Y86: Definição da Arquitectura Arquitectura de Computadores Lic. em Engenharia Informática Luís Paulo Santos Y86: Arquitectura Conteúdos Resultados de Aprendizagem AC – Y86: Definição da Arquitectura 9 – Organização do Processador 9.1 – Conceitos Fundamentais C1 R9.1 – Analisar e descrever organizações sequenciais de processadores elementares C1 2 Y86: Estado visível Registos %eax %esi %ecx %edi %edx %esp %ebx %ebp Códigos de Condição Memória OF ZF SF PC – Registos • Os mesmos que o IA32. Cada 32 bits – Códigos de Condição • Flags de 1 bit alteradas pelas instruções aritméticas ou lógicas – OF: Transporte ZF: Zero SF:Sinal – Program Counter • Indica endereço da instrução a executar – Memória • Vector de bytes • Palavras armazenadas em ordem little-endian AC – Y86: Definição da Arquitectura 3 Y86 : Instruction Set Architecture (ISA) popl AC – Y86: Definição da Arquitectura 4 Y86 : Instruction Set Architecture (ISA) Byte 0 op fn Byte 1 rA Byte 2 Byte 3 rB Byte 4 Byte 5 Imm – op – código de operação : identifica a instrução – fn – função: identifica a operação – rA, rB – indicam quais os registos a utilizar – Imm – valor imediato (constante) %eax %ecx %edx %ebx 0 1 2 3 %esi %edi %esp %ebp 6 7 4 5 Algumas instruções não necessitam de todos os campos: • apenas op e fn estão sempre presentes pois identificam a instrução AC – Y86: Definição da Arquitectura 5 Y86: Modos de endereçamento • Imediato: – constante especificada na própria instrução no campo Imm • Registo: – registo(s) a utilizar especificados na instrução nos campos rA, rB • Base+Deslocamento: – Endereço da posição de memória a ler/escrever especificado como a soma do valor imediato (Imm) com o conteúdo do registo (rB) AC – Y86: Definição da Arquitectura 6 Y86 : Exemplo de Instrução • Adição Forma Genérica Representação Codificada addl rA, rB 6 0 rA rB – Adicionar valor no registo rA ao valor no registo rB • Guardar resultado no registo rB • Operações Aritméticas ou Lógicas só sobre operandos em registos – Códigos de condição dependem do resultado – e.g., addl %eax,%esi Representação Máquina: 60 06 AC – Y86: Definição da Arquitectura 7 Y86: Operações Lógicas e Aritméticas Instruction Code Adição addl rA, rB Function Code 6 0 rA rB Subtracção (rA de rB) subl rA, rB 6 1 rA rB And andl rA, rB 6 2 rA rB – Referidas genericamente como “OPl” – Códigos variam apenas no “function code” • 4 bits menos significativos do 1º byte – Altera os códigos de condição Exclusive-Or xorl rA, rB AC – Y86: Definição da Arquitectura 6 3 rA rB 8 Y86: Transferência de Dados Registo --> Registo rrmovl rA, rB 2 0 rA rB irmovl V, rB 3 0 8 rB V Imediato --> Registo rmmovl rA, D(rB) 4 0 rA rB D Registo --> Memória mrmovl D(rB), rA 5 0 rA rB D Memória --> Registo – Semelhante à instrução IA32 movl – Modo de endereçamento mais simples: Registo+Deslocamento AC – Y86: Definição da Arquitectura 9 Y86: Transferência de Dados (exemplos) IA32 Y86 Encoding movl $0xabcd, %edx irmovl $0xabcd, %edx 30 82 cd ab 00 00 movl %esp, %ebx rrmovl %esp, %ebx 20 43 movl -12(%ebp),%ecx mrmovl -12(%ebp),%ecx 50 15 f4 ff ff ff movl %esi,0x41c(%esp) rmmovl %esi,0x41c(%esp) 40 64 1c 04 00 00 movl $0xabcd, (%eax) — movl %eax, 12(%eax,%edx) — movl (%ebp,%eax,4),%ecx — AC – Y86: Definição da Arquitectura 10 Y86: Controlo de Fluxo (saltos) Jump Unconditionally jmp Dest 7 0 Dest Jump When Less or Equal jle Dest 7 1 Dest Jump When Less jl Dest 7 2 Dest Jump When Equal je Dest 7 3 Dest Jump When Not Equal jne Dest – Referidas genericamente como “jXX” – Códigos variam apenas no “function code” – Decisão baseada nos valores dos códigos de condição – Endereçamento absoluto 7 4 Dest Jump When Greater or Equal jge Dest 7 5 Dest Jump When Greater jg Dest 7 6 Dest AC – Y86: Definição da Arquitectura 11 Y86: Pilha Topo da pilha • Endereços • Maiores • Cauda da pilha AC – Y86: Definição da Arquitectura – Região da memória com dados do programa – Usada no Y86 (e IA32) para %esp suportar invocação de procedimentos – Topo da pilha : %esp – Pilha cresce para endereços menores • Topo no endereço menor • Push – primeiro subtrair 4 ao %esp • Pop – adicionar 4 ao %esp após leitura 12 Y86: Transferência de Dados (pilha) pushl rA a 0 rA 8 – Decrementar %esp por 4 – Armazenar palavra de rA na memória apontada por %esp popl rA b 0 rA 8 – Ler palavra da memória apontada por %esp – Guardar em rA – Incrementar %esp por 4 AC – Y86: Definição da Arquitectura 13 Y86: Procedimentos call Dest 8 0 Dest – Endereço da próxima instrução para a pilha (push) – Iniciar execução a partir do endereço Dest (escrita no PC) ret 9 0 – Ler valor do topo da pilha (pop) – Iniciar execução a partir deste endereço (escrita no PC) AC – Y86: Definição da Arquitectura 14 Y86: Instruções Adicionais nop 0 0 – No Operation: não altera o estado, excepto para o PC halt 1 0 – Pára a execução de instruções – IA32 tem uma instrução semelhante, mas não pode ser executada em modo utilizador AC – Y86: Definição da Arquitectura 15 Y86: Estrutura dos Programas .pos 0 irmovl Stack, %esp jmp main .align 4 múltiplos # inicializa pilha # dados alinhados em de 4 t: .long 10 main: … halt .pos 0x100 # reserva 4 bytes para um inteiro t com o valor inicial 10 # instruções – Programas começam no endereço 0 – Tem que se inicializar a pilha • Não sobrepor ao código! – Inicializar dados # stack a começar no addr 0x100 (256 em decimal) Stack: AC – Y86: Definição da Arquitectura 16 Y86: Assembler unix> yas eg.ys – Gera “código objecto” ficheiro ASCII eg.yo • Idêntico ao output de um disassembler 0x000: 0x006: 0x008: 0x00e: 0x010: 0x015: 0x018: 0x018: 0x018: 0x01c: 0x020: 0x024: 308400010000 2045 308218000000 a028 8028000000 10 b3130000 ed170000 e31c0000 00000000 AC – Y86: Definição da Arquitectura | | | | | | | | | | | | irmovl Stack,%esp rrmovl %esp,%ebp irmovl List,%edx pushl %edx call len2 halt .align 4 List: .long 5043 .long 6125 .long 7395 .long 0 # Set up stack # Set up frame # Push argument # Call Function # Halt # List of elements 17