itatea tea cen centra trală lă de pro proce cesar sare e mic microp roproc roceso esor) r) str struct uctura ura şi org organi aniza zarea rea magistralelor organizarea organizarea sistemului de memorie" ,oţiunea de hardware (resurse fizice) e utilizată pentru a ne referi la aspectele specifice ale implementării calculatorului" Acestea includ proiectul logic de detaliu şi tehnologia de realizare a maşinii de calcul" 1. Reprezentare Reprezentarea a funcțională a unui calculator calculator

Un calculator poate fi descris att sub aspect funcţional ct şi structural" Circuitele electronice ale unui calculator recunosc şi e*ecută doar un set limitat de instrucţiuni elementare codificate !n formă binară" Aceste instrucţiuni sunt doar succesiuni de biţi (1 şi .) pe care procesorul le !nţelege - decodifică şi le e*ecută" %ndiferent de tipul de maşină instrucţiunile recunoscute sunt rareori mai complicate dect /anenbaum0# − adună două numere& − erifică dacă un număr este egal cu zero& − copiază date dintr-o zonă a memoriei calculatorului !n altă zonă" e e*emplu la procesoarele %ntel din seria 2.*23 codul binar al instrucţiunii următoare# .... .1.. .... .11. comandă adunarea conţinutului unui registru intern de 2 biţi (numit registrul al) cu aloarea imediată 3" Adesea cnd utilizatorul este obligat să lucreze cu alori numerice binare se foloseşte reprezentarea !n he*aze he*azecim cimal al care care este este ma maii compac compactă tă şi ma maii uşor uşor de citit" citit" Codul Codul !n he*az he*azeci ecima mall al instru instrucţi cţiuni uniii corespunzătoare succesiunii binare de mai sus este .4 .3 he*" 5i acest mod de scriere a instrucţiunilor este !nsă complicat pentru programator" programator" $crierea instrucţiunilor se poate realiza la !nceput !nceput !n limba' natural transpunndu-se transpunndu-se apoi apoi !ntrun limba' artificial numit limbaj de programare" Limbajul de programare reprezintă un set de instrucţiuni !mpreună cu regulile de organizare ale acestora !ntr-un program" otalitatea regulilor de scriere ale instrucţiunilor reprezintă sintaxa limba'ului iar totalitatea regulilor prin care se asociază o semnificaţie instrucţiunilor reprezintă semantica limba'ului" Calculatorul poate e*ecuta numai instrucţiuni e*primate intern sub forma unor şiruri de cifre binare" +rogramele !n care instrucţiunile sunt scrise sub această formă se numesc programe !n limbaj maşină" 6imba'ul maşină este caracteristic fiecărui tip de calculator" $crierea şi introducerea programelor sub această formă este dificilă" +entru simplificarea scrierii programelor au fost create limba'e !n care fiecărui cod de instrucţiune i s-a ataşat un nume mnemonic" Acest mod de reprezentare a instrucţiunilor maşin ma şinăă se numeşt numeştee limba limbajj simb simboli olicc sau limbaj de asamblare" Acest limba' permite utilizatorului să realizeze codificări simbolice ale instrucţiunilor şi ale adreselor de memorie" +entru a se e*ecuta un program !n limba' de asamblare acesta trebuie translatat !n prealabil !n limba' maşină printr-un proces numit asamblare" +rogramul care se translatează se numeşte program

Arhitectura Calculatoarelor sursă iar iar cel cel rezu rezult ltat at

7

!n urma urma tran transl slat atăr ării ii se num numeşte eşte program obiect " 8p 8per eraţ aţia ia de tran transl slat atar aree a programului sursă !n program obiect este e*ecutată de un un program special special numit asamblor " 8 instrucţiune !n limba' de asamblare corespunde corespunde unei instrucţiuni !n limba' maşină deosebirea deosebirea dintre ele const constnd nd num numai ai !n mo modul dul de reprez reprezent entare are"" eci eci fieca fiecare re instru instrucţi cţiune une !n limba' limba' de asambl asamblare are este este translatată !ntr-o singură instrucţiune !n limba' maşină" Un limba limba'' de asam asambl blar aree este este spec specifi ificc unui unui calc calcul ulat ator or astf astfel el !nc !nctt treb trebui uiee să secu secuno noas ască că instrucţiunile şi organizarea internă a acelui calculator" in acest moti s-au elaborat limba'e pentru programe care se pot e*ecuta pe orice calculator" Acestea Acestea sunt limba'e orientate pe probleme sau limbaje de nivel înalt  spre deosebire de limba'ele de asamblare care sunt limba'e orientate pe calculator sau limbaje de nivel scăzut " Asemenea limba'e de niel !nalt sunt +ascal C 6%$+ +9868: etc" Unei instrucţiuni !ntr-un limba' de niel !nalt !i corespunde o succesiune de instrucţiuni !n limba' maşină" ranslatarea !n limba'ul maşină se poate realiza cu a'utorul unui compilator  care generează din programul sursă un program executabil  acesta fiind e*ecutat după ce !ntregul program a fost compilat" 8 altă posibilitate este utilizarea unui interpretor  care translatează fiecare instrucţiune !n limba'ul de niel !nalt !ntr-o succesiune de instrucţiuni maşină acestea fiind e*ecutate imediat . ;n acest caz nu se generează un program e*ecutabil"
Un model posibil al unui calculator numeric modern reprezintă o ierarhie de maşini irtuale pe mai multe niele (=igura 1"1)"

=igura 1"1 - %erarhia de niele a unui calculator calculator modern ,ielul . numit nivelul logicii digitale este reprezentat de componentele hardware ale calculatorului (maşina fizică)" Circuitele acestui niel e*ecută instrucţiunile maşină ale nielului 1" >lementele de bază ale acestor acestor circuite circuite sunt porţile logice fiecare poartă fiind formată la rndul ei dintr-un număr de


?

tranzistoa tranzistoare" re" 8 poartă poartă logică are una sau mai multe intrări digitale (semnale (semnale reprezentnd reprezentnd . logic sau 1 logic) şi are ca ieşire o funcţie simplă a acestor intrări de e*emplu 5% logic $AU logic" ,ielul 1 numit nivelul de microprogram interpretează instrucţiunile nielului 7 pentru fiecare instrucţiune a acestui niel e*istnd cte un microprogram" =iecare microprogram defineşte !n mod implicit un limba' de niel 7 şi o maşină irtuală" e obicei e*istă multe similarităţi !ntre maşinile irtuale de niel 7 chiar şi !n cazul calculatoarelor diferiţilor producători" Acest niel se numeşte nivelul maşinii convenţionale (@ardware abstraction laer B @A6)" Atunci cnd se descrie setul de instrucţiuni al unui calculator se descrie de fapt maşina irtuală de niel 7 şi nu maşina reală de niel 1" $unt descrise deci instrucţiunile interpretate de către microprogram şi nu instrucţiunile e*ecutate direct prin hardware" e menţionat că la anumite calculatoare nielul de microprogram lipseşte" 6a aceste calculatoare instrucţiunile maşinii conenţionale sunt e*ecutate direct de circuitele electronice ale nielului ." ,ielul ? este de obicei un niel hibrid (anenbaum) deoarece multe din instrucţiunile limba'ului său sunt prezente !n cadrul instrucţiunilor instrucţiunilor nielului 7" >*istă !n plus un set de noi instrucţiuni o organizare organizare diferită a memoriei posibilitatea de e*ecuţie a mai multor programe !n paralel şi alte facilităţi" ,oile facilităţi adăugate la nielul ? sunt realizate cu a'utorul unui interpretor numit sistem de operare iar instrucţiunile identice identice cu cele ale nielului nielului 7 sunt e*ecutate e*ecutate direct direct prin microprogra microprogram" m" ,ielul ? este numit nivelul sistemului de operare oper are" Un sistem de operare reprezintă un ansamblu de programe care asigură e*ploatarea optimă a resurselor hardware şi software ale unui sistem de calcul" $istemele de operare au fost create pentru simplificarea actiităţii de programare utilizarea optimă a posibilităţilor de lucru ale echipamentelor şi reducerea interenţiei utilizatorilor !n cursul e*ecuţiei programelor" programelor" ,ielele .-? nu sunt destinate utilizării directe de către programatorii obişnuiţi ci pentru rulare rulareaa transl translato atoare arelor lor şi interp interpret retoar oarelo elorr scrise scrise de progra programa mator torii ii de sistem sistem"" ,ielu ,ielull 4 şi niele nielele le superioare sunt destinate programatorilor de aplicaţii" ,ielul 4 este nivelul limbajului de asamblare" +rogramele scrise !n limba' de asamblare sunt translatate !n limba'ul nielului 1 7 sau ? şi apoi interpretate de către maşina irtuală corespunzătoare" ,ielul D constă din limba'ele destinate programatorilor de aplicaţie fiind numit nivelul limbajelor de nivel înalt " +rogramele scrise !n aceste limba'e sunt translatate !n limba'ele nielului ? sau 4 cu a'utorul aplicaţiilor " Constă din colecţii de compilato compilatoarelo arelorr sau interpreto interpretoarelo arelor" r" ,ielul 3 reprezintă reprezintă nivelul aplicaţiilor programe destinate unor domenii specializate de e*emplu pentru administraţie economie proiectare asistată de calculator grafică etc" =iecare niel reprezintă o abstractizare distinctă cu diferite obiecte şi operaţii" $etul tipurilor de date a operaţiilor şi facilităţilor fiecărui niel reprezintă arhitectura nielului respecti" Arhitectura tratează acele aspecte care sunt izibile utilizatorului nielului respecti ca de e*emplu dimensiunea memo me mori riei ei disp dispon onib ibil ile" e" Aspec specte tele le de impl implem emen enta tare re ca de e*em e*empl pluu tehn tehnol olog ogia ia util utiliz izat atăă pent pentru ru implem implement entare areaa mem memorie orieii nu fac parte parte din arhite arhitectu ctură" ră" Arhitectura calculatorului reprezint reprezintăă studiul studiul proiectării acelor părţi ale unui sistem de calcul calcul care sunt izibile izibile pentru programatori" programatori" 2 Arhitectura Intel8086. 2.1 Noțiuni generale generale.. Modelul Modelul program. program.

; n Ass Assem emble bler r cal calcu culat latoru orull es este te ăz ăzut ut la ni nielu elull har hardwa dware# re# adr adrese ese fiz fizice ice de mem memori orie e reg regist istre re !ntreruperi etc" $unt necesare unele noţiuni pregătitoare" Unitatea de bază a informaţiei memorate !n calculator este bitul. Un bit reprezintă o cifră binară (de aici şi numele care e o prescurtare de la binar digit) deci poate aea alorile . sau 1" Eodelul hardware corespun core spunzăto zătorr este acela acela de bi bitab tabil. il. Un bistabil este deci un circuit electronic cu două stări stabile codificate . şi 1 capabil să memoreze un bit de informaţie" Un grup de bistabili formează un regitru. e e*emplu 2 bistabili formează un registru de 2 biţi" %nformaţia care se poate memora !ntr-un asemenea registru poate fi codificată !n binar de la aloarea ........ (toţi biţii egali cu .) pnă la aloarea 11111111 (toţi biţii egali cu 1)" >ste uşor de ăzut că numărul combinaţiilor care pot fi memorate este 7D3 (7 la puterea a 2-a)" ;n general un registru de n biţi octe!i e!i sau b"t b"te e (dacă n F 2) a putea memora 7 n com combinaţ binaţii ii disti distincte ncte"" Ac Aceste este com combinaţ binaţii ii se nume numesc sc oct respecti cu#inte (dacă n F 13 ?7 etc)" Eemoria unui calculator este ăzută ca o succesiune de octeţi" =iecare octet are asociată o adresă de memorie" +entru a putea adresa memoria e neoie de un registru de adrese a cărui lungime determină dimensiunea ma*imă a memoriei" acă aem un regsitru de adrese de 2 biţi atunci om putea adresa 7 2


7.

4

octeţi de memorie" +rocesorul 2.23 are un registru de adrese de 7. de biţi deci poate adresa 7 octeţi de memorie mem orie (sa (sauu 1 me megao gaocte ctett de mem memori orie)" e)" Arh Arhite itectu ctura ra pro proce cesor sorulu uluii 2.2 2.23 3 din pun punctu ctull de ed edere ere al programului utilizator este ilustrată schematic !n figura 7"1" $unt figurate registrele accesibile prin program"

=igura 7"1 - 9egistrele procesorului 2.23 oate registrele sunt de 13 biţi" 8 serie de registre (AG HG CG G) sunt disponibile şi la niel de octet oate părţile mai semnificatie fiind A@ H@ C@ şi @ iar cele mai puţin semnificatie A6 H6 C6 şi 6" enumirile registrelor sunt# AG - registru acumulator HG - registru de bază general CG - registru contor G - registru de date H+ - registru de bază pentru stiă (base pointer) $+ - registru indicator de stiă (stacI pointer) $% - registru inde* sursă % - registru inde* destinaţie 9egistrul notat =6A:$ cuprinde flagurile procesorului sau bistabililor de condiţie iar registrul %+ (instruction pointer) pointer) este registrul registrul de instrucțiuni" enumirile registrelor de segment sunt# C$ - registru r egistru de segment de cod (code segment) $ - registru de segment de date (data segment) $$ - registru de segment de stiă (stacI segment) >$ - registru de segment de date suplimentar (e*tra segment) $e ob obser seră ă că den denumi umirile rile reg regist istrel relor or de seg segme ment nt cor coresp espund und zo zonel nelor or pri princi ncipal palee ale unu unuii pro progra gram m e*ecutabil" Astfel perechea de registre (C$#%+) a indica totdeauna adresa următoarei instrucţiuni care se a e*ecuta iar perechea ($$#$+) indică totdeauna adresa rfului stiei" 9egistrele $ şi >$ sunt folosite pentru a accesa accesa date" 9egistrul de flaguri (bistabili de condiţie) al procesorului 2.23 are configuraţia din =igura 7"7" 8 serie de flaguri flaguri sunt flaguri flaguri de stare# acestea acestea sunt poziţion poziţionate ate la . sau la 1 ca urmare a unor operaţii operaţii aritmetice sau logice" Celelalte flaguri controlează anumite operaţii ale procesorului" $emnificaţia flagurilor este următoarea# C= (Carr =lag bistabil de transport) - semnifică un transport sau un !mprumut dinJ!n bitul cel mai semnificati al rezultatului de e*emplu la operaţii de adunare sau de scădere"


D

=igura 7"7 - 9egistrul de flaguri al procesorului 2.23 += (+arit =lag flag de paritate) - este poziţionat !n aşa fel !nct numărul de biţi egali cu 1 din octetul cel mai puţin semnificati al rezultatului !mpreună cu flagul += să fie impar& altfel formulat suma modulo 7 (G89) a tuturor biţilor din octetul c"m"p"s" şi a lui += să fie 1" A= (Au*iliarr Carr =lag bistabil de transport au*iliar) - indică un transport sau un !mprumut dinJ!n bitul 4 al rezultatului" K= (Kero =lag bistabil de zero) - este poziţionat la 1 dacă rezultatul operaţiei este ." $= ($ign =lag bistabil de semn) - este poziţionat la 1 dacă b"c"m"s" al rezultatului (bitul de semn) este 1" 8= (8erflow =lag bistabil de depăşire) - este poziţionat la 1 dacă operaţia a condus la o depăşire de domeniu a rezultatului (la operaţii cu sau fără semn)" = (rap =lag bistabil de urmărire) - dacă este poziţionat la 1 se forţează o !ntrerupere pe un niel predefinit la e*ecuţia fiecărei instrucţiuni& acest fapt este util !n programele de depanare !n care este posibilă rularea pas cu pas a unui program" %= (%nterrupt =lag bistabil de !ntreruperi) - dacă este poziţionat la 1 procesorul ia !n consideraţie !ntreruperile hardware e*terne& altfel acestea sunt ignorate" = (irection =lag bistabil de direcţie) - precizează sensul (crescător sau descrescător) de ariaţie a adreselor la operaţiile cu şiruri de octeţi sau de cuinte" =lagurile C= += A= K= $= şi 8= sunt numite flaguri de stare (aritmetice)" =lagurile = %= şi = sunt numite flaguri de control" +rocesorul 2.23 dispune de adrese pe 7. de biţi fiind capabil să adreseze 1 megaoctet de memorie 7. (7 )" $e pune problema cum se formează adresa fizică pe 7. de biţi (deci pe D cifre he*a) deoarece toate registrele procesorului sunt de 13 biţi putnd codifica adrese !n domeniul ....""".====@ (pe 4 cifre he*a) deci !ntr-un spaţiu de ma*im 34 L8" Eemoria unui sistem cu procesor 2.23 este diizată !n segmente" Un segment este o zonă continuă de memorie de lungime ma*imă de 34 L8 care !ncepe la o adresă fizică multiplu de 4" Acest fapt !nseamnă că ultima cifră he*a a adresei de !nceput a unui segment este totdeauna ." Ca atare această cifră se poate omite şi adresa de segment se poate reprezenta tot pe 13 biţi" Adresele de !nceput ale segmentelor se or găsi !ntotdeauna !ntr-unui din cele 4 registre de segment" Adresarea !n interiorul unui segment se realizează printr-un deplasament (offset) relati la !nceputul segmentului" eoarece un segment nu poate depăşi 34 L8 deplasamentul se poate memora tot pe 13 biţi" eplasamentul poate fi o constantă sau conținutul unui registru care permite adresarea memoriei" ;n concluzie pentru adresarea unui octet de memorie se folosesc două entităţi pe 13 biţi# o adresă de segment (conţinută obligatoriu !ntr-un registru de segment) şi un deplasament" eoarece ambele entităţi sunt pe 13 biţi se orbeşte de adrese (sau pointeri) de ?7 de biţi deşi adresa fizică este doar pe 7. de biţi" =ormarea adresei fizice (pe 7. de biţi) este realizată automat (prin hardware) de către o componentă a procesorului conform =igurii 7"?" Concret adresa fizică se obţine prin deplasarea adresei de segment cu 4 biţi la stnga şi prin adunarea deplasamentului" +entru specificarea unei adrese complete (de ?7 de biţi) se foloseşte notaţia (segment#offset) sau (registruMsegment#offset)" e e*emplu putem specifica o adresă prin (12A?#DH7N) sau prin ($#DH7N)"


3

=igura 7"? - =ormarea adresei fizice rebuie remarcat faptul că asocierea (segment#offset) - adresă fizică nu este biuniocă deoarece la o aceeaşi adresă fizică pot să corespundă mai multe perechi (segment#offset)" e e*emplu perechile (12A?#DH7N) şi (12A7#DH?N) reprezintă aceeaşi adresă fizică" !n situaţia !n care deplasamentul este redus la minim adică !n domeniul ."""= corespondenţa deine biuniocă" 8 adresă completă de ?7 de biţi este memorată cu offsetul la adrese mici şi cu adresa de segment la adrese mari" Adresele complete se pot obţine cu directia  (efine ouble-Oord)" 2.2 $efinirea egmentelor. %tructura programelor

$egmentele logice conțin cele trei componente ale unui program# cod date si stiă" Eodul in care pot fi specificate segmentele sunt# definirea simplificata& definirea completa a segmentelor" Definirea simplificată a segmentelor

efinirea simplificata ascunde multe detalii ale definirii segmentelor si utilizează aceleași conenții implementate de Eicrosoft in limba'ele de niel !nalt" +entru a scrie un program A$E !ntr-o formă simplă se folosesc directiele simplificate de definire a segmentelor" Acestea sunt# .model mall (precizează un model de memorie) .code (definire de segment de cod) .tac& n (definire de segment de stiă) .data (definire de segment de date) end etichetă (sfrşit logic al programului) ;n principiu segmentul de cod a cuprinde programul e*ecutabil (instrucţiuni) iar segmentul de date a cuprinde date definite de utilizator" $egmentul de stiă nu este folosit e*plicit" Comentariile se scriu folosind simbolul '" Ceea ce urmează după ' pnă la sfrşitul liniei curente este considerat comentariu" Utiliznd directie simplificate de segmentare e*cluznd abuzul de limba' aşa-zisul stil A$E structura este# "E8>6 small "$ACL D17 "AA definirea datelor

"C8>


N

declarare i definire proceduri

start# mo a*Pdata mo dsa* program principal

end start irectia .tac& alocă o zonă and lungimea n (.tac& n)  zonă fiind definită ca stiă (e*# "stacI 7..h a aloca un segment de lungime D17 octe ți)" irectia rezeră (nu si ini țializează) zona dedicată stiei" Acțiunea de inițializare este opțională" +utem scrie si "stacI D17" irectia .code precede segmentul de program" ;ncărcarea acestui segment este realizata automat de ctre 8$" %n schimb registrul d a trebui !ncărcat de ctre programator" $imbolul *data a primi adresa segmentului de date abia după momentul editării legăturilor" ate pot e*ista si in cadrul segmentului de cod" 9egistrele de segment nu sunt niciodată !ncărcate cu alori absolute" $e lasă in seama sistemului de operare sarcina amplasării in memorie a segmentelor" 8rdinea este asigurata tot de ctre componentele sistemului de operare" irectia .model defineşte modul de dispunere in memoria 9AE a segmentelor care alcătuiesc un program" $istemul 8$ admite 3 modele" $istemul 8$J7 mai admite si modelele +,AR- si /RA$" Modele de memorie pot fi tin small medium large sau huge" $emnificaţia acestor tipuri este# tin" - toate segmentele (date cod stiă) se pot genera !ntr-un spaţiu de 34L8 şi formează un singur grup de segmente" $e foloseşte la programele de tip C8E" oate salturile apelurile şi definiţiile de proceduri sunt implicit de tip ,>A9" Adresarea simbolurilor situate la distanta (=A9) spre deosebire de cele situate in apropiere (,>A9) a dura mai multe cicluri maşină deoarece este orba de !ncărcarea celor 7 componente segment si respecti deplasament" mall - datele şi stia sunt grupate !ntr-un singur segment iar codul !n alt segment" =iecare din acestea nu trebuie să depăşească 34L8" oate salturile apelurile şi definiţiile de proceduri sunt implicit de tip ,>A9& medium - datele şi stia sunt grupate !ntr-un singur segment (cel mult egal cu 34L8) dar codul poate fi !n mai multe segmente separate (nu se grupează) deci poate depăşi 34L8" $alturile şi apelurile sunt implicit tip =A9 iar definiţiile de proceduri sunt implicit de tip far" compact - codul generat ocupă cel mult 34L8 (se grupează) dar datele şi stia sunt !n segmente separate (pot depăşi 34L8)" Apelurile şi salturile sunt implicit de tip ,>A9" $e utilizează adrese complete (segment şi offset) atunci cnd se accesează date definite !n alte segmente" large - att datele ct şi codul generat pot depăşi 34L8" huge - este asemănător modelului large dar structurile de date pot depăşi 34L8& se utilizează adrese complete normalizate !n care offsetul este redus la minim (!n domeniul . - 1D) ceea ce face ca o adresă fizică să fie descrisă de o unică pereche (segment offset)" Definirea completă a segmentelor

efinirea completa a segmentelor utilizează sinta*a# numeMsegment $>:E>, QQQ numeMsegment >,$ acă !n modulul de program codul datele si stia nu depășesc fiecare !n parte 34Iocte ți atunci structura generală a unui modul de program cu ? segmente logice (de cod (program) date și stiă) este# $egment $tiă

$$>: $>:E>, O 1.. U+()


2

$$>: >,$ $egment de date

$>: $>:E>, definirea datelor

$>: >,$

$egment de cod

C$>: $>:E>, A$$UE> cs#C$>:ds#$>:ss#$$>:es#$>: declarare i definire proceduri

start# mo a*$>: & iniţializarea registrelor segment se face numai in mo dsa* & modulul principal mo esa* & dses ←$>: programul principal

C$>: >,$ >, start

& sfrşitul modulului & adresa tart se include numai in modulul principal

irectia A$$UE> realizează o cone*iune simbolică (logică) !ntre definirea instrucţiunilor şi datelor !n segmente logice (cuprinse !ntre $>:E>, şi >,$) la momentul asamblării şi accesul la e*ecuţie la instrucţiuni şi date prin registrele de segment" >tichetele sunt nume simbolice de adrese ce identifică instruc țiunile" >tichetele pot fi referite !n alte instrucțiuni pentru e*ecutarea salturilor !n program" acă referirile la o etichetă sunt făcute !n cadrul segmentului !n care ea este definită atunci se spune ca ea are atributul NAR . +entru declararea etichetelor in segmentul de program (etichete adree de intruc!iuni ) se utilizează operatorul  (e*# $A9#) irectia >, marchează sfrşitul logic al unui modul de program şi e obligatorie !n toate modulele" ot ce se găseşte !n fişierul sursă după această directiă este ignorat la asamblare" =orma generală este# >, /punctMdeMstart0 !n care punctMdeMstart este o etichetă sau un nume de procedură care marchează punctul !n care se a da controlul după !ncărcarea programului !n memorie" 2. /ipuri de date Bitul

Cel mai mic element de memorare a unei informații este bitul !n care se poate memora o cifra binara . sau 1" e obicei informația de prelucrat se reprezintă pe segmente contigue de bi ți denumite tetrade octeți cuinte dublu cuinte Ruadwords si tenbtes" Tetrada

etrada este o secen ță de 4 bi ți numerota ți .17? de la dreapta la stnga bitul . fiind cel mai puţin semnificati iar bitul ? cel mai semnificati# 1 ? Octetul (Byte)

. 7

1 1

1 .

8ctetul sau bte este un element de numerotare ce cuprinde o secenţa de 2 biţi" 8ctetul este unul dintre cele mai importante elemente (celule ) de memorare adresabile" Cei 2 biţi ai unui octet sunt numerotaţi cu .17"""N de la dreapta la stnga#


S

. 1 1 1 . 1 . 1 N 3 D 4 ? 7 1 . 8ctetul este format din 7 tetrade tetradă inferioara (din dreapta) conţine biţii . 1 7 ? iar cea superioara (din stnga) conţine biţii 4 D 3 N ai octetului" Cuvântul(Word)

Cuntul este o secenţa de 7 octeţi respecti 13 biţi numerotaţi de la dreapta spre stnga astfel . 1 7 """"""14 1D" Hitul cel mai semnificati este bitul 1D" +rimul octet(inferior) din cunt conţine biţii . 1 7 ? 4 D 3 N iar al doilea octet(superior) biţii N 2 S 1. 11 17 1? 14 1D" 1 1 1 . . . . 1 1 . . 1 1 . . 1 1D 14 1? 17 11 1. S 2 N 3 D 4 ? 7 1 . Cuntul poate fi reprezentat printr-un registru de 13 biţi sau !n doi octeţi de memorie" %n memorie octetul inferior (biţii .-N) este memorat la adresa mai mică iar octetul superior (biţii 2-1D) la adresa cea mai mare" e e*emplu cuntul 4D3Nh se reprezintă intr-un registru de 13 biţi sub forma 4D3Nh iar !n memorie la adresa 1... sub forma 3N4D (octetul 3N la adresa 1... iar octetul 4D la adresa 1..1)" Dublu cuvânt (Double Word)

8 succesiune de 7 cuinte (4 octeţi ?7 bi ți) reprezintă un dublu cunt" Cei ?7 de biţi ai unui dublu cunt sunt numerotați de la dreapta la stnga prin . 1 7 """"""?. ?1" Hitul cel mai semnificati este bitul ?1 octetul cel mai puțin semnificati conține biții .-N iar cel mai semnificati octet (octetul 4) conține biții 7?-?1" Un dublu cunt poate fi reprezentat !ntr-un registru de ?7 biți sau pe 4 octe ți consecutii de memorie" %n memorie octetul 1-cel mai pu țin semnificati este memorat la adresa cea mai mica iar octetul 4-cel mai semnificati la adresa cea mai mare" e e*emplu dublul cunt 17 ?4 D3 N2h aflat la adresa 7... a fi memorat astfel N2 D3 ?4 17 cu octetul N2h la adresa 7... iar octetul 17h la adresa 7..?" Quadord

Tuadword (Rword) este format din 7 dublu cuinte(4 cuinte respecti 2 octeţi succesii de memorie)" Cei 34 biţi ai unui Rword sunt numerotați de la dreapta la stnga astfel# . 1 7 """"""37 3?" Hitul cel mai semnificati este bitul 3?" %n memorie octetul 1 se reprezintă la adresa cea mai mica iar octetul 2 la adresa cea mai mare" Tenbyte (!" octeț i)

8 succesiune de 1. octeți formează un tenbte (tb)" Cei 2. de biți ai elementului sunt numerotați de la dreapta la stnga cu . 1 7""""""N2 NS" %n memorie octetul cel mai pu țin semnificati (bi ții .-N) se reprezintă la adresa cea mai mica iar octetul 1. ( biții N?-2.) la adresa cea mai mare" 2.3 $efinirea datelor

;n limba'ele de asamblare 2.*23 se poate opera cu anumite tipuri de date recunoscute de procesor acesta dispunnd de directie (pseudoinstructiuni) specifice pentru definirea lor" a) 4"te (octet).

Acest tip de date ocupa 2 bi ți adică un octet(bte)" %nformaţia dintr-un octet poate fi# un întreg fără semn cuprins intre . si 77D un întreg cu semn cuprins intre B172 si 17N sau un caracter A$C%%" efinirea datelor de tip bte se face cu a'utorul directiei H( Define !te) care are sinta*a# 5#ariabila $4 lita 7 epreii

unde -ariabila opţională este un identificator asociat adresei efectie a primului octet de memorie generat corespunzător primei e*presii din lista de e*presii -lista-e*presii cuprinde e*presii constante(calculabile in momentul asamblării) si separate prin irgula" =ie directiele#


1.

alfa

H 3D N7h NDo 11.11b 11h77h .ach H -3D VaV VabcV %n memorie !ncepnd de la adresa simbolica alfa se a genera secenţa de octe ți reprezentata in he*azecimal # 41 N7 ?d 1b ?? ac bf alfa . 1 7 ? 4
31

31

37

3?

b) 9:R$ (cu#;nt).

Un cunt ocupa doi octeți (13 biți) si poate fi reprezentat intr-un registru de 13 biți sau in 7 octeți consecutii de memorie" ,umerotarea bi ților in cadrul unui cunt se face de la . la 1D (bitul 1D e bitul cel mai semnificati al cuntului iar bitul . este bitul cel mai puțin semnificati) numerotarea se face de la dreapta la stnga# %nformaţia memorata intr-un cunt poate fi # -un !ntreg pe 13 biți cu semn (bitul 1D este bitul de semn) cuprins intre -71D si 71D B1 - un !ntreg pe 13 biți fără semn cuprins intre . si 713 -sau o adresa de memorie de 13 biți" 9eprezentarea celor 7 octeți ai cuntului in memorie se face astfel !nct octetul cel mai puțin semnificati este memorat la adresa cea mai mica" e e*emplu# daca aloarea 7?4Dh este memorata la adresa 7...h atunci octetul 4Dh se a afla la adresa 7...h iar octetul 7?h la adresa 7..1h" :enerarea datelor de tip cunt se poate face folosind directia de tip O( Define "ord ) a cărei sinta*a este # 5#ariabila $9

lita de epreii

unde# ariabilă opţională este un identificator asociat adresei efectie a primului cunt de memorie generat corespunzător primei e*presii din lista de e*presii" lista de e*presii este o lista de e*presii constante separate prin irgula" =ie secenţa de directie# beta O 4D3Nh .bc4ah 111.111.11b 74N3o O -N32? N32? VabV %n memorie de la adresa WbetaX se or genera octeții# 3N 4D 4a bc bb .? ?e .D fd e1 .? e1 37 31 beta 7 4 3 2 1. 17 14 Constanta octala 74N3o este generată de la adresa beta 3" c) $ouble 9:R$(dublu cunt) Un dublu cunt ocupa 7 cuinte sau 4 octe ți ( ?7 bi ți ) si poate fi reprezentat in memorie pe 4 octeți consecutii !ntr-o pereche de registre de 13 biți sau !ntr-un registru de ?7 biți (la procesoarele de ?7 biți)" %nformaţia memorata intr-un dublu cunt poate fi# un !ntreg pe ?7 biți cu sau fără semn& un număr real in simplă precizie& sau o adresă fizică de memorie de ?7 biți" :enerarea datelor de tip dublu cunt se poate face folosind directia  ( Define Double "ord ) a cărei sinta*a este# 5#ariabilă $$

lita 7 epreii

unde# - ariabilă opţională este un identificator asociat adresei efectie primului dublu cunt de memorie generat corespunzător primei e*presii din lista de e*presii& - lista de e*presii este o lista de e*presii constante separate prin irgula" 9eprezentarea celor doua cuinte a unui dublu cunt de memorie se face astfel !nct cuntul cel mai puțin semnificati este memorat la adresa cea mai mica" e e*emplu dublul cunt 17?4D3N2 h aflat la adresa 7...h se memorează astfel# cuntul D3N2h se memorează la adresa 7...h iar cuntul 17?4h la adresa 7..7h adică adresa de segment este memorata la adrese mari iar deplasamentul (offsetul) la adrese mici"


11

$ecenţa de directie # gama  17?4D3N2h 1 -1  1". -1".  gama presupunnd că memorarea se face de la adresa 4D17#?43N a conduce la generarea următoarei secenţe de octeți# N2

D3

?4

gama

17

.1

..

..

4 ..

..

..

ff

ff

ff

2 2.

bf 3N ?4 17 gama13 7. Constanta reala -1". se asamblează la adresa gama  13"

ff 17

..

.. 2. 13

?f

4D

d) <=A$ 7 9:R$ (8 octeți)

ipul Tuad B word (Rword) ocupa 2 octeți și este reprezentat in memorie pe 34 bi ți sau !ntr-o pereche de registre de ?7 biți (!n cazul procesoarelor de ?7 biți)" %nformaţia stocata intr-un Rword poate fi# un !ntreg cu sau fără semn pe 34 biți sau un număr real in dublă precizie" :enerarea unor date de tip Rword se face cu a'utorul directiei T ( Define #uad $ %ord ) a cărei sinta*a este# 5#ariabila $<


unde# - ariabila opţională este un identificator asociat adresei efectie primului Rword de memorie generat corespunzător primei e*presii din lista de e*presii& - lista de e*presii este o lista de e*presii constante separate prin irgula" 9eprezentarea in memorie a celor 2 octeți ai unui Rword se face astfel !nct octetul cel mai pu țin semnificati este memorat la adresa cea mai mica" =ie secenţa # R T 7 -7 7"D -7"D care a fi reprezentată in memorie astfel# .7

..

..

..

..

..

R ..

..

..

..

..

..

..

.. fe 2

.4 4. 74
..

ff

ff

ff

ff

ff

ff

ff 13

..

..

..

..

..

.4

c.

e) /en 4"te


unde# - ariabila opţională este un identificator asociat adresei efectie primului tbte de memorie generat corespunzător primei e*presii din lista de e*presii& - lista de e*presii este o lista de e*presii constante separate prin irgula" ;n format HC !mpachetat fiecare cifra zecimală se reprezintă pe o tetradă (4 bi ți) deci 7 cifre HC pe octet" Un !ntreg HC se poate reprezenta cu ma*im 1S cifre zecimale care ar ocupa N3 bi ți" Ultima tetradă aflată la adresa cea mai mare este destinată memorării semnului" $emnul se memorează doar in bitul cel mai semnificati al numărului deci următorii ? biți ai tetradei ce conţine semnul pot fi biți ai numărului" Astfel !ntregii HC pot fi cuprinşi intre#


17

-NSSSS SSSSS SSSSS SSSSS și

NSSSS SSSSS SSSSS SSSSS cifra cea mai semnificatiă fiind reprezentată doar pe ? biți" irectia# tb

$/

3>6?123>6?8@0123>6 B3>6?123>6?8@0123>6

a conduce la generarea următoarei secenţe de octe ți# D3 ?4 17 S. N2 D3 ?4 17 3N 4D D3 ?4 tb 1.

17

S.

N2

D3

?4

17

3N

cD

2.> %etul de intruc!iuni 8086

;n cadrul acestui capitol sunt prezentate !n detaliu instrucţiunile de bază ale familiei de procesoare %ntel" Acolo unde este cazul se specifică tipurile interzise de adresare" $etul de instrucţiuni este grupat !n 3 clase# intruc!iuni de tranfer care deplasează date !ntre memorie sau porturi de intrareJieşire şi registrele procesorului fără a e*ecuta nici un fel de prelucrare a datelor& intruc!iuni aritmetice Ci logice care prelucrează date !n format numeric& intruc!iuni pentru Ciruri  specifice operaţiilor cu date alfanumerice& intruc!iuni pentru controlul programului care !n esenţă se reduc la salturi şl la apeluri de proceduri& intruc!iuni specifice Dntreruperilor hard Ci oft& intruc!iuni pentru controlul proceorului " Această !mpărţire este realizată după criterii funcţionale" e e*emplu instrucţiunile +U$@ şi +8+ sunt considerate ca instrucţiuni de transfer deşi ia prima edere ar putea fi considerate instrucţiuni specifice procedurilor" Acelaşi lucru despre instrucţiunile %, şi 8U care interfaţează procesorul cu lumea e*terioară# ele sunt considerate instrucţiuni de transfer deşi ar putea fi considerate instrucţiuni de intrareJieşire" %ntrările şi ieşirile sunt !nsă cazuri particulare de transfer" =iecare categorie de instrucţiuni este !nsoţită de specificarea e*plicită a indicatorilor de condiţie care sunt modificaţi !n urma e*ecuţiei" 2.>.1 Intruc!iuni pentru tranferuri de date aritmetica 4E$. Noțiuni teoretice

intruc!iuni Dn aritmetica binara și Dn

%nstrucţiunile de transfer permit copierea unui octet sau cunt de la sursa la destinaţie" estinaţia poate fi un registru locaţie de memorie sau un port de ieşire iar sursa poate fi un registru o locaţie de memorie constante sau port de intrare" Ca regula generală destinaţia și sursa nu pot fi ambele locaţii de memorie" ;n specificarea sursei și destinaţiei se or folosi notaţiile# segment# offset pentru adrese fizice& (*) paranteze rotunde pentru a desemna Wconţinutul lui *X" 8H$" %nstrucţiunea de transfer nu modifica indicatorii de condiţie (flagurile) cu e*cepţia instrucţiunilor $A@= și +8+=" #nstruc$iuni de transfer a) Intruc!iunea M:F (Mo#e $ata).

=orma generală a instrucţiunii Eo este# mov dest' sursa ( (dest) ← (sursa) realizează transferul informaţiei de la adresa efectia data de sursa la dest. >*emplu# mo a* alfa& transfera conţinutul adresei alfa !n a* mo b* offset alfa& transfera adresa efectia alfa !n b* mo al NDh& transfera NDh !n al mo c* /1..0& transfera conţinutul adresei 1.. !n c* mo /di0 b*& transfera conţinutul lui b* la adresa conţinuta !n di mo bte ptr alfa  /b*0& pune conţinutul octetului de la adresa &dată de b* la adresa alfa


1?

b) Intruc!iunea +E- ( change $ata )

%nterschimbă sursa cu destinaţia" =orma generală# )*+,

dest' sursa

9estricţii# registrele de segment nu pot apărea ca operanzi& cel puţin un operand trebuie sa fie un registru general" >*emple# *chg al ah *chg alfa a* *chg sir /si0 b* *chg cs# /b*0/si0 a* %nterschimbarea conţinutului a doi operanzi din memorie op1 și op7 se poate face prin secenţa de instrucţiuni# mo reg op1 *chg reg op7 mo op7 reg c) Intruc!iunea +,A/ (/ranlate)

=orma generală# G6A %nstrucţiunea nu are operanzi semnificaţia fiind# (al)← ds# ((b*)(al)) adică se transfera !n al conţinutul octetului de la adresa efectia # -bx/-al. %nstrucţiunea se folosește la conersia unor tipuri de date folosind tabele de conersie adresa acestor tabele se introduce !n bx iar !n al se introduce poziţia elementului din tabel" e e*emplu# conersia unei alori numerice cuprinsă intre . și 1D !n cifrele he*azecimale corespunzătoare se poate face prin# tabel H V.17?4D3N2SabcdefVV """""""""" lea b* tabel mo al11 *lat ;n al se a depune cifra he*azecimala b" d) Intruc!iunea IN (Input $ata)

>*ecută o citire de la portul de intrare specificat 2 sau 13 biţi după cum se specifica registrul al sau a* sau alte registre generale pentru noile procesoare" =orma generală# IN dest port unde# dest este registrul al sau a* (noile procesoare acceptă și alte registre !n locul lui al respecti a*)& port este o constantă cuprinsă intre . și 7DD sau registrul d*" e) Intruc!iunea :=/ (:utput $ata)

>*ecută o scriere la portul de iesire specificat de 2 sau 13 biţi după cum se specifică registrul al sau a*" =orma generală # :=/ dest port unde# destinaţie este registrul al sau a*& port este o constantă cuprinsă intre . și 7DD sau registrul d*" f) Intruc!iunea ,A (,oad ffecti#e Addre)

Are ca efect !ncarcărea adresei efectie (offsetul) intr-un registru general"


14

=orma generală# ,A reg sursa unde# sursa - este un operand aflat !n memorie specificat printr-un mod de adresare & reg - este un registru general" >*emplu# lea b* alfa lea si alfa /b*0/si0 Acelaşi efect se obţine folosind operandul 8==$> !n %nstrucţiunea E8<# mo b* offset alfa mo si offset alfa /b*0/si0 g) Intruc!iunea ,$%G ,% (,oad $ata %egmentG ,oad tra %egment)

=orma generală# 6$ reg sursa unde# reg -este un registru general de 13 biti& sursa -este un operand de tip double B word aflat !n memorie care conţine o adresă completă de ?7 biţi" Are ca efect transferul unei adrese complete !n perechea de registre ds și reg specificat !n instrucţiune adică# (reg) ← ((sursa)) (ds) ← ((sursa)  7) >*emplu# alfa db 7D adrMalfa dd alfa " " " " " " "" " "" " " " lds si adr-alfa & !n registru si se transferă offset-ul &iar !n ds adresa de segment a celulei alfa mo bte ptr /si0 ND " " " " "" " " "" " " " " " " " i) Intruc!iunea ,AH (,oad A ith H,A-%)

%nstrucţiunea !ncarcă !n registrul A@ octetul dat de partea cea mai puţin semnificatia a registrului =6A:$ ce conţine indicatorii" %nstrucţiunea nu are operanzi" A@ ← =6A:$ . N ÷

J) Intruc!iunea %AH (%tore A into H,A-%)

%nstrucţiunea !ncarcă !n registrul =6A:$ !n octetul cel mai puţin semnificati conţinutul registrului A@ adică# =6A:$ ← (A@) . N %nstrucţiunea nu are operanzi" ÷

%&'&% ritmetica binara

Aceste instrucțiuni modifica conţinutul registrului =6A:$" a) Intruc!iunea A$$ (Add)

=orma generală# A$$ dest sursa & (dest) ← (dest)  (sursa) unde# dest poate fi un registru general sau o locaţie de memorie& sursa poate fi un registru general o locaţie de memorie sau o constantă" Cei doi operanzi nu pot fi simultan locaţii de memorie" 8peraţia se poate efectua pe octet sau pe cunt" Cei doi operanzi trebuie sa aibă aceeaşi dimensiune (acelaşi tip)" ;n caz de ambiguitate se a folosi operatorul +9"


1D

%ndicatorii afectaţi sunt# A= C= += $= K= și 8= >*emple# add a* D add bl D add a* b* add word ptr /b*0 ND add alfa a* add alfa D add bte ptr /si0 ND add bte ptr alfa ND b) Intruc!iunea A$E (Add ith Earr")

=orma generală# A$E dest sursa & (dest) ← (dest)  (sursa)  (C=) Unde dest și sursa au aceeasi semnificaţie ca la instrucţiunea A iar C= este Carr =lag" %nstrucţiunea adună conţinutul dest cu conţinutul sursei și cu bitul de transport C=" %ndicatorii afectaţi sunt aceeaşi de la instrucţiunea A" 8peraţia AC se folosește la adunări de operanzi pe mai multe cuinte operaţie !n care poate apărea transport de care trebuie sa se țină seama" 0xemplu. $ă se adune doua numere op1 op7 !n dubla precizie (pe 7 cuinte)" op1 dd 17?4D3N2h op7 dd .abcdefgh rez dd  """"""""""""""""""""""""""""""""""" mo a* word ptr op1 add a* word ptr op7 mo word ptr rez a* mo a* word ptr op17 adc a* word ptr op77& se considera eentualul transport mo word ptr rez7 a* c) Intruc!iunea %=4 (%ubtrat)

=orma generală# %=4 dest sursa & (dest) ← (dest) B (sursa) unde dest și sursa au aceeaşi semnificaţie ca la instrucţiunea A" %ndicatorii afectaţi sunt cei specificaţi

la A" d) Intruc!iunea %44 (%ubtrat ith 4orro)

=orma generală# %44 dest sursa & (det) ← (dest) B (sursa) B (C=) unde semnificația dest  sursa și C= sunt cele prezentate la AC" %nstrucţiunea $HH ia !n considerare

eentualul !mprumut" >*emplu# 8p1 dd 17?4D3N2h 8p7 dd .abcdefghS.h 9ez dd  """"""""""""" mo a* word ptr op1 sub a* word ptr op7 mo word ptr rez a* mo a* word ptr op1  7 sbb a* word ptr op7  7 & se considera eentualul !mprumut mo word ptr rez  7 a* e) Intruc!iunea INE (Increment)

=orma generală#

Arhitectura Calculatoarelor INE dest & (dest) ← (dest)  1 unde dest este un registru general un operand din memorie de tip octet sau cunt" operandul dest este incrementat cu unu" %ndicatorii afectaţi sunt A= += $= K= 8="

13

$emnificația fiind

>*emple# inc inc inc

alfa bl word ptr /b*0 /si0

f) Intruc!iunea $E (decrement)

=orma generală#

$E dest

& (dest) ← (dest) B 1 unde dest are aceeaşi semnificaţie ca dest de la %nstrucţiunea %,C" Aceeaşi indicatori ca la %,C sunt afectaţi" g) Intruc!iunea N- (Negate)

=orma generală# N- dest

# (dest) ← . B (dest) schimbare de semn unde dest este un operand pe 2 sau 13 biţi ce poate fi un registru general sau o locaţie de memorie" %nstrucţiunea afectează indicatorii A= C= += $= 8= și K=" >*emplu# alfa db ND """""""""""" mo al alfa neg al mo alfa al & la adresa alfa aem - ND sau neg alfa h) Intruc!iunea EMK (Eompare)

=orma generală#

EMK dest sursa

& (dest) B (sursa) %nstrucţiunea realizează o operaţie de scădere intre cei doi operanzi fără a modifica operandul dest sau sursa cu poziţionarea indicatorilor de condiţie" %ndicatorii afectaţi sunt# A= C= += $= K= și 8=" Aceasta instrucţiune se folosește !mpreuna cu instrucţiunea de salt condiţionat" >*emple# cmp a* alfa/b*0/si0 cmp /si0 . i) Intruc!iunea E49 (Eon#ert 4"te to 9ord)

Are ca efect e*tinderea bitului de semn (A6 N) din A6 la !ntreg registru A@ adică# daca bitul de semn A6N F . atunci (ah) ← ..h altfel (ah) ← .ffh" %nstrucţiunea nu are operanzi și nu afectează indicatorii de condiţie" 0xemplu. $e cere să se adune un număr !ntreg cu semn reprezentat pe octet cu un număr !ntreg cu semn pe cunt" a db -ND b dw -122 c dw  """"""""" mo al a cbw & conerteşte octetul la cunt add a* b mo c a* """"""""""


1N

J) Intruc!iunea E9$ (Eon#ert 9ord to $ouble 9ord)

Are ca efect e*tinderea bitului de semn din AG (AG 1D) la !ntreg registrul G obţinndu-se astfel AG pe ?7 de biţi adică# daca (AG1D) F . atunci (d*) ← ....h altfel (d*) ← .ffffh" %nstrucţiunea nu are operanzi și nu afectează indicatorii de condiţie" 0xemplu. $e cere diferenţa dintre un operand reprezentat pe 7 cuinte (8) și unul reprezentat pe cunt ($8) do dd 17?4D3N2h so dw .abcdh rez dd  """""""""""""""" mo a* so cwd a* & operandul so reprezentat !n G # AG mo b* a* & salează a* !n b* mo a* word ptr do sub a* b* mo word ptr rez a* mo a* word ptr do  7 sbb a* d* & ia !n considerare eentualul transport mo word ptr rez  7 &) Intruc!iunea M=, (Multipl")

=orma generală#

M=, sursa

unde sursa poate fi un registru sau o locaţie de memorie de 2 sau 13 biţi" 9ezultatul se obţine pe un număr dublu de biţi (13 sau ?7)" 8peraţia realizată este produsul intre acumulator și sursa cu depunerea rezultatului !n acumulatorul e*tins (a* pe octet sau d*#a* pe cunt)" Cei doi operanzi se consideră numere fără semn" acă sursa este pe octet aem# (AG) ← (A6) Y (sursa) iar dacă sursa este pe cunt aem# (G # AG) ← (AG )Y (sursa) Afectează indicatorii C= și 8= ceilalţi sunt nedefiniţi" >*emplu" a db 1.h b dw 1..h c dw  d dd  """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" mo al 7.h mul a & (a*)←(al)Ya mo c a*& depune rezultatul pe cunt mo a* 1.h mul b & (d*#a*) ←(a*)Yb mo word ptr d a*& depune rezultatul pe dublu cunt mo word ptr d7 d* """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" l) Intruc!iunea IM=, (Integer Multipl")

=orma generală# IM=, sursa


12

%nstrucţiunea este similara cu EU6 deosebirea constnd !n faptul ca cei doi operanzi se consideră numere cu semn" Afectează indicatorii C= și 8= restul sunt nedefiniţi" 0xemplu1

alfa db B S? beta dw 14? rez dd  """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" mo al alfa cbw & e*tensia de semn !n ah imul beta (d*#a*) ←(a*)Y(beta) mo word ptr rez a* mo word ptr rez7 d* m) Intructiunea $IF ($i#ide)

=orma generală# $IF sursa unde sursa este un registru sau o locaţie de memorie reprezentata pe octet sau cunt" %nstrucţiunea realizează !mpărțirea fără semn intre de!mpărţit și !mpărţitor" aca !mpărţitorul (sursa) este reprezentat pe octet atunci de!mpărţitul este AG și rezultatul este# ctul !n al iar restul !n ah adică# $IF sursa

& (al) ←(a*)J(sursa) & (ah) ←restul !mpărţirii (a*)J(sursa)

aca !mpărţitorul (sursa) este reprezentat pe cunt atunci de!mpărţitul este considerat !n G și AG ctul se obţine !n AG iar restul !n G adică $IF sursa & (a*) ←ctul !mpărţirii (d*#a*)J(sursa) & (d*) ←restul !mpărţirii (d*#a*)J(sursa) oţi indicatorii nu sunt definiţi" 8peraţia de !mpărţire poate conduce la depăsiri dacă ctul depășe ște aloarea ma*imă reprezentabilă pe 2 respecti pe 13 biţi sau daca !mpărţitorul este ." n) Intruc!iunea I$IF (Integer $i#ide)

=orma generală# I$IF sursa $emnificația instrucțiunii și a operandului sursa este aceeasi ca la %nstrucţiunea %< cu diferenţa că operanzii sunt consideraţi numere cu semn deci !mpărţirea se face cu semn" %ndicatorii sunt nedefiniţi" 8peraţia poate conduce la depăsiri" %&'& ritmetica BCD a) Intruc!iunea AAA (A%EII AdJut for Addition)

%nstrucţiunea nu are operanzi și e*ecuta corecţia acumulatorului AG după operaţii de adunare cu numere !n format HC despachetaţi" $emnificația este# daca (A6.#?) Z S sau (A=) F 1 atunci [ (A6) ← (A6)  3 (A@) ← (A@)1 (A=) ←1 (C=) ←1 (A6) ← (A6) A, .=@ \ %ndicatorii afectaţi # A= C= restul nedefiniţi" >*emplu# mo a* 4.2h mo d* 7.Sh add a* d* & (a*)F.311h


AAA

1S

&

(a*)F.N.Nh

b) Intruc!iunea AA%(A%EII AdJut for %ubtraction)

%nstrucţiunea nu are operanzi și e*ecută corecţia acumulatorului AG după operaţii de scădere cu numere !n format HC despachetaţi" $emnificația este# daca (A6.#?) Z S sau (A=) F 1 atunci [ (A6) ← (A6) - 3 (A@) ← (A@) - 1 (A=) ←1 (C=) ←1 (A6) ← (A6) A, .=@ \ %ndicatorii afectaţi # A= C= restul nedefiniţi" >*emplu# mo a* 4.2h mo d* 7.Sh sub a* d* & (a*)F.1ffh AA$ & (a*)F.1.Sh c) Intruc!iunea $A% ($ecimal AdJut for %ubtraction)

%nstrucţiunea nu are operanzi și e*ecuta corecţia zecimala a acumulatorului A6 după operaţii de scădere cu numere !n format HC !mpachetat" $emnificația este# daca (A6.#?) Z S sau (A=) F 1 atunci [ (A6) ← (A6) - 3 (A=) ← 1 \ daca acum (A64#N) Z S sau C= F 1 atunci [ (A6) ← (A6) - 3.@ (C=) ← 1 \ %ndicatorii afectaţi # A= C= += $= K=" %ndicatorul 8= este nedefinit" e e*emplu !n urma secenţei# E8< A6 D7@ $UH A6 74@ & A6 F 7>@ A$ & A6 F 72@ se obţine !n A6 rezultatul corect 72@" d) Intruc!iunea AAM (A%EII AdJunct for Multipl")

%nstrucţiunea nu are operanzi și efectuează o corecţie a acumulatorului AG după o !nmulţire pe 2 biţi cu operanzi !n format HC despachetaţi" $emnificația este următoarea# (A@) ← (A6) J 1. (A6) ← (A6) E8 1. %ndicatori afectaţi# += $= K= restul nedefinite" e e*emplu mo al N mo bl S mul bl & ..?fh AAE & .3.?h e) Intruc!iunea AA$ (A%EII AdJunct for $i#iion)

%nstrucţiunea nu are operanzi și efectuează o corecţie a acumulatorului AG !naintea unei !mpărţiri a doi operanzi !n format HC despachetaţi" $emnificația este următoarea#


7.

(A6) ← (A@) Y 1.  (A6) (A@) ← . %ndicatori afectaţi# += $= K= restul nedefinite" e e*emplu mo a* ?.Dh mo bl 7 AA & (a*)F7?h di bl & (al)F11h (ah)F1 %&'&* +,emple programe

>*emplul 1" Acest e*emplu prezintă ctea tehnici de adresare specifice procesoarelor din familia 2.23J22# %6> e*emplulM1 "E8>6 $EA66 "$ACL 1.h "AA alfa O ? U+() "C8> begin# mo a*PAA mo dsa* mo a*1N & Adresare imediata a operandului & sursa care este o constantă & zecimala mo a*1...1b & $ursa este o constantă binara mo a*11h & $ursa este o constantă he*a mo alfaa* & Adresare directa a operandului & destinaţie mo c*a* & %nterschimbă conţinuturile mo a*b* & registrelor ax și bx mo b*c* *chg a*b* & Acelasi efect cu secenţa & anterioara mo si7 mo alfa/si0a* & Adresare relatia cu registrul & și a operandului destinaţie mo si7 mo b*8==$> alfa& Adresare imediată a operandului & sursă (adresa ariabilei alfa) & datorită operatorului 8==$> lea b*alfa & Aceasta instrucţiune are acelasi & efect cu cea anterioară cu toate & că sursa este adresată direct mo c*/b*0/si0 & Adresare bazată inde*ată a sursei mo c*alfa7 & Această instrucţiune are acelasi & efect cu cea anterioară sursa & fiind !nsă adresată direct mo c*alfa/70 & ,otaţii echialente pentru mo c*/alfa70 & %nstrucţiunea anterioară mo di4 mo /b*0/di0DDh & $e a semnala eroare deoarece nu & s-a precizat tipul destinaţiei & care este o ariabila anonima mo H]> +9 /b*0/di0DDh& $e a folosi această


71

& ariantă cnd se doreşte o & adresare la niel de octet mo H]> +9 alfa4DDh& Această instrucţiune are & acelasi efect cu cea anterioară & destinaţia fiind !nsă adresată & direct" esi alfa este definit cu & O operaţia este realizata la & niel de octet mo si7 mo b*? mo alfa/b*0/si0??h& Adresare bazata inde*ata & relatia a operandului destinaţie mo alfa/b*si0??h& ,otaţii echialente pentru mo /alphab*si0??h& %nstrucţiunea anterioara mo /b*0/si0"alfa??h mo /b*0/si0alfa??h >, begin +entru e*emplificări s-a folosit %nstrucţiunea mov !n diferite ariante de adresare# registru la registru din memorie !n registru și din registru !n memorie" >*emplul 7" $e consideră un ector de trei componente fiecare componentă and dimensiunea de un cunt" $a se permute circular elementele ectorului cu o poziţie la stnga# %6> e*emplulM7 "E8>6 $EA66 "$ACL 1.h "AA ect O 1..h7..h?..h "C8> start# mo a*PAA& %niţializarea registrului mo dsa* & de segment ds mo d*ect & $alare !n dx a primei & componente a ectorului mo a*ect7& ransferă a doua mo ecta* & componentă !n prima mo a*ect4& ransferă a treia mo ect7a*& componentă !n a doua mo ect4d*& ransferă prima & componentă !n ultima >, start >*emplul ?" $a se !ncarce intr-o ariabila pointer aloarea propriei adrese sub forma de offset și segment" %6> e*emplulM? "E8>6 $EA66 "$ACL 1.h "AA arMptr   & irectia  are ca efect generarea sau & rezerarea unor entităţi pe ?7 de biţi "C8> begin# mo a*PAA mo dsa* mo a*8==$> arMptr mo O89 +9 arMptra* & 8peratorul 8==$> selectează componenta de & offset a adresei unei ariabile


77

mo a*$>: arMptr mo O89 +9 arMptr7 a* & 8peratorul $>: selectează componenta de & segment a adresei unei ariabile >, begin >*emplul 4" $a se efectueze operatia# dp2 344 dp54sp5/sp2 stiind ca sp5 si sp2 sint intregi cu semn reprezentati in simpla precizie pe un cuint si dp2 este un intreg cu semn in dubla precizie pe doua cuinte" %6> e*emplulMN "E8>6 $EA66 "$ACL 1.h "AA dp1  17?4D3N2h sp1 O 1N.h sp7 O 12.h dp7   "C8> begin# mo a*PAA mo dsa* mo siO89 +9 dp1 & +erechea (si#di) mo diO89 +9 dp17& este folosită ca & acumulator pe ?7 de biţi deoarece (a*#d*) & se folosește pentru conersii din simpla in & dubla precizie mo a*sp1 cwd & $e conerteşte conţinutul registrului & ax considerat ca un număr !ntreg fără & semn porţiunea cea mai & semnificatia depunndu-se !n registrul dx sub sia* sbb did* mo a*sp7 cwd add sia* adc did* mo O89 +9 dp7si mo O89 +9 dp77di >, begin >*emplu6 D" $a se elaboreze un program pentru implementarea operaţiei# z 34 4 --%4 x6578!2 unde x ! z  % sunt !ntregi cu semn reprezentaţi pe cte un cunt"

%6> e*emplulMS "E8>6 $EA66 "$ACL 1.h "AA w O 7.. * O 1..  O -1 z O  "C8> begin# mo a*PAA mo dsa* mo a*w & $e folosește ax ca & acumulator


sub mo idi cbw imul imul mo >,

7?

a** bl1. bl & !mpărțire !ntreagă  a* za* begin

>*emplul 3" $a se genereze 2 numere a cte 9 cifre zecimale reprezentate !n format HC !mpachetat (adică fiecare grup de doua cifre zecimale este memorat intr-un octet) și să se scrie o secenţa de program pentru calculul sumei și diferenţei lor" %6> e*emplulM11 "E8>6 $EA66 "$ACL 1.h "AA bcd1 H ?4h12h& 12?4 !n format HC & !mpachetat bcd7 H 2Sh7Nh& 7N2S !n format HC & !mpachetat sum H 7 U+() dif H 7 U+() begin# mo a*PAA mo dsa* mo albcd1 add albcd7 daa mo sumal mo albcd11 adc albcd71 daa mo sum1al mo albcd1 sub albcd7 das mo difal mo albcd11 sbb albcd71 das mo sum1al >, begin >*emplul N" $ă se scrie un program pentru !nmulţirea unui număr !ntreg poziti de doua cifre zecimale reprezentat !n format HC ne!mpachetat cu o cifra zecimala# %6> e*emplulM1D "E8>6 $EA66 "$ACL 1.h "AA dgt H .Sh & S !n format HC & ne!mpachetat num H .?h.7h& 7? !n format HC & ne!mpachetat rez H ? U+() "C8> begin# mo a*PAA mo dsa*


74

mo dldgt mo alnum mul dl & a* - ..1bh aam & a*- .7.Nh mo dhah mo rezal mo alnum1 mul dl & a* B ..17h aam & a* B .1.2h add aldh & a*- .1.Ah aaa & a* B .7..h mo rez1al mo rez7ah & .N...7 >, begin >*emplul 2" $ă se scrie un program de conersie a unui număr zecimal de doua cifre sub forma a doua caractere zecimale și sa se afişeze cele doua caractere pe ecran" +entru afişare se a utiliza funcţia 8$ cu codul 72h !n registrul dl aflndu-se codul A$C%% al caracterului care se rea afişat" 6a apelul unei funcţii 8$ !n registrul al se a transmite codul funcţiei" %6> e*emplulM13 "E8>6 $EA66 "$ACL 1.h "AA oct H 7D "C8> start# mo a*PAA mo dsa* mo aloct aam & a* B .7.Dh add ahV.V add alV.V mo d*a* *chg dldh mo ah7 & =uncţia 8$ cu codul .7h int 71h & se utilizează pentru mo dldh& afişarea unui caracter pe int 71h & ecran !n dl & transmiţndu-se codul A$C%% al & caracterului de afişat mo a*4C..h& %esire normala la int 71h & sistemul de operare >, start >*emplul S" Conersia unui !ntreg fără semn reprezentat pe 13 biţi la un sir de caractere (cifre) !n baza 1." Algoritmul de conersie daca n este numărul și sir este ariabila unde se depun cifrele numărului descris !n C este# adresa F sir& do[ rest F n^1.& n F nJ1.& Ysir F rest  _.`& \while (nF.)& Ysir F .& inerseaza (adrsir)& 9estul furnizează cifra curenta căreia i se adăuga codul A$C%% al cifrei ." =uncţia inersează ordinea caracterelor din şirul generat de algoritm"


7D

%mplementarea !n asamblare arata astfel# data segment n dw N3D4h sir db D dup ()VV data ends cod segment assume ds# data cs#cod start# mo a*data mo dsa* mo a*n conert# mo c*. mo b*1. diide# mo d*. di b* & ctul !n AG restul !n G (6) add d*V.V push d* inc c* cmp a*. 'nz diide reerse# pop a* mo sir/di0al add di1 dec c* cmp c*. 'nz reerse mo d* offset sir mo ahS int 71h& ?.7S7 mo a* 4c..h int 71h cod ends end start %&'&' #nstruc$iuni de salt și ciclare a)#nstruc$iunea de salt necondi$ionat -./

=orma generala #

-./ operand

unde operand este adresa de salt necondiţionat" >*ista următoarele tipuri de instrucţiuni E+# − de tip $@89 - cnd operandul specifica o adresa in domeniul -172 17N fa ță de (%+) actualizat − de tip ,>A9 - operandul specifica o adresa din acelaşi segment de cod& − de tip =A9 - operandul specifica o adresa din alt segment de cod" b)#nstruc$iuni de salt condi$ionat

Aceste instrucţiuni implementează salturile condiţionate de indicatorii de condiţie" =orma generala# -cond operand

unde# - cond este condiţia de salt și este reprezentată de una sau doua litere (ezi tabelul de mai 'os)& - operand este un offset cuprins intre -172 si 172" acă condiţia este !ndeplinită are loc saltul la adresa dată de operand dacă nu - se continuă !n secenţă"


73

$e obsera ca e*ista 7 categorii de instrucţiuni pentru _mai mic` si _mai mare` cele care conţin cuintele _aboe` sau _bellow` si cele care conţin cuintele _less` sau _greater`" +rimele se folosesc in situaţia comparării a doua alori fără semn iar ultimele in situaţia comparării a doua alori cu semn" =ie secenţele de program# mo a*.===>h mo b* 7 cmp a* b* 'a alfa și

mo a* .===>h mo b* 7 cmp a* b* 'g alfa !n care se compară pe cunt .===>h si 7" $e obsera ca (AG) Z (HG) daca cele doua alori se considera reprezentate fără semn si ca (AG)  (HG) daca cele doua alori se considera cu semn" (-7 este mai mic decat 7)" Ca atare in primul caz saltul la eticheta alfa are loc pe cand in cel de-al doilea caz nu are loc" =iecare mnemonică din tabel se referă la iniţialele cuintelor următoare ce indică condiţia !n limba engleză# Aboe (peste mai mare) Helow (sub mai mic) >Rual (egal) ,ot (nu) :reater (mai mare) 6ess (mai mic) Carr (transport) Kero 8erflow (depăşire de capacitate) +arit (+>en - paritate pară +8dd - paritate impară) $ign (semn)" %nstrucţiune (mnemonica) > K 6 ,:> 6>,: H ,A> C H> ,A + +> 8 $ ,> ,K ,6 :> ,6> : ,H A> ,C ,H> A ,+ +8 ,8 ,$

Condiţie de salt

%nterpretare

K= F 1 $= ≠ 8= $= ≠ 8= sau K= F 1 C= F 1 C= F 1 sau K= F 1 += F 1 8= F 1 $= F 1 K= F . $= F 8= $= F 8= si K= F . C= F . C= F . si K= F . += F . 8= F . $= F .

Kero >Rual 6ess ,ot :reater or >Rual 6ess or >Rual ,ot :reater Helow ,ot Aboe or >Rual Carr Helow or >Rual ,ot Aboe +arit +arit >en 8erflow $ign ,ot Kero ,ot >Rual ,ot 6ess :reater or >Rual ,ot 6ess or >Rual :reater ,ot Helow Aboe or >Rual ,ot Carr ,ot Helow or >Rual Aboe ,ot +arit +arit 8dd ,ot 8erflow ,ot $ign

( 0xemplu de citire1 :;0 < jump if not belo% or e=ual' salt -: d acă nu -; e mai mic - sau egal -0)" c) Intructiunea LE+ (L=MK if E+ i ero)

%nstructiunea realizeaza salt la etcheta specificata daca continutul registrului CG este zero" =orma generala# -C01 etic2eta unde eticheta este o eticheta aflata in domeniul -172 si 17N fata de (%+) d) Intructiunea ,::K

=orma generala# 3OO/ etic2eta

Are ca efect# c* ← c* -1 daca c* F . atunci


7N

(%+) ← (%+)  2 adica se decrementeaza CG si daca acesta este diferit de zero se sare la eticheta specificata in caz contrar se continua cu instructiunea urmatoare" 2 este un deplasament pe 2 biti si reprezinta diferenta intre offset-ul instructiunii urmatoare instructiunii 688+ si offset-ul etichetei" >*# $uma celor n octeti de la adresa sir" "data sir db N S 1D 7D -12 ?? 11 n eRu ( - sir)Jtpe sir suma db  "code begin# mo a* Pdata mo ds a* *or al al mo c* n *or si si repeta# add al sir/si0 inc si 688+ repeta mo suma al mo a* 4c..h int 71h end begin e) Intructiunea ,::KG,::K (,::K 9hile eroGual) =orma generala 3OO/1 etic2eta

sau

3OO/+ etic2eta

$emnificatia# c* ← c* - 1 daca c* F . si K= F 1 atunci (%+) ← (%+)  2 $e decrementeaza c* si daca acesta este diferit de zero si indicatorul K= este 1 (rezultatul ultimei operatii aritmetice a fost zero) se sare la eticheta specificata" f) Intructiunea ,::KNG,::KN (,oop 9hile Not eroGNot ual)

=orma generala# sau

3OO/41 etic2eta 3OO/4+ etic2eta

$emnificatia# c* ←c* - 1 daca c* ≠ . si K= F . atunci (%+) ← (%+)  2 >fectul este ca se cicleaza cat timp rezultatul ultimei operatii aritmetice este diferit de zero dar nu de mai multe ori cat este continutul initial a lui c*" %&'&5 #nstruc$iuni de deplasare (6738 638 6798 69) si de rotatie (9O38 9C38 9O98 9C9)&

Acest grup de instructiuni realizeaza operatii de deplasare si de rotatie la niel de bit" %nstructiunile au doi operanzi# primul este operandul propriu-zis iar al doilea este numarul de biti cu care se deplaseaza sau se roteste primul operand" Ambele operatii se pot face la dreapta sau la stinga" eplasarea inseamna translatarea tuturor bitilor din operand la stingaJdreapta cu completarea unei alori fi*e in dreaptaJstinga si cu pierderea bitilor din stingaJdreapta" eplasarea cu un bit la stinga este


72

echialenta cu inmultirea operandului cu 7 iar deplasarea la dreapta cu impartirea operandului la 7" 9otatie inseamna translatarea tuturor bitilor din operand la stingaJdreapta cu completarea in dreaptaJstinga cu bitii care se pierd in partea opusa" Ambele operatii se fac cu modificarea bistabilului C= care poate chiar participa la operatiile de rotatie" =orma generala a instructiunilor este# O/+9T#+ operand8 contor in care operand este un registru sau o locatie de memorie de 2 sau 13 biti iar contor (numarul de biti) este

fie constanta 1 fie registrul C6 care contine numarul de biti cu care se deplaseazaJroteste operandul" +rocesoarele mai aansate (2.723 si peste) accepta un numar oarecare de biti specificat si printr-o constanta intreaga" 6a operatiile de deplasare  se modifica toate flagurile conform rezultatului in afara de A= care este nedefinit" 6a operatiile de rotatie se modifica numai C= si 8=" 6a instructiunile de deplasare se considera deplasari logice si aritmetice care se pot utiliza dupa natura operanzilor" a) Intructiunea %,G%A, (%hift ,ogicGArithmetic ,eft)

Are forma generala# 673:63 operand8

contor

esi e*ista doua mnemonice ($@6 si $A6) in fapt este orba de o unica instructiune" Hitul cel mai semnificati al operandului trece in C= dupa care toti bitii se deplaseaza la stanga cu o pozitie" 8peratia se repeta de atitea ori de cat este aloarea lui contor (1 sau continutul registrului C6)" b) Intructiunea %R (%hift ,ogic Right)

Are forma generala# 679

operand8 contor

Hitul cel mai putin semnificati din operand trece in C= dupa care se deplaseaza toti bitii cu o pozitie la dreapta (impartire la 7)" =aptul ca operatia de impartire se e*ecuta fara semn inseamna ca se completeaza cu un bit . dinspre stinga" 8peratia se repeta de atitea ori cit este aloarea lui contor (1 sau continutul registrului C6)" c) Intructiunea %AR (%hift Arithmetic Right)

Are forma generala# 69

operand8

contor

Hitul de semn ramine nemodificat" Hitul cel mai putin semnificati din operand trece in C= dupa care se deplaseaza toti bitii cu o pozitie la dreapta " =aptul ca operatia de deplasare se e*ecuta cu semn inseamna ca se completeaza toti bitii eliberati cu bitul de semn" 8peratia se repeta de atitea ori cit este aloarea lui contor (1 sau continutul registrului C6)" d) Intructiunea R:, (Rotate ,eft)

Are forma generala# 9O3

operand8

contor

Hitul cel mai semnificati din operand trece atit in C= cat si in bitul cel mai putin semnificati din operand dupa ce toti bitii acestuia s-au deplasat la stanga cu o pozitie" 8peratia se repeta de atitea ori cit este aloarea lui contor (1 sau continutul registrului C6)"


7S

e) Intructiunea R:R (Rotate Right)

Are forma generala# 9O9

operand8

contor

Hitul cel mai putin semnificati din operand trece atit in C= cat si in bitul cel mai semnificati din operand dupa ce toti bitii acestuia s-au deplasat la dreapta cu o pozitie" 8peratia se repeta de atitea ori cit este aloarea lui contor (1 sau continutul registrului C6)" f) Intructiunea RE, (Rotate ,eft through Earr")

Are forma generala# 9C3

operand8

contor

Hitul cel mai semnificati din operand trece in C= se deplaseaza toti bitii din operand cu o pozitie la stinga iar C= initial trece in bitul cel mai putin semnificati din operand" 8peratia se repeta de atitea oricit este aloarea lui contor (1 sau continutul registrului C6)" f) Intructiunea RER (Rotate ight through Earr")

Are forma generala# 9C9

operand8

contor

Hitul cel mai putin semnificati din operand trece in C= se deplaseaza toti bitii din operand cu o pozitie la dreapta iar C= initial trece in bitul cel mai semnificati din operand" 8peratia se repeta de atitea ori cit este aloarea lui contor (1 sau continutul registrului C6)" %&'&; #nstuctiuni logice

%nstuctiunile logice realizeaza functiile logice de baza pe octet sau pe cuant" 8peratiile se fac la niel de bit" a) Intuctiunea N:/ (Not)

=orma generala #

4OT dest

in care dest poate fi un registru sau o locatie de memorie" %nstructiunea prooaca negarea tuturor bitilor operandului adica se face complementul fata de unu" b) Intuctiunea AN$ (And)

=orma generala # 4D dest8 sursa

in care dest poate fi un registru sau o locatie de memorie iar sursa un registru sau o locatie de memorie sau o constanta" %nstructiunea depune in dest si-logic la niel de bit intre dest si sursa" %ndicatori afectati# $= K= += C=F. 8=F. A= nedefinit" c) Intuctiunea :R (:r)

=orma generala #

O9 dest8 sursa

in care dest poate fi un registru sau o locatie de memorie iar sursa un registru sau o locatie de memorie sau o constanta" %nstructiunea depune in dest sau-logic la niel de bit intre dest si sursa" %ndicatori afectati# $= K= += C=F. 8=F. A= nedefinit" d) Intuctiunea +:R (clui#e :r)


?.

=orma generala # 0O9 dest8sursa

in care dest poate fi un registru sau o locatie de memorie iar sursa un registru sau o locatie de memorie sau o constanta" %nstructiunea depune in dest *or-logic la niel de bit intre dest si sursa" %ndicatori afectati# $= K= += C=F. 8=F. A= nedefinit" e) Intuctiunea /%/ (/et)

=orma generala # /%/ detura

in care dest poate fi un registru sau o locatie de memorie iar sursa un registru sau o locatie de memorie sau o constanta" %nstructiunea realizeaza and-logic la niel de bit intre dest si sursa cu pozitionarea indicatorilor" %ndicatori afectati# $= K= += C=F. 8=F. A= nedefinit" +,emple programe

[Cautare secentiala\ $a se scrie un program pentru cautarea primului blanc din sirul incepind de la adresa ir" 6a iesirea din program a a contine aloarea . daca sirul nu contine blancuri altfel a contine aloarea pozitiei din sir a primului blanc gasit" $e presupune ca sirul ir are l caractere" %6> e*emplulM1 "E8>6 $EA66 "$ACL 1.h "AA sir H VAcesta este un sirV l >TU -sir "C8> begin# mo a*PAA mo dsa* mo c*l mo si-1 mo alV V urm# inc si cmp alsir/si0 loopne urm 'ne nuMgasit mo a*l sub a*c* 'mp iesire nuMgasit# mo a*. iesire# nop >, begin %&'&< #nstruc$iuni pentru controlul procesorului

$unt instrucţiuni care controlează anumite funcţii ale procesorului ce acţionează fie prin intermediul unor indicatori de control (sau registre de control) fie prin introducerea unor stări sau semnale necesare pentru sincronizarea cu eenimentele e*terne" >*emple# CEC &complementarea alorii indicatorului C= C6C &poziţionarea pe . a indicatorului C= $C &poziţionarea pe . a indicatorului C= ,8+ &,ici o operaţie dar consumă ? perioade de ceas" C6 &poziţionarea pe . a indicatorului = $ &poziţionarea pe 1 a indicatorului = C6% &poziţionarea pe . a indicatorului %= dezactiare !ntreruperi mascabile $% &poziţionarea pe 1 a indicatorului %= @6 &8prire microprocesor pnă la 9>$> ,E% sau %, (dacă sunt actiate) OA% &aşteptare pnă cnd ine semnalul e*terior testF.


?1

>$C &operaţie destinată coprocesorului 68CL &prefi* care actiează semnalul e*tern JlocI astfel că microprocesorul anunţă &că nu a răspunde la o cerere de cedare a controlului magistralelor" %&'&= #nstruc$iuni pentru lucrul cu >iruri

;n afară de tipurile de bază amintite mai sus e*istă şi posibilitatea efectuării unor operaţii de transfer sau operaţii aritmetice şi logice cu şiruri de date (cu informaţii aflate !n zone continue de memorie)" 8peraţiile pe şiruri pot fi efectuate indiidual pentru fiecare cunt din şir sau automat - cu repetare numărul de repetări al instrucţiunii fiind dictat de conţinutul unui registru contor" 8peraţiile tipic efectuate sunt# − transferul unui şir din zonă sursa !n zonă destinaţie − comparare !ntre două şiruri − căutarea unei alori !ntr-un şir − !ncărcarea acumulatorului cu elementele unui şir" − citirea unui şir de la un port de intrare − scrierea unui şir la un port de ieşire >*emple # E8<$H(O) &transfer pe 2 (13) biţi /$#$%0/>$#%0 &$%$%1& %%1 (decrementare pentru =F1) CE+$H(O) &comparare pe 2(13) biţi /$#$%0 cu />$#%0 &$%$%1& %%1 (decrementare pentru =F1) $CA$H(O) &comparare pe 2(13) biţi intre A6(AG) şi />$#%0 &%%1 (decrementare pentru =F1) 68$H(O) &se !ncarcă A6(AG) de la /$#$%0 &$%$%1 (decrementare pentru =F1) $8$H(O) &se stochează A6(AG) la />$#%0 &%%1 (decrementare pentru =F1) 9>+ &prefi* de repetare" Contorul este CG"

AA $>:E>, sir1 H 1.. U+(N) sir7 H 1.. U+() AA >,$ C8> $>:E>, A$$UE> cs#C8>ds#AAes#AA start# mo a*AA mo dsa* mo esa* mo si8==$> sir1 mo di8==$> sir7 mo c*6>,:@ sir1 cld muta# mos sir1sir7 loop muta C8> >,$ >, start

Utilizind prefi*ul rep bucla# muta# mos sir1sir7 loop muta din e*emplu se poate rescrie astfel# rep mos sir1sir7 %&'&!" +c2ivalari

>chialarile reprezinta niste alori constante de tip constanta numerica sau sir de caractere atribuite unor nume simbolice simbolurile putind fi inlocuite in locul alorilor respectie"


?7

a) >chialarile numerice sint folosite pentru a atribui o constanta numerica unui simbol" Acestea pot fi# - redefinibile# aloarea unui simbol poate fi redefinita in orice moment in timpul asamblarii& $inta*a unei echialari numerice redefinite este# nume F epreie unde# epreie poate fi un intreg o e*presie constanta o constanta de tip sir de caractere sau doua constante sau o e*presie ealuata la o adresa" nume este un nume de simbol unic sau un nume de simbol definit anterior cu F" - neredefinibile# aloarea simbolului nu poate fi redefinita in timpul asamblarii" $inta*a unei echialari numerice neredefinibile este# nume >TU epreie parametrii aind semnificatiile# nume este un nume de simbol unic& $imbolurile definite prin echialari numerice pot fi folosite in constructii ulterioare ca operanzi imediati" Acestor simboluri nu li se aloca memorie" 8peratorii admisi in cazul folosiri e*presiilor constante sunt# 1"operatori aritmetici#  si - unari  si - binari Y si J(impartire intreaga) mod(rest)" 8peraorii binari  si - se pot folosi si cind un operad este o constanta si celalalt o adresa rezultatul fiind o adresa" 8peratorul binar se poate folosi si cind ambii operanzi sint adrese cu restrictia de a fi plasati in acelasi segment rezultatul fiind o constanta" 7"operatori de deplasare# $@9 si $@6 realizeaza deplasarea logica dreapta stinga" $inta*a este e*presie $@9J$@6 cant unde cant reprezinta numarul de biti deplasati" ?"operatori logici la niel de biti# Acestia sint# ,8 A, 89 G89" 4"]+> intoarce un numar ce reprezinta tipul unei e*presii& D"$%K> intoarce numarul total de octeti alocati pentru un tablou sau (ariabila definita cu U+)& 3"@%:@ 68O selecteaza octetii cel mai semnificati respecti cel mai putin semnificati ai unei e*presii& >*emplificare echialari # AA $>:E>, O89 VAAV intgr F 14Y? &F47 intgr F intgrJ4 &1. intgr F intgr mod 4 &7 intgr F intgr4 &3 intgr F intgr-? &? 89: 1..h a H  &aduna 1..h b H  &aduna 1.1h mem1 >TU aD &mem1F1.Dh mem7 >TU a-D &mem7F.=Hh const >TU b-a &constF1 al F .111.111b depls F al $@6 ? &F.111.111...b depld F al $@9 ? &F.1111b offMa >TU 8==$> a highMoffMa >TU @%:@ offMa segMb >TU $>: b


??

ect O 3. U+() sMect >TU $%K> ect &3. Y 7 F 17. lMect >TU 6>,:@ ect &3. tMect >TU ]+> ect &7 erif >TU tMectYlMect &F7Y3. AA >,$ >, %n general echialarile sint pastrate in fisiere separate de includere fiind incluse intr-un program prin intermediul directiei %,C6U>" %&5 6ubprograme și macroinstruț iuni

;n general definirea unui subprogram se face cu directia >?@* !n maniera următoare# nume >?@* [ ;0A?  =A9\ corp ?0& [constanta\ nume 0;D> atributul ;0A? şi A? lipsesc

acă !n cazul utilizării definiţiilor complete se consideră implicit ;0A? iar !n cazul definiţiilor simplificate se folosesc alorile implicite !n funcţie de modelul de memorie utilizat" ehnicile de transfer a parametrilor combină diersele modalităţi de alegere a tipurilor de locaţii fizice pentru păstrarea parametrilor transmişi# registre locaţii de memorie fi*ate codul apelant stia procesorului tehnica blocurilor (tabelelor) de parametri cu ceea ce se transmite efecti referitor la un anumit parametru# adresa sau aloarea acestuia" #nstructiunea C33 (apel de procedura)

+oate aparea sub una din formele#

*ALL numeBproc *ALL ;0A? >&? numeBproc *ALL A? >&? numeBproc

ipul apelului poate fi dedus din tipul procedurii (primul caz) sau specificat e*plicit prin ,>A9 si =A9" ipul apelului trebuie sa coincida cu tipul procedurii si cu tipul instructiunii 9>U9, din interiorul procedurii" #nstructiunea 9+T (9+T?94 )

=orma generală#

?0& Cn

unde n este o constanta intreaga optionala" aca instructiunea 9> este de tip ,>A9 semnificatia sa este# (%+) ← $$# (($+)  1#($+)) ($+) ← ($+)  7 /($+) ← ($+)  n0 adica se reface (%+) prin copierea continutului arfului stiei si incrementarea cu 7 a lui ($+)" aca in instructiunea 9> apare si constanta n atunci aceasta constanta se aduna la ($+) adica se descarca stia" >*emplu# AA $>:E>, a  DDDDDh b  NNNNNh s   AA >,$ C8 $>:E>, """ & incarca primul numar in G#AG mo a*O89 +9 a/.0


?4

mo d*O89 +9 a/70 & incarca al doilea number in %#$% mo siO89 +9 b/.0 mo diO89 +9 b/70 & incarca adresa rezultatului in HG mo b*8==$> s & apeleaza procedura call proMad """ & codul procedurii proMad +98C ,>A9 add a*si adc d*di mo /b*0a* mo /b*70d* ret proMad >,+ """ C8 >,$ : macroinrtuctiune reprezinta o secenta de cod sursa careia i se atribuie un nume simbolic continutul

acastei secente putind fi repetat ori de cite ori in cadrul unui program prin simpla referire la numele simbolic respecti" Utilizarea unei macroinstructiuni necesita parcurgerea a doi pasi# 1"efinirea macroinstructiunii care se marcheaza printr-o macrodefinitie" Aceasta cuprinde o secenta de cod intre directiele EAC98 si >,E" $inta*a este# nume EAC98 [parametrii \ cod

>,E unde# − −

nume reprezinta numele simbolic dat macroinstructiunii & parametrii reprezita parametrii formali optionali ai macroinstructiunii separati prin irgula blancuri

sau AH-uri" 6a apelul macroinstructiunii acesti parametri formali sint inlocuiti te*tual cu parametrii actuali" 7"Apelul macroinstructiunii care se realizeaza printr-un macroapel cu sinta*a# nume [argumente\ unde# nume reprezinta numele simbolic al macroinstructiunii apelate& − − argumente reprezinta lista parametrilor actuali separati prin irgula blancuri sau AH-uri" Apelul macroinstructiunii are ca efect includerea te*tuala a codului din definitia macroinstructiunii in corpul programului" >*emplu # Adunarea a ? cuinte cu depunerea rezultatului in a*"

%6> e*emplu addup EAC98 ad1ad7ad? mo a*ad1 add a*ad7 add a*ad? >,E a O 1 b O 7 c O ?


?D

d O  begin#mo a*PAA mo dsa* addup abc mo d*a* addup d*d*d* mo da* addup dd*c >, begin +entru definirea unor simboluri in cadrul unei macroinstructiuni care la fiecare apel al macroinstructiunii respectie or fi inlocuite cu nume unice de simboluri gesionate de asamblor se utilizeaza directia 68CA6 cu sinta*a# ,:EA, nume [nume\ """ irectia 68CA6 daca este prezenta intr-o macrodefinitie trebuie sa urmeze imediat directiei EAC98" >*emplu# 9idicarea unui numar la o putere" power EAC98 factore*ponent 68CA6 againgotzero *or d*d* mo a*e*ponent mo a*1 again# 'c*z gotzero mul b* loop again gotzero# >,E


?3

. %tructura calculatoarelor &! Componentele func$ionale și clasificarea

,oţiunea de la care pornim este aceea de calculator& acesta este un sistem programabil de prelucrare a informaţiei care are două componente esenţiale inseparabile şi definitorii# hard%are şi soft%are. A. in punct de edere hard%are' calculatorul are trei componente funcţionale legate !ntr-un mod specific (=igura ?"1)" Hlocurile funcţionale sunt# 1" Enitatea centrală de prelucrare (UC+) are două funcţii esenţiale# − prelucrarea datelor& − controlul actiităţii !ntregului calculator" 8 unitate centrală de prelucrarea informaţiei and funcţiile enunţate mai sus care coordonează un sistem structurat funcţional ca !n =igura ?"1 şi care fizic se prezintă sub forma unui singur cip (circuit integrat) se numeşte microprocesor " Această accepţiune standard a noţiunii a fi folosită !n continuare pentru detalierea conceptelor care stau la baza funcţionării !ntregului calculator" 7" F0F@?GA este din punctul de edere al sistemului pe care !l definim o secenţă de locaţii pentru stocarea informaţiei" =iecare locaţie este definită prin două entităţi informaţionale# *onţinutul' reprezentat de o !nşiruie de cifre binare . sau 1 (biţi)& se a obsera că nu am − folosit noţiunea de număr binar pentru că informaţia stocată !ntr-o locaţie de memorie poate aea dierse semnificaţii" ,umărul de cifre binare conţinute !ntr-o locaţie depinde de modul !n care microprocesorul organizează informaţia !n memorie& mărimea unei locaţii a fi denumită formatul memoriei' e*primat !n număr de biţi (de regulă 2 sau 13 biţi)" =ormatul memoriei nu are nici-o legătură cu organizarea fizica a cipurilor de memorie &

E>E89] Eagistrala date

C+U

Eagistrala adrese

Egistrala control

%J8 =igura ?"1 −

reprezentnd numărul de ordine al locaţiei care permite identificarea sa !n cadrul secenţei de locaţii (e*istă o corespondenţă biuniocă !ntre fiecare locaţie de memorie şi adresa

Adresă'


?N

sa)" − ;n priinţa memoriei unui calculator om folosi ctea noţiuni# − H+arta memorieiH' definită ca fiind totalitatea locaţiilor de memorie pe care le poate adresa un microprocesor" − H>aginiH şiJsau HsegmenteH sunt subdiiziuni logice ale hărţii memoriei ale căror dimensiuni fi*e sau dinamice sunt specifice modului !n care un microprocesor anume organizează memoria" $ubliniem din nou că aceste moduri de organizare nu au nici-o legătură cu structura fizică a memoriei unui calculator" ?" Dispozitivele de intrare6 ieș ire (%J8  sunt constituite din circuitele prin care se realizează legătura !ntre calculator şi lumea e*terioară" 8 unitate elementară de conersaţie cu e*teriorul poartă numele de Hport de intrare6ieşireH. ;ntre porturi şi locaţiile din memorie e*istă nişte similitudini# − +orturile sunt !n esenţă tot locaţii de memorare a informaţiei adresabile& desigur informaţia care se foloseşte uzual aici este alcătuită din operanziJrezultate (date)" − >*istă o Hhartă a porturilorH care aşa cum om arăta !n capitolele următoare poate sau nu să facă parte din harta memoriei" $ingura deosebire esenţială faţă de locaţiile de memorie este legătura fizică pe care porturile o asigură cu e*teriorul( pentru microprocesor de multe ori această legătură fizică este transparentă şi nesemnificatiă" ;n sfrşit componenţa hardware a calculatorului comportă un set de legături specifice& acestea se realizează printr-o aşa numită magistrală# un set de cone*iuni fizice !ntre blocuri prin care informaţia care circulă are o semnificaţie prestabilită" $istemele la care ne referim au o magistrală unică ce le caracterizează& din punct de edere funcţional e*istă trei componente ale acestei magistrale indiidualizate şi !n =igura ?"1# 1" Fagistrala de date' bidirecţională permite circulaţia datelor (operanziJrezultate) a instrucţiunilor şi chiar a adreselor" 7" Fagistrala de adrese' unidirecţională permite microprocesorului să localizeze informaţia !n Eemorie sau !n ispozitiele de intrareJieşire& deci pe această magistrală circulă numai adrese" ?" Fagistrala de control permite circulaţia bidirecţională a semnalelor de comandă şi control de laJla microprocesor !n calitatea sa de Unitate centrală" 4. in punct de edere oftare 8 a doua componentă definitorie a calculatorului definirea rezultă practic din considerentele anterioare# o serie de programe organizate !n moduri specifice" +rezentarea acestor noţiuni şi definirea lor ne permit ctea concluzii care să facă o primă delimitare asupra conceptului de microprocesor aşa cum este el !nţeles !n olumul de faţă# − Eicroprocesorul constituie Unitatea centrală de prelucrare a unui sistem and schema bloc funcţională din =igura ?"1" %mportant este că el concentrează şi funcţia de prelucrare şi pe cea de comandă" − oate celelalte componente ale sistemului nu au putere de decizie" Eemoria de pildă nu controlează şi nici nu e necesar să controleze semnificaţia informaţiei pe care o deţine şi modul !n care este organizată logic . − 6egătura dintre blocuri este asigurată de o magistrală unică cu trei componente funcţionale& pe magistrala de date circulă toate tipurile de informaţii" − =uncţionarea sistemului se face pe baza unor programe alcătuite din secenţe de instrucţiuni" Acestea sunt citite din memorie de către microprocesor recunoscute şi apoi e*ecutate" Calculatoarele deseori se caracterizează prin # a)

?2 1.

?

1LiloHte F 7 Hte j 1. Hte − 1EegaHte F 77. Hte j 1.3 Hte − 1:igaHte F 7?. Hte j 1.S Hte − 1erraHte F 74. Hte j 1.17Hte Clasificarea calculatoarelor conform caracteristicilor menționate este neactuală" +rezentăm ctea clasificări moderne" −

%ndustria modernă produce o mare arietate de calculatoare" in această arietate om clasifica orientati calculatoarele ( >" anenbaum 8rganizarea structurată a calculatoarelor)# − circuitul integrat sau calculatoare one-off domeniul de utilizare B de e*" felicitările (cărț i poștale)& − calculatoare integrate (microcontrolere) - ceasuri maşini diferite dispozitie& − console de 'ocuri B 'ocuri la domiciliu& − calculatoare personale +C B ariantele desItop și laptop-uri& − serere - serere de rețea & − grupe (clastere) de staţii de lucru (C8O- Cluster 8f OorIstations) B multicalculatoare conectate !n rețele& − Eainframe - prelucrarea a bazelor de date !ntr-o bancă" Circuite integrate >le mai sunt numite calculatoare one-off" Aceste circuite pot fi lipite pe cărți poștale și interpretează melodii cu tematica specifică anumitor sărbători J aniersari de tipul k@app Hirthda" +robabil cea mai semnificatiă realizare !n acest domeniu a fost apariția circuitelor 9=% (9adio =reRuenc %dentification  ehnologia identificării prin radiofrecenţă)" Această tehnologie presupune stocarea informaţiilor nu prin codurile de bare ci prin intermediul unor cipuri electronice integrate de e*" !n etichete ecusoane ambala'e de marfă corpurile animalelor etc" Aceste informaţii ce reprezintă un cod unic din 172 biți pot fi citite de la distanţă de cţia metri prin unde radio" imensiunea acestor circuite este mai mică de .Dmm costul fiind de cția cen ți" Circuitele nu utilizează surse de alimentare și pot stoca informația mult timp" %nformația detaliată o puteți găsi pe site-ul www"rfid"org" Eicrocontrolere 6a modul general un microcontroler este actualmente o structură electronică destinată controlului (destul de eident) unui proces sau mai general unei interacțiuni caracteristice cu mediul e*terior fără să fie necesară interenția operatorului uman" >l reprezintă un microcircuit care incorporează o unitate centrală (C+U) și o memorie !mpreună cu resurse care-i permit interacțiunea cu mediul e*terior" oate aplicațiile !n care se utilizează microcontrolere fac parte din categoria a șa ziselor sisteme !ncapsulateintegrate (Wembedded sstemsX) la care e*istența unui sistem de calcul incorporat este (aproape) transparentă pentru utilizator" +rintre multele domenii unde utilizarea lor este practic un standard industrial se pot menționa# !n industria de automobile (controlul aprinderiiJmotorului climatizare diagnoză sisteme de alarmă etc") !n a șa zisa electronică de consum (sisteme audio teleizoare camere ideo și ideocasetofoane telefonie mobilă :+$-uri etc") !n aparatura electrocasnică (mașini de spălat frigidere cuptoare cu microunde aspiratoare) !n controlul mediului și climatizare (sere locuințe hale industriale) !n industria aerospațială !n mi'loacele moderne de măsurare (aparate de măsurare senzori și traductoare inteligente) la realizarea de periferice pentru calculatoare !n medicină" Ca un e*emplu din industria de automobile unde numai la nielul anului 1SSS un HEO seria N utiliza 3D de microcontrolere iar un Eercedes din clasa $ utiliza 3? de microcontrolere& iar un aion peste 7.." +ractic este foarte greu de găsit un domeniu de aplica ții !n care să nu se utilizeze microcontrolerele" Console de 'ocuri" 8 consolă de 'ocuri este un sistem dedicat 'ocurilor ideo ce reprezintă de fapt un calculator interacti pentru distracții" eseori constă din 7 unități# un controller - cu a'utorul căruia utilizatorul poate introduce date sau interacționa cu obiectele de pe ecran și un bloc ce conține un procesor 9AE și un coprocesor pentru audio-ideo incorporate intr-o carcasă la care se conectează


?S

teleizorul și controlerul" +rezentăm caracteristicile principale ale $on +la$tation4" ,oua consolă a aea un procesor AE aguar cu 2 nuclee și un :+U AE 9adeon de 124 teraflopi alături de memorie 9AE :9D de 2:H și spatiu de stocare @ pnă 34. :H" $pecificațiile +$4 includ și Hlu-ra dries cu un olum de 7D. :H alături de conectiitate U$H ?". Hluetooth 4". @E% Oi-=i și >thernet" Calculatoare personale Calculatoare personale (+C) se diizează !n 7 grupe# ariantele desItop și portabile (laptop notebooI palmtop (+A)" ;n structura lor de regulă intră# microprocesoare module de memorie de gigabtes hard discuri de terabtes C-98EJ< dries modemuri plăci ideo audio de rețea monitoare ș"a" sisteme de operare comple*e instalate" $erere Un serer este o un calculator care operează continuu !n rețeaua sa și a șteaptă solicitări din partea altor calculatoare din rețea pentru a asigura accesul la toată paleta de forme de conectare și sericii" Eulte componente de hardware sunt identice cu cele ce le găsim !ntr-un calculator personal" otu și sererele rulează sisteme de operare și programe specializate care sunt diferite fa ță de cele folosite pe calculatoare personale" $ererele deseresc resurse hardware care sunt parta'ate și pot uneori fi comandate de către calculatoarele-client cum ar fi imprimante (atunci sererul se numește print server ) sau sisteme de fișiere (atunci el se numește file server )" Această parta'are permite un acces și o securitate mai bune" Cu toate că sererele pot fi construite din comoditate din componente obi șnuite de calculatoare este necesar ca pentru operații rapide și de mare amploare sererele să folosească configura ții hardware optimizate pentru aceste cerințe" Cu toate că sererele oferă mult spa țiu pe disc pentru mărirea siguran ței !n funcționare sunt folosite hard-discuri de capacitate redusă numeroase interconectate !n mod special" =olosirea mai multor microprocesoare duce la o mai mare fiabilitate !n comparație cu un singur microprocesor" e asemenea se folosesc Eninterruptible >o%er Iupplies (U+$-uri) pentru a fi siguri de continuitatea de alimentare cu energie electrică astfel ca penele din re țeaua publică de curent să nu prooace stricăciuni ireparabile" iferența ma'oră !ntre computerele personale și serere nu este partea hardware ci partea de software" +e serere rulează sisteme de operare care sunt special proiectate pentru acestea" e asemenea ele rulează aplicații special proiectate pentru procesele dorite" ;n lumea sererelor cele mai populare sistem de operare sunt =reeH$ $un $olaris și :,UJ6inu* B care deriă și sunt asemănătoare cu sistemul de operare U,%G" U,%G a fost o alegere logică și eficientă ca sistem de operare pentru serere" :rupe (clastere) de staţii de lucru (C8O- Cluster 8f OorIstations) Clasterele constau din zeci sute mii de +C-uri sau statii de lucru conectate in retea prin placi de retea de larg consum" $istemele C8O sunt gestionate de soft specializat ce permite să direcționeze resursele lor pentru a rezola diferite probleme inginerești și științifice" acă frecența accesărilor la paginile web-site-ului se estimează la mii zeci de mii pe secundă este conenabil ca sererele să fie organizate !n clastere de sta ții de lucru" Calculatoarele Eainframe Calculatoarele mainframe sunt calculatoare ce pot e*ploata olume imense de date şi pot suporta lucrul a mii de utilizatori simultan" Un calculator mainframe se distinge mai ales prin capacitatea de stocare şi memoria internă" >l poate rula ani !ntregi fără !ntrerupere Unele calculatoare pot rula mai multe sisteme de operare simultan opernd astfel ca o mulţime de Wmaşini irtualeX" +reţul unui astfel de calculator este de ordinul sutelor de mii de dolari" >ste solicitat de companiile care ehiculează şi prelucrează un olum foarte mare de informaţie" +rincipala diferenţă !ntre supercalculatoare şi mainframe este că primele se folosesc pentru operaţii ce necesită calcule intense !n timp ce mainframe efectuează operaţii de comple*itate redusă asupra unor olume mari de date" $upercalculatorul posedă resurse hardware şi software deosebite" $e utilizează !n industria de apărare !n cercetarea ştiinţifică !n ctea uniersităţi !n industria aeronautică şi spaţială" epartamentul >nergiei $UA deţine un supercomputer din lume &he ?oadrunner " Acesta are o putere de calcul de 1 petaflop (1... trilioane operaţii pe secundă)" 8cupă o suprafaţă de 11.. m7 şi a fost construit din N.. de procesoare AE 8pteron" ;n anul 7.1? compania Cra a realiza pentru epartamentul >nergiei al $UA un supercomputer cu o putere de calcul de 7. peta operaţii de secundă (7. petaflops) numit itan" Astfel !n scurt timp (anul


7.

4.

7.7D) se a realiza un supercomputer cu o putere de calcul de 1. e*aflops (1. flops) care a fi capabil să simuleze actiitatea creierului uman" ;n studiul arhitecturilor de calcul este foarte utilă e*istenţa unei metode de comparare a diferitelor arhitecturi fără a fi necesară compararea specificaţiilor detaliate ale fiecărei arhitecturi" Astfel că arhitecturile de calcul sunt clasificate pe baza unui set mai restrns de caracteristici" Elaificarea lui Hl"nn

Cea mai cunoscută clasificare a arhitecturilor de calcul este cea propusă de =lnn (profesor la $tanford Uniersit) !n 1S33" Această clasificare nu e*aminează structura e*plicită a sistemelor ci urmăreşte flu*ul de date şi de instrucţiuni prin acestea" +rin flu* de instrucţiuni se !nţelege secenţa de instrucţiuni e*ecutată de o maşină sau unitate de e*ecuţie& iar prin flu* de date se !nţelege secenţa de date apelate de flu*ul de instrucţiuni" upă =lnn arhitecturile de calcul se !mpart !n următoarele patru categorii# − cu un flu* de instrucţiuni şi un flu* de date ($%$)& − cu un flu* de instrucţiuni şi mai multe flu*uri de date ($%E)& − cu mai multe flu*uri de instrucţiuni şi un flu* de date (E%$)& − cu mai multe flu*uri de instrucţiuni şi mai multe flu*uri de date (E%E)" %I%$ ($ingle %nstruction $ingle ata)#

in această categorie fac parte calculatoarele conenţionale care e*ecută un singur flu* de instrucţiuni asupra unui singur flu* de date" Aceste siteme de calcul se mai numesc şi calculatoare on ,eumann"

=igura ?"7 Arhitectura on ,eumann %nstrucţiunile sunt e*ecutate secenţial !nsă pot e*ista suprapuneri !ntre acestea dacă este implementat conceptul de bandă de asamblare (pipeline) B ma'oritatea sistemelor $%$ actuale utilizează conceptul de bandă de asamblare" Calculatoarele $%$ pot aea mai multe unităţi funcţionale (e*# coprocesor matematic procesor grafic procesor de intrareJieşire etc") !nsă acestea sunt ăzute ca o singură unitate de e*ecuţie"

=igura ?"? Arhitectura $%$ UC B unitate de comandă& U> B unitate de e*ecuţie element de procesare procesor& EE B modul de memorie& $% B flu* (şir) de instrucţiuni& $ B flu* (şir) de date" >*emple de calculatoare $%$# CC 33.. CC N3.. Amdhal 4N.J3 Cra-1" %IM$ ($ingle %nstruction Eultiple ata)

Această categorie de arhitecturi cuprinde sistemele de calcul compuse din mai multe unităţi de e*ecuţie identice aflate sub comanda unei singure unităţi de control" Unitatea de control transmite acelaşi flu* de instrucţiuni simultan tuturor unităţilor de e*ecuţie" oate unităţile de e*ecuţie e*ecută simultan aceeaşi instrucţiune asupra datelor din memoria proprie (e*istă sisteme ce au şi o memorie parta'ată pentru comunicaţii)" Unitatea de control trebuie să permită tuturor elementelor de procesare să-şi termine instrucţiunea curentă !nainte de iniţierea unei noi instrucţiuni astfel că e*ecuţia instrucţiunilor trebuie


41

sincronizată !ntre toate unităţile de e*ecuţie" Ca şi ordin de mărime numărul procesoarelor implicate !ntr-o structură $%E este de ctea mii" Aplicabilitate# calculatoarele $%E sunt folosite !n cazul aplicaţiilor paralele ce necesită un control fin asupra datelor" >*emplu# reţele neuronale" >*emple de implementări $%E# %66%AC-%< +>+> H$+ $A9A, E++ A+ Connection Eachine CE-1 CE-7 (de la hinIing Eachines Corporation) Eass+ar E+-1 E+-7"

=igura ?"4 Arhitectura $%E opologia reţelei de interconectare nu apare !n clasificarea lui =lnn" MI%$ (Eultiple %nstruction $ingle ata) Arhitecturile E%$ au mai multe elemente de procesare fiecare e*ecutnd un set diferit de instrucţiuni asupra unui singur flu* de date" Acest lucru este realizabil !n două moduri# − acelaşi element din flu*ul de date este prelucrat de toate procesoarele fiecare e*ecutnd propriile operaţii asupra respectiei date& − un element din flu*ul de date este prelucrat de primul procesor rezultatul obţinut este pasat mai departe celui de-al doilea procesor ş"a"m"d" formndu-se astfel o macro-bandă de asamblare" $ingurul e*emplu de implementare pentru acest tip de arhitecturi este C"mmp (calculator multimicroprocesor) construit la Carnegie-Eellon Uniersit" Acest calculator este reconfigurabil şi poate opera !n modurile $%E E%$ şi E%E"

=igura ?"D Arhitectura E%$ MIM$ (Eultiple %nstruction Eultiple ata)

Ea'oritatea sistemelor multiprocesor se pot !ncadra !n această categorie" Un sistem de calcul E%E are mai multe elemente de procesare interconectate fiecare and propria unitate de control" +rocesoarele lucrează fiecare asupra propriilor date e*ecutnd asupra lor propriile instrucţiuni" $istemele E%E pot aea şi memorie parta'ată" 8peraţiile e*ecutate de fiecare procesor sunt independente intre ele deci


47

modul lor de operare este asincron" Acest tip de arhitecturi sunt aplicabile !n cazul aplicaţiilor paralele (calcul paralel)" >*emple de implementare# C"mmp Hurroughs 27D Cra-7 $1 Cra G-E+ $:%JCra +ower Challenge Arra $:%JCra 8rigin-7... @+JCone* $++-7... +luribus %HE ?N.J132 E+ Uniac 11..J2. andemJ13 %HE ?.21J?.24 HH, Hutterfl EeiIo Computing $urface (C$-1) =+$ J4.... i+$C"

=igura ?"3 Arhitectura E%E 8 ariantă !ntre $%E şi E%E sunt arhitecturile %KM$ ($ingle +rogram Eultiple ata) !n care unităţile de procesare e*ecută acelaşi segment de cod asupra unor date diferite independent unul de celălalt (!n mod asincron)" $%E  $+E  E%E /re@entare generală a microprocesoarelor #ntel

+rimele microprocesoare sunt produse la firma %ntel !n 1SN1# ele se numeau 4..4 şi 2..2 pe patru şi respecti 2 biţi" +rimul microprocesor considerat standard care impune chiar o definire a termenului şi a unor concepte legate de această modalitate de prelucrare a informaţiei este !nsă 2.2. produs tot de firma %ntel" ot firma %ntel este cea care lansează primul microprocesor care lucrează pe 13 biţi - %ntel 2.23 (1SN2)" ;n 1SNS %ntel face aparent un pas !napoi# lansează 2.22 care este identic !n interior cu 2.23 dar !n e*terior lucrează pe 2 biţi" $trategia firmei este limpede# mulţi fabricanţi nu sunt pregătiţi să schimbe toate celelalte componente ale sistemelor de prelucrare pe 13biţi aşa că or prefera !ncă microprocesoarele compatibile cu magistrala de 2 biţi" ;n tabelul de mai 'os sunt prezentate generaţiile şi carateristicile de bază ale microprocesoarelor %ntel" abelul 1 - :eneraţiile şi carateristicile de bază ale microprocesoarelor %ntel =recenţa 6ăţimea Cache =recenţa de tact a magistralei %nterior de tact ipJgeneraţie Anul magistralei ateJAdrese (61) (interioară) de memorie Hiţi IH (Ehz) (Ehz) 2.22J=irst 1SNS 2J7. ,one 4"NN-2 4"NN-2 2.23J=irst 1SN2 13J7. ,one 4"NN-2 4"NN-2 2.723J$econd 1S27 13J74 ,one 3-7. 3-7. 2.?23GJhird 1S2D ?7J?7 ,one 13-?? 13-?? 2.?23$GJhird 1S22 13J?7 ,one 13-?? 13-?? 2.423GJ=ourth 1S2S ?7J?7 2 7D-D. 7D-D. 2.423$GJ=ourth 1S2S ?7J?7 2 7D-D. 7D-D. 2.423G7J=ourth 1SS7 ?7J?7 2 7D-4. D.-2. 2.423G4J=ourth 1SS4 ?7J?7 22 7D-4. ND-17. +entiumJ=ifth 1SS? 34J?7 22 3.-33 3.-7.. +entium 1SSN 34J?7 1313 33 133-7?? EEGJ=ifth


4?

+entium +roJ$i*th 1SSD 34J?3 22 33 1D.-7.. +entium %%J$i*th 1SSN 34J?3 1313 33 7??-?.. +entium 1SSS 34J?3 ?7L?7L 1.. 3D.-14.. %%%J$i*th +entium4J 7... 34J?3 34L34L 1.. 1?..-?2.. $eenth Consacrarea definitiă a produselor %ntel o face firma %HE care !n 1S21 anunţă primele calculatoare personale %HE +C-G care folosesc 2.22J2.23" Aceste procesoare au introdus conceptul de segmentare a memoriei# memoria este !mpărţită !n zone numite segmente de ma*im 34 LH iar cele patru registre de segment pot păstra adresele de bază ale segmentelor actie" Aceste procesoare pot funcţiona numai !n modul real care este un mod uniproces !n care se e*ecută un singur proces (program sau tasI) la un moment dat" ;n 1S27 %ntel lansează microprocesorul 2.723 (ignorăm că !ntre timp multe firme ca ,ational =airchild 9CA $ignetics etc" produc componente similare)& acesta deşi tot pe 13 biţi introduce o serie de noi concepte fundamentale care tind să schimbe chiar noţiunea de microprocesor" +rocesorul 2.723 poate funcţiona !n modul real al procesoarelor precedente dar dispune şi de un mod de adresare irtual sau mod protejat" Acest mod utilizează conţinutul registrelor de segment ca selectori sau pointeri !n tabele ale descriptorilor de segment" +rocesorul dispune de o unitate de gestiune a memoriei irtuale" ;n modul prote'at procesorul poate funcţiona !n regim multi-proces -multitasJing) !n care pot fi e*ecutate mai multe procese !n mod concurent" ;n acest mod se realizează o comutare prin hardware !ntre procesele care se e*ecută concurent" =irma %HE lansează şi ea o nouă generaţie de calculatoare personale# +C-A (Adanced echnolog) care foloseşte %ntel 2.723" +rocesorul 2.?23 a introdus !n cadrul arhitecturii Gntel registre de ?7 de biţi utilizate att pentru păstrarea datelor ct şi pentru adresare" +entru compatibilitate cu procesoarele anterioare aceste registre s-au obţinut prin e*tinderea registrelor de 13 biţi fiind posibilă utilizarea !n continuare a echilor registre acestea constituind 'umătatea de ordin inferior a registrelor de ?7 de biţi" A fost introdus un nou mod de funcţionare numit mod virtual K7K3" %nstrucţiunile originale au fost e*tinse cu noi forme care utilizează operanzi şi adrese de ?7 de biţi şi au fost introduse instrucţiuni complet noi ca de e*emplu instrucţiuni pentru operaţii la niel de bit" +rocesorul 2.?23 a introdus de asemenea mecanismul de paginare ca metodă de gestiune a memoriei irtuale" >l a fost primul din cadrul familiei 2.*23 care a utilizat o formă de prelucrare paralelă şi o memorie !ncorporată cache cu informaţii despre pnă la ?7 de pagini cel mai recent accesate" +rocesorul 2.423 a fost primul din familia 2.*23 la care unitatea de calcul !n irgulăl mobilă a fost integrată !n acelaşi circuit cu unitatea centrală" +rocesorului i s-a adăugat o memorie cache de niel 1 (61 B Level 1) de 2 LH" Au fost adăugaţi de asemenea noi pini şi noi instrucţiuni care permit realizarea unor sisteme mai comple*e# sisteme multiprocesor şi sisteme care conţin o memorie cache de niel 7 (67 B Level 7)" Au fost dezoltate ersiuni ale procesorului 2.423 !n care au fost incluse facilităţi pentru reducerea consumului de putere ca şi alte facilităţi de gestiune a sistemului" Una din aceste facilităţi este noul mod de gestiune a sistemului -I!stem Fanagement Fode B $EE) pentru care s-a preăzut un pin dedicat de !ntrerupere" Acest mod permite operaţii comple*e de gestiune a sistemului (ca de e*emplu gestiunea puterii consumate de diferitele subsisteme ale calculatorului) !ntr-un mod transparent pentru sistemul de operare şi pentru programele de aplicaţii" =acilităţile numite Itop *locJM şi Auto +alt >o%er do%nM permit funcţionarea unităţii centrale la o frecenţă redusă a tactului pentru reducerea puterii consumate sau chiar oprirea funcţionării (cu memorarea stării)" ;n 1SS? se lansează primul microprocesor al generaţiei a cincea numit din acest moti +entium" +rocesorul >entium a adăugat o nouă linie de e*ecuţie de tip pipeline a instrucţiunilor pentru a se obţine performanţe superscalare" Cele două linii de e*ecuţie a instrucţiunilor numite U şi < permit e*ecuţia a două instrucţiuni pe durata unei perioade de tact" Capacitatea memoriei cache 61 a fost de asemenea dublat  fiind alocaţi 2 LH pentru instrucţiuni şi 2 LH pentru date" Eemoria cache pentru date utilizează protocolul E>$% care permite gestiunea memoriei cache att prin metoda mai eficientă %rite4bacJ X ct şi prin metoda %rite4throughM utilizată de procesorul 2.423" +rocesorul >entium utilizează predicţia salturilor pentru a creşte performanţele construcţiilor care utilizează bucle de program" 9egistrele generale sunt tot de ?7 de biţi dar s-au adăugat magistrale interne de date de 172 şi 7D3 de biţi pentru a creşte iteza transferurilor interne iar magistrala e*ternă de date a fost e*tinsă la 34 de biţi" +rocesorului i s-a adăugat un controler aansat de !ntreruperi -Advanced >rogrammable Gnterrupt *ontroller B A+%C)


44

pentru a permite realizarea sistemelor cu mai multe procesoare >entium fiind adăugate de asemenea noi pini şi un mod special de procesare dual pentru sistemele cu două procesoare" +rocesorul >entium >ro este primul din cadrul familiei de procesoare +3" Acest procesor are o arhitectură superscalară !mbunătăţită care permite e*ecuţia a trei instrucţiuni !ntr-o perioadă de tact" +rocesorul >entium >r o ca şi următoarele procesoare din familia +3 se caracterizează prin e*ecuţia dinamică a instrucţiunilor care constă din analiza flu*ului de date e*ecuţia instrucţiunilor !ntr-o altă ordine dect cea secenţială o predicţie !mbunătăţită a salturilor şi e*ecuţia speculatiă" +e lngă cele două memorii cache 61 de cte 2 LH prezente şi la procesorul >entium procesorul >entium >ro dispune şi de o memorie cache 67 de 7D3 LH aflat !n acelaşi circuit cu unitatea centrală  conectat cu aceasta printr-o magistrală dedicată de 34 de biţi" +rocesorul >entium >ro are o magistrală de adrese e*tinsă la ?3 de biţi astfel !nct spaţiul adreselor fizice este de pnă la 34 :H" +rocesorul >entium %% se bazează pe arhitectura >entium >r o la care s-au adăugat e*tensiile EEG -Fultimedia 0xtensions)" Eemoria cache 67 a fost mutată !n afara capsulei procesorului" Att memoria cache 61 pentru date ct şi memoria cache 61 pentru instrucţiuni au fost e*tinse la 13 LH fiecare" imensiunea memoriei cache 67 poate fi de 7D3 LH D17 LH 1 EH sau 7 EH" +rocesorul >entium %% utilizează diferite stări cu consum redus de putere ca de e*emplu Auto+AL& X IleepM şi Deep IleepX pentru reducerea puterii consumate !n perioadele de inactiitate" +entium %%% este ultimul din cadrul familiei +3 şi se bazează pe arhitecturile procesoarelor >entium >ro şi >entium %%" Au fost adăugate N. de noi instrucţiuni la setul de instrucţiuni e*istent" Acestea sunt destinate att unităţilor funcţionale e*istente la procesoarele precedente ct şi noii unităţi de calcul !n irgulă mobilă de tip $%E -Iingle Gnstruction' Fultiple Dat a)" +rimul din familia +N numit +entium 4 a primit şi o nouă arhitectură cu o iteză de procesare mai performantă" ;n ersiunea microprocesorului cu frecenţa de tact de ?.3 :hz a fost realizată o nouă tehnologie B hperthreading" Această tehnologie permite ca procesele (programele) să fie diizate !n două flu*uri de program pentru a fi procesate !n paralel de microprocesor ce măreşte iteza de procesare" +entru creşterea itezei de prelucrare a datelor audio şi ideo a fost introdus un set suplimentar din $$> instrucţiuni" ;n noembrie 7..4 firma %ntel a renunţat la producerea !n serie a microprocesorului +entium 4 cu frecenţa de 4 :hz din cauza dificultăţilor apărute la răcirea lui" Actualmente firma %ntel !ncapsulează două şi mai multe nuclee de microprocesor cu frecenţe reduse !n circuitul unui microprocesor ce e*clud dificultăţile cu răcirea lor" >oluţia dispozitielor pe care am descris-o pnă !n acest moment se referă e*clusi la microprocesoarele ale căror caracteristici esenţiale şi arii de aplicaţii posibile s-au dezoltat de la tipurile de bază lansate !n anii N." ,oi om denumi aceste dispozitie  microprocesoare şi le om defini !n acest capitol& om detalia !n eoluţia lor conceptele esenţiale care stau la baza funcţionării lor !n capitole următoare" >*istă !nsă şi alte direcţii de dezoltare a dispozitielor de prelucrare a informaţiei& un e*emplu sunt aşa numitele procesoare cu set redus de instrucţiuni (9%$C) a!nd ca reprezentanţi procesoarele $+A9C (produse de diferite firme) i23. (%ntel) E22... (Eotorola) etc" e asemenea e*istă procesoare specializate pentru anumite tipuri de prelucrări specifice cum sunt procesoarele digitale de semnal ($+) şi altele" ;n olumul de faţă ne om ocupa de ceea ce este cunoscut sub numele de microproceor" Eotiul pentru care am insistat pe reprezentanţii familiei %ntel este acela că după părerea noastră această firmă oferă reperele importante ale implementării conceptelor de bază care caracterizează aceste dispozitie" &% .icroprocesoarele C#6C:9#6C

Eulte microprocesoare au seturi de instrucţiuni ce includ mai mult de 1.. B 7.. instrucţiuni" >le folosesc o arietate de tipuri de date şi un mare număr de moduri de adresare" endinţa aceasta de a mări numărul de instrucţiuni a fost influenţată de mai mulţi factori dintre care amintim# − perfecţionarea unor modele de procesoare e*istente anterior pentru a pune la dispoziţia utilizatorilor (programelor utilizator) ct mai multe funcţii& − adăugarea de instrucţiuni care să faciliteze translatarea din limba'ele de niel !nalt !n programe cod e*ecutabil (limba' maşină)& Așa arhitecturi de microprocesoare au fost numite arhitecturi C%$C - Comple* %nstruction $et Computer - calculator cu set comple* de instrucţiuni" Ctea din caracteristici sunt# − Eulte instrucţiuni care prelucrează operanzi din memorie&

Arhitectura Calculatoarelor − =ormat de lungime variabilă pentru instrucţiuni&

4D

Unitate de control microprogramată (micro-codată) aanta'oasa din punctul de edere al fle*ibilităţii implementării dar lentă& − $et comple* (e*tins) de instrucţiuni şi o mare arietate de moduri de adresare& − Un număr relati mic de registre !n interiorul UC+" − Utilizarea compilatoarelor optimizatoare - pentru a optimiza performanţele codului obiect& %deea simplificării setului de instrucţiuni !n scopul măririi performanţelor procesorului proine din proiectele realizate la uniersităţile americane din HerIele (9%$C % 9%$C %% şi $8A9) şi $tanford (proiectul E%+$)" +roiectele 9%$C (9educed %nstruction $et Computer - Calculator cu set redus de instrucţiuni) au urmărit ca instrucţiunile procesorului să fie de aceeaşi lungime instrucţiunile să se e*ecute !ntr-o singură perioadă de ceas (cu a'utorul tehnicii de tip pipeline)" 6a 9%$C se urmăreşte de asemenea ca accesările la memorie (consumatoare de timp) să se efectueze doar pentru operaţiile de !ncărcare şi stocare (arhitectura fiind numită !n consecinţă# loadJstore) iar celelalte operaţii să se efectueze cu operanzi stocaţi !n registrele interne ale UC+" Unele din proiectele de arhitecturi 9%$C folosesc un set mare de ferestre de registre pentru a accelera operaţiile de apel al subrutinelor" 9ezumnd putem enumera ctea din elementele caracteristice pentru maşinile 9%$C# − Acces la memorie limitat doar prin instrucţiuni de încărcare -load şi stocare -store& − =ormat de lungime fixă pentru instrucţiuni deci uşor de decodificat& caracteristică care contribuie la simplificarea structurii unităţii de control& − structură simplă a unităţii de control  deci cu iteză mare de funcţionare& − 9elati puţine tipuri de instrucţiuni (tipic sub 1.. de instrucţiuni) şi puţine moduri de adresare (din nou această caracteristică contribuie şi la simplificarea structurii unităţii de control)& − ehnica de tip pipeline este utilizată şi la arhitecturile C%$C dar la 9%$C tehnica este mai eficientă şi mai uşor de implementat datorită lungimii constante a instrucţiunilor& − Un număr relati mare de registre !n interiorul UC+& Asa cum s-a arătat mai sus arhitecturile 9%$C restricţionează numărul de instrucţiuni care accesează direct memoria principală" Cele mai multe instrucţiuni ale 9%$C presupun doar operaţii !ntre registrele interne UC+" +entru că instrucţiunile comple*e nu e*istă !n setul de instrucţiuni dacă este neoie de ele acestea se implementează prin rutine cu a'utorul instrucţiunilor e*istente" ;n final !ntr-un program e*ecutabil or fi mai multe instrucţiuni dect la C%$C dar e*ecuţia pe ansamblu a fi mai rapidă" =ormal toate microprocesoarele *23 erau microprocesoare de tip C%$C dar microprocesoarele noi !ncepnd de la %ntel 423G sunt microprocesoare C%$C cu un nucleu 9%$C" %nstrucțiunile microprocesoarelor *23 de tip C%$C !nainte de e*ecutarea lor sunt transformate !ntr-un set simplu de instrucțiuni interne de tip 9%$C"" Eulte microprocesoare moderne !ncorporează arhitecturi 9%$C ca de e*emplu A9E >C Alpha $+A9C A<9 E%+$ +8O>9 +ower+C" −

& Banda de asamblare (pipeline) %ntroducem noțiunea de arhitectura suprascalară. +entru a e*plica această noțiune urmărim utilizarea

microinstrucţiunilor e*ecutate !n paralel (tehnica pipeline) folosite de microprocesoarele moderne" ;ncepnd cu microprocesorul i423 (fig" ?"N ) %ntel a introdus o bandă de asamblare numită tehnica XpipelineX care constă din D segmente# Unitate de e*ecuţie !n irgulă mobilă

Unitate pentru segmentare

Unitate pentru paginare Unitate de interfaţă cu magistrala Eemoria cache

Unitate de e*ecuţie

Unitate pentru decodificare instrucţiuni

Unitate pentru WprefetchX


43

=igura ?"N − Ciclul maşină fetchX(Citirea instrucţiunii din cache sau din memoria internă)& − ecodificarea instrucţiunii B decodifică !n microinstrucțiuni& − :enerarea adresei pentru localizarea operanzilor !n memorie& − +relucrarea instrucţiunii !n UA6& − ;nscrierea rezultatului ( unde a fi !nscris rezultatul depinde de formatul instucţiunii)" oate aceste segmente sunt e*ecutate !n paralel" in unitatea prefetchX instrucţiunea se transferă !n unitatea pentru decodificarea instrucţiuni şi unitatea prefetchX este liberă şi poate citi următoarea instrucţiune" eci !n interiorul microprocesorului se află D instrucţiuni !n diferite segmente de e*ecuţie" Aceste segmente formează o Handă de asamblare (pipeline)" =igura ?"2 ilustrează o bandă de asamblare cu D unitati numite si stages (segmente etape)" $egmentul 1 e*trage instructiunea din memorie si o plaseaza !ntr-un registru tampon" $egmentul 7 o decodifica determinndu-i tipul si operanzii" $egmentul ? localizeaza si e*trage operanzii fie din registri fie din memorie" $egmentul 4 e*ecuta instructiunea de obicei rulnd operanzii prin calea de date iar segmentul D scrie rezultatul !n registri"

=igura ?"2 - 8 banda de asamblare de D segmente (a) $tarea fiecarui segment !n functie de timp (b)" ;n figura ?"2 Bb edem cum opereaza o banda de asamblare !n functie de timp" ;n ciclul 1 segmentul $1 lucreaza asupra instructiunii 1 (o e*tragere din memorie)" ;n ciclul 7 $7 decodifica instructiunea 1" ot !n ciclul 7 $1 e*trage instructiunea 7" ;n ciclul ? $? e*trage operanzii pentru instructiunea 1 $7 decodifica instructiunea 7 si $1 e*trage instructiunea ?" Eicroprocesoarele ce includ o Handă de asamblare se numesc microprocesoare cu arhitectura scalară' cele ce includ două şi mai multe - microprocesoare cu arhitectura suprascalară. Eicroprocesorul +entium include două Henzi de asamblare şi poate e*ecuta 7 instrucţiuni pe durata unei perioade de ceas (clocI stare)" ate fiind aanta'ele benzii de asamblare ar fi de dorit mai multe din acestea" ;n figura ?"S este prezentată o posibilă proiectare a unui UC+ !n bandă de ansamblare duala" +entru a putea lucra !n paralel cele 7 instructiuni nu trebuie să-și dispute resursele (de e*emplu registrele) și nici una nu trebuie să depindă de rezultatul celeilalte" =ie compilatorul trebuie să garanteze că ipoteza anterioara e respectată fie conflictele sunt detectate și eliminate pe parcursul e*ecuției cu a'utorul unui hardware suplimentar"

Arhitectura Calculatoarelor Curs UTM

Recommend Documents