Tietokonetekniikka 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

1. Tietokonetekniikka5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta • Lähde: Haltsonen, S., Rautanen, E. • Pieka 02.02.2009 • Kuvagalleria 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

2. 5.1 Käskykanta ja käskyryhmät • Käskyt jaetaan ryhmiin: • Tiedonsiirtokäskyt • Aritmeettiset käskyt • Loogiset käskyt • Sivuttaissiirto- ja rotaatiokäskyt (pyörityskäskyt) • Hyppy- ja haarautumiskäskyt • Syöttö- ja tulostuskäskyt • Ohjauskäskyt 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

3. 5.2 Käskyn rakenne 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

4. Käskyn rakenne(instructionformat) Osoitekenttä: Mikäli operandi tai tulos sijaitsee muistissa, sen sijainnin ilmoittavaa käskyn osaa nimitetään osoitekentäksi (addressfield). Osoitekenttä voi olla useita sanoja ja haku voi viedä useita muistijaksoja. 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

5. Kuva 5-4. Laskentakäskyn ja hyppykäskyn rakenne Laskentakäsky Hyppykäsky 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

6. Operandin sijainti • Operaatio on käskyosa eli koodiosa • Operandi on kohdeosa tai lähdeosa • Kohde tai lähde voi olla muistipaikka tai yleiskäyttöinen rekisteri tai I/O –rekisteri (tai rekisteriryhmän indeksi). 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

7. Avainsanoja • Rekisteriin viittaaminen • Rekisteriryhmä, säilytetään välituloksia • Muutaman bitin Indeksikentän käyttö koodissa • Muistiviittaus • Operandi tai tulos sijaitsevat keskusmuistissa • Akku, A –rekisteri, laskentarekisteri • Ohjelmalaskuri (EIP) • ALU --- aritmeettislooginen yksikkö • Pino --- pino-osoitin (ESP) 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

8. Kuva 5-3. Käsky, jossa on kolme muistiosoitetta  Käskyn haku vaatii neljä muistiviittausta ja suoritus vaatii kolme muistiviittausta  Hidas 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

9. Kuva 5-4. Käsky, jossa on kaksi muistiosoitetta  Käskyn haku vaatii kolme muistiviittausta ja suoritus vaatii kolme muistiviittausta  Hidas 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

10. Käsky, jossa on yksi muistiosoite, Akku  nopeampi 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

11. Käsky, jossa on yksi muistiosoite ja yksi rekisteriosoite: Rekisteriryhmä 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

12. Käsky, jossa on kaksi rekisteriosoitetta Käskyn suorituksessa ei ole lainkaan muistiviittauksia.  Nopea RISC –koneissa käsky on yhden sanan mittainen. Käskyssä ei ole lainkaan muistiviittausta. Ainoa muistiviittaus on käskyn haku. 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

13. Käsky, jossa on kolme rekisteriosoitettaKolmen operandin käskyn periaate 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

14. Nollan osoitteen käskyn periaate Operandit haetaan pinosta ja tulos viedään pinoon. 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

15. 5.4 Osoitusmuodot(Addressingmode) • 1. Operandi käskyssä -välitön osoitus • 2. Operandi rekisterissä -rekisteriosoitus • 3. Operandi muistissa -absoluuttinen osoitus • epäsuora osoitus • Rekisteri epäsuora osoitus • indeksoitu osoitus • kantaosoitus • indeksoitu kantaosoitus • suhteellinen osoitus 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

16. 5.4.1 Välitön osoitus(immediateaddressing) • Operandi (kohde- tai lähde) on osa käskyä. • Vakioiden käyttö on helppoa. • Käsky ja operandi voi olla myös kahden sanan mittainen. 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

17. 5.4.2 Rekisteriosoitus(registeraddressing) • Operandi (kohde tai lähde) on rekisterissä. • Etua, jos operaation tulosta käytetään hyväksi seuraavassa käskyssä. 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

18. 5.4.3 Absoluuttinen osoitus eli suora muistiosoitus • Operandi on muistissa ja muistipaikan osoite sisältyy käskyyn. Muistiosoite vie sanan verran tilaa. • Yksinkertainen tapa viitata muistissa oleviin muuttujiin. • Ei rekisteriosoitus ??? Virhe !!!! 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

19. Kuva 5-13. Muistiosoitteen täydentäminen ohjelmalaskurin avulla 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

20. 5.4.4 Rekisteriepäsuora osoitus 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

21. 5.4.5 Indeksoitu osoitus ja kantaosoitus • Indeksoitu osoitus (indexedaddressing, Indexregisteraddressing) • Kantaosoitus (basedaddressing, baseregisteraddressing) • Rekisteriepäsuoran osoituksen ylestyksiä • Muistiosoite saadaan lisäämällä indeksi- tai kantarekisterin sisältöön käskyssä oleva vakio tai siirros (displament, offset). 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

22. Indeksoitu osoitus ja kantaosoitus • Jos indeksi- tai kantarekistereitä on useita, käytetty rekisteri on ilmoitettava käskyssä. • Skaalattu käyttö: • Indeksirekisterin sisältö kerrotaan vakiolla 1, 2, 4 tai 8 ennen käskyssä olevan siirroksen lisäystä. • Yhdessä muistipaikassa talletettuna on yksi tavu. • Operandi voi olla joka yhden, kahden, neljän tai kahdeksan tavun mittainen. • Muistissa taulukko  laskentakaava n=k*ri+d • k on vakio, ri on indeksirekisterin sisältö ja d on käskyssä oleva siirros. 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

23. Indeksoitu osoitus ja kantaosoitus 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

24. Taulukon käsittely indeksoitua osoitusta käyttäen 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

25. Tietorakenteen käsittely • Kuva 5-17 ! 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

26. Tietorakenteen käsittely 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

27. 5.4.6 Indeksoitu kantaosoitus 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

28. 5.4.7 Suhteellinen osoitus 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

29. Mikro-ohjaimen osoitusmuodot • Katso toinen PPT ! 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

30. 5.5 Käskykanta • Katso esim. atMega128:n käskykanta *.pdf ! • Tietokoneen kaikki käskyt • Jaettu ryhmiin toimintojen mukaan 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

31. 5.5.1 Siirtokäskyt(data transferinstruction) • Esimerkiksi assembler –käskyinä • Move, load , store jne. omina lyhenteinä • Siirtävät tietoa joko muistipaikan ja rekisterin tai kahden rekisterin välillä • Pinonkäsittelykäskyt ovat siirtokäskyjä • push Rekisteristä pinon päälle • pop Pinon päältä rekisteriin 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

32. 5.5.2 Aritmeettiset käskyt(arithmeticinstruction) • Yhteen-, vähennys-, kerto-, ja jakolaskut • Inkrementointi (incrementing) • Dekrementointi (decrementing) • Vertailu (comparison) • Laskutoimitukset kahdelle luvulle kerrallaan • C-lippu • Liukulukukäskyjä 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

33. 5.5.3 Loogiset käskyt(Logicalinstruction) • Maskauksen merkitys ja käyttö: AND-, OR- ja XOR –maskaus, ”Bittikuviomuokkaus” • AND – maskaus: Maskin 1 siirtää (säilyttää) ja 0 nollaa kyseisen bitin • OR – maskaus: Maskin 1 pakottaa 1:ksi ja 0 siirtää (säilyttää) kyseisen bitin • XOR – maskaus: Maskin 1 invertoi (kääntää) ja 0 siirtää (säilyttää) kyseisen bitin 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

34. Bittioperaatiot ja Loogiset lausekkeet • Bittioperaatiot (&, |, ^, ~, <<, >> , Boolen kytkentä algebra bittitasolla) • Maskina bittikuvio esim. muuttuja = muuttuja & 0x0F; • Looginen lauseke (Boolen kytkentä algebra lauseketasolla) • !, &&, ||, ==, =>, =<... • if ( tosijuttu1 && tosijuttu2 ) teejuttu; 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

35. AND (JA) -operaatio Sana 1100 1010 Maski 1111 1001 Tulos 1100 1000 • AND – maskaus: Maskin 1 siirtää (säilyttää) ja 0 nollaa kyseisen bitin A B F 0 00 0 1 0 1 0 0 1 11 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

36. OR (TAI) -operaatio Sana 1100 1010 Maski 1111 1001 Tulos 1111 1011 • OR – maskaus: Maskin 1 pakottaa 1:ksi ja 0 siirtää (säilyttää) kyseisen bitin A B F 0 00 0 1 1 1 0 1 1 11 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

37. NOT (EI) -operaatio Sana 1100 1010 ~ 0011 0101 • Kääntää eli invertoi bitin arvon ulostuloon Totuustaulu A F 0 1 1 0 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

38. XOR (ehdon tai) -operaatio Sana 1100 1010 Maski 1111 1001 Tulos 0011 0011 • XOR – maskaus: Maskin 1 invertoi (kääntää) ja 0 siirtää (säilyttää) kyseisen bitin A B F 0 00 0 1 1 1 0 1 1 1 0 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

39. 5.5.4 Sivuttaissiirto- ja rotaatiokäskyt 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

40. Aritmeettinen sivuttaissiirto Kahdenkomplementtilukujen käsittely 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

41. Looginen sivuttaissiirto Kahdella kertominen ja jakaminen 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

42. 5.5.5 Hyppy- ja haarautumiskäskyt • Hyppykäskyt (jumpinstruction) • Ehdottomia tai ehdollisia • Haarautumiskäskyt (branchinstruction) • Suoritetaan vain jos ehto on voimassa. • Taulukossa on annettu ehto ja lippujen avulla muodostettu looginen lauseke, jonka arvo on yksi, jos ehto on voimassa. Katso taulukot 5-1 ja 5-2 ! 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

43. Hyppy- ja haarautumiskäskyt 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

44. Hyppy- ja haarautumiskäskyt 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

45. 5.5.6 Aliohjelmakäskyt • call • return • Ohjelmalaskurin arvo (EIP) 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

46. Aliohjelman periaate 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

47. 5.5.7 Syöttö- ja tulostuskäskyt • I/O -käskyt 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta

48. 5.5.8 Ohjauskäskyt • Mm. keskeytysten prioriteettien asettaminen 5 Operandien osoittaminen ja tietokoneen käskykanta