1 / 87

Les 4: Gegevensmanipulatie-instructies en machinemodellen

Les 4: Gegevensmanipulatie-instructies en machinemodellen. “Everything that can be invented has been invented.” — Charles H. Duell, Commissioner, U.S. Office of Patents, 1899. BUS. Von Neumann-machine Fysiek zicht. BUS. adres. adres. CVE. Controle. controle. cache. data. data. klok.

metea
Download Presentation

Les 4: Gegevensmanipulatie-instructies en machinemodellen

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Les 4: Gegevensmanipulatie-instructies en machinemodellen “Everything that can be invented has been invented.” — Charles H. Duell, Commissioner, U.S. Office of Patents, 1899

  2. BUS Von Neumann-machineFysiek zicht BUS adres adres CVE Controle controle cache data data klok klok controle controle ALU ALU registers registers Geheugen Geheugen:bau-cellen RAM Invoer/Uitvoer Invoer/Uitvoer

  3. Overzicht • Aritmetische instructies • Logische instructies • Vlottende-komma-instructies • MMX-instructies • SSE/SSE2-4-instructies • Varia • Machinemodellen

  4. O1 O2 controle Operatorgedeelte R S c-bit s-bit o-bit z-bit

  5. s c Toestandsbits bij 32-bit optelling R = 01 + 02 O1: 00111000101001010101010100001100 O2: 01001110001010010101010101100110 R: 10000110110011101010101001110010 z-bit = 1 indien resultaat = 0

  6. overflow 010 2 +011 3 101 5 010 2 +001 1 011 3 110 -2 +101 -3 1011 -5 110 -2 +111 -1 1101 -3 Overflow 100 101 110 111 000 001 010 011 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 o-bit = carry(31) xor carry(30)

  7. 0 -1 1 aftrekken optellen -2 2 -3 3 -4 Getallencirkel 000 111 001 010 110 011 101 100

  8. 010 2 010 2 100 -4 110 -2 101 -3 1011 3 + + 011 3 (max) 100 -4 (min) Saturatierekenen Overflow kan ook opgevangen worden door de waarden te plafonneren op de extremen 100 101 110 111 000 001 010 011 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3

  9. Saturatierekenen saturatie overflow modulo

  10. Resoluties hoofdbewerkingen • Som: n bit + n bit  (n+1) bit • Verschil: n bit - n bit  (n+1) bit • Product: n bit * n bit  (2n) bit • Deling: n bit / n bit  n bit

  11. 80924010 1 Optelling 32 00 04 08 0C 10 00B00300 80000000 00330020 0003300A …. add doel, bron add eax, ebx add eax, 10h eax 00920000 00924000 00924010 add eax, [4] ebx 00004000 Instructie:add 0 0 0 0 s o c z Alle waarden zijn hexadecimaal!

  12. 8091BFF0 1 1 1 Aftrekking 32 00 04 08 0C 10 00B00300 80000000 00330020 0003300A …. sub doel, bron sub eax, ebx sub eax, 10h eax 00920000 0091C000 0091BFF0 sub eax, [4] ebx 00004000 Instructie:sub 0 0 0 0 s o c z Alle waarden zijn hexadecimaal!

  13. Integer hoofdbewerkingen d = d + s d = d + s + c d = d - s d = d - s - c vermenigvuldiging (unsigned) vermenigvuldiging (signed) deling (unsigned) deling (signed) d = -d d = d + 1 d = d - 1 add d,s adc d,s sub d,s sbb d,s mul s imul s div s idiv s neg d inc d dec d

  14. ebx [14h] eax [10h] [1ch] [18h] + [24h] [20h] 64-bit optelling 10h 14h 18h 1ch 20h 24h 28h mov eax,[10h] mov ebx,[14h] add eax,[18h] adc ebx,[1ch] mov [20h],eax mov [24h],ebx

  15. mul & div mul bron edx:eax = bron * eax (bin) imul bron edx:eax = bron * eax (2c) div bron eax = edx:eax / bron (bin) edx = edx:eax % bron Instructie:mul Instructie:div deeltal = quotiënt * deler + rest en rest * deeltal ≥ 0.

  16. imul: 3 varianten imul bron edx:eax = bron * eax imul d,bron d = d * bron imul d,bron1,bron2 d = bron1 * bron2

  17. Product in helften b.v. Alpha (64 bit) • mulq a,b,c • reg[c]:=(reg[a]*reg[b])<63:0> • umulh a,b,c reg[c]:=(reg[a]*reg[b])<127:64> <n1:n2> bits n1 tot n2 (neerwaarts genummerd)

  18. Deling Indien deling door een constante, kan dit ook door vermenigvuldiging, b.v. deling door 15 X/15 =X*(1/15) 1/15 = 0.0001000100010001…2= 0.111116 50/15 = 003216 * 0.111116 = 0003.555216 45/15 = 002D16 * 0.111116 = 0002.FFFD16

  19. Vergelijkingen d-s  vlaggen d ‘and’ s  vlaggen cmp d,s test d,s Instructie:cmd Instructie:test cmp: vergelijken van waarden: >, =, < test: testen van bits: aan, uit

  20. c a nbe (c or z) == 0 above ae nb c == 0 above or equal b nae c == 1 below be na (c or z) == 1 below or equal binair Natuurlijke getallen (binair) 000 0 001 1 010 2 011 3 100 4 101 5 110 6 111 7 010 2 -011 3 111 ? 011 3 -010 2 001 1

  21. s == 1 s == 0 o == 0 o == 1 g nle ((s xor o) or z) == 0 greater ge nl (s xor o) == 0 greater or equal l nge (s xor o) == 1 less le ng ((s xor o) or z) == 1 less or equal 2-comp Gehele getallen (2-complement) 100 -4 101 -3 110 -2 111 -1 000 0 001 1 010 2 011 3 010 2 -011 3 111 -1 011 3 -010 2 001 1 010 2 -101 -3 101 ? 101 -3 -010 2 011 ?

  22. Conditiecodes z z == 1 zero c c == 1 carry o o == 1 overflow p p == 1 parity s s == 1 sign nz z == 0 no zero nc c == 0 no carry no o == 0 no overflow np p == 0 no parity ns s == 0 no sign g nle ((s xor o) or z) == 0 greater ge nl (s xor o) == 0 greater or equal l nge (s xor o) == 1 less le ng ((s xor o) or z) == 1 less or equal e z == 1 equal ne z == 0 not equal a nbe (c or z) == 0 above ae nb c == 0 above or equal b nae c == 1 below be na (c or z) == 1 below or equal 0100 0010 0000 1010 1000 0101 0011 0001 1011 1001 1111 1101 1100 1110 0100 0101 0111 0011 0010 0110 2-comp binair

  23. Overzicht • Aritmetische instructies • Logische instructies • Vlottende-komma-instructies • MMX-instructies • SSE/SSE2-4-instructies • Varia • Machinemodellen

  24. Logische Operaties d = d ‘and’ s d = d ‘or’ s d = d ‘xor’ s d = ‘not’ d and d,s or d,s xor d,s not d

  25. Verschuivingen shl d,n shr d,n sal d,n sar d,n shld d,s,n shrd d,s,n rol d,n ror d,n rcl d,n rcr d,n d = d << n d = d >> n aritmetisch d = d << n aritmetisch d = d >> n d = (d:s << n)<63:32> d = (s:d >> n)<31:0> bitrotatie naar links bitrotatie naar rechts uitgebreide bitrotatie naar links uitgebreide bitrotatie naar rechts

  26. 101000100101010101010100110 001001010101010101001100000 Schuifoperaties 110100010010101010101010011 Schuif 1 positie naar links C=1 Schuif 5 posities naar links C=0 Instructie: schuifoperatie

  27. Schuifoperaties SHL 0 C SHR 0 C SAL 0 C SAR C

  28. Schuifoperaties SHLD C D S SHRD S D C

  29. Rotatieoperaties ROL C ROR C RCL C RCR C Instructie: rotatieoperatie

  30. rechts 1   2 rechts 1   2 links 1  x 2 links 1  x 2 Schuifoperaties: logisch 00011 3 00110 6 01100 12 00110 6 00011 3 links n  x 2nrechts n   2n

  31. rechts 1   2 rechts 1   2 rechts 1   2 rechts 1   2 links 1  x 2 links 1  x 2 Schuifoperaties: aritmetisch 11101 -3 11010 -6 10100 -12 11010 -6 11101 -3 11110 -2 11111 -1

  32. 000011 001011 101011 shl 2 001100 101100 101100 000011 001011 shr 2 001011 Oefening 000011 001011 101011 sal 2 001100 101100 101100 111011 sar 2 000011 111011

  33. Voorbeeld j := i*40+10 ; reg[eax] := mem32[i] mov eax, [10] mov ebx, eax shl ebx, 3 shl eax, 5 add eax, ebx add eax, 10 mov [14], eax ; reg[ebx] := ‘i’ ; reg[ebx] := ‘i’*8 ; reg[eax] := ‘i’*32 ; reg[eax] := ‘i’*8+’i’*32 ; reg[eax] := ‘i’*8+’i’*32+10 ; mem32[j] := reg[eax]

  34. Product door verschuivingen 011 0100 0101 0110 0111 01000 01001 01010 01011 01100 101 1100 1011 1010 1001 1000 10111 10110 10101 10100 x4-x1 x2+x1 x4 x 3 x 4 x 5 x 6 x 7 x 8 x 9 x 10 x 11 x 12 x4+x1 x4+x2 x8-x2 x8-x1 x8 x8+x1 x8+x2 x8+x2+x1 x16-x4-x1 x16-x4 x8+x4

  35. Verschuivingen Soms combinatie van de twee: x 57 = x64 - x8 + x1 x 113 = x128 - x16 + x1

  36. Bit test instructies bt d, o bts d, o btr d, o btc d, o c = d<o:o> c = d<o:o>; d<o:o> = 1 c = d<o:o>; d<o:o> = 0 c = d<o:o>; d<o:o> = d<o:o> Instructie: bitoperaties

  37. Bit scan instructies bsf d, s bsr d, s d = minst significante 1-bit d = meest significante 1-bit d = index van bit, neerwaarts genummerd Indien allemaal 0: d = onbepaald, z=1

  38. Set byte on condition d = conditiecode set<cc> d setge al seto ah reg[al] = ge ? 1 : 0 reg[ah] = o ? 1 : 0 setno al dec al reg[al] = o ? 0ffh : 00h

  39. Overzicht • Aritmetische instructies • Logische instructies • Vlottende-komma-instructies • MMX-instructies • SSE/SSE2-4-instructies • Varia • Machinemodellen

  40. st(4) st(5) st(6) st(7) st st(1) st(2) st(3) Vlottende-komma-registerverzameling 79 78 64 63 0 s exp mantisse Registers: vlottende-komma

  41. Datatypes • FP Enkelvoudige precisie (32 bit) • FP Dubbele precisie (64 bit) • FP Dubbele extended precisie (80 bit) • Integer woord (16 bit) • Integer dubbelwoord (32 bit) • Integer quadwoord (64 bit) • BCD 18 nibbles + tekenbyte (80 bit)

  42. Adresseermodes Zuivere stapeladressering fadd st(1) = st+st(1); pop Registeradressering fadd st(i) st = st+st(i) fadd st(i),st st(i) = st+st(i) fadd st,st(i) st = st(i)+st faddp st(i),st st(i) = st+st(i); pop Geheugenadressering fadd <ae> st = st+mem[ae]

  43. Vlottende-kommabewerkingen FP optelling verschil deling rest na deling vermenigvuldiging absolute waarde st = abs(st) negatie st = - st FP compare and set eflags fadd fsub fdiv fprem fmul fabs fchs fcomi

  44. Wiskundige functies fsqrt fsin fcos fptan fpatan fyl2x fyl2xp1 f2xm1 vierkantswortel sinus cosinus tangens arcus tangens logaritme st(1) = st(1)*log2(st); pop logaritme st(1) = st(1)*log2(st+1); pop exponent st = 2st-1

  45. Load-store operaties fbld fbstp fild fist fld fst Load/push BCD-getal (ld=load) Store BCD and pop Load/push integer 16/32/64 bit Store integer 16/32/64 bit Load/push floating point value 32/64/80 bit Store floating point value 32/64/80 bit

  46. Load constant fld1 fldl2t fldl2e fldpi fldlg2 fldln2 fldz push 1.0 push log210 push log2e push π push log102 push loge2 push +0.0

  47. Overzicht • Aritmetische instructies • Logische instructies • Vlottende-komma-instructies • MMX-instructies • SSE/SSE2-4-instructies • Varia • Machinemodellen

  48. Aanleiding • Multimedia-applicaties en het web • Beeld (10 kiB) • Geluid (100 kiB) • Video (MiB). • Opkomst van 64-bit processors • Kleine data-elementen (8 of 16 bit) • Zeerveel data-elementen • Onafhankelijke data-elementen

  49. 64 bit Maar 64 bit 00 00 00 00 00 00 00 64 bit 00 00 00 00 00 00 Oplossing:

  50. Multimedia-extensies • Sparc: Visual Instruction Set • PA-RISC: MAX-2 • X64: MMX, SSE • PowerPC: Altivec

More Related