INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Linguagem de...

INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS

VIVIANE LUCY

Linguagem de máquinaWebDesign

Redes de Computadores

Aula 05


VIVIANE LUCY

Máquinas multiníveis

Nível de linguagem orientado a problemas

Nível de arquitetura de conjunto de instruções

Nível de microarquitetura

Nível lógico digital

Nível 4

Nível 2

Nível 1

Nível 0

Tradução (compilador)

Interpretação ou execução direta

Hardware

a = b + c

0011001001010

Linguagem de montagem (assembly) Nível 3add c, b, a

Tradução (assembler)


VIVIANE LUCY

Instruções• Para comandar o hardware de um computador,

precisamos falar a linguagem dele.• As palavras da linguagem da máquina são

chamadas de instruções.• O conjunto de instruções formam um

vocabulário.• Normalmente representados por um código

assembly


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Linguagem de máquina• Os projetistas de máquina buscam:

– Um conjunto de instruções que facilite a construção do hardware e do compilador.

– Maximizar a performance– Minimizar o custo

• Após aprender a linguagem de uma máquina torna-se fácil aprender outras mais.– Mesmos princípios

• Estudaremos as instruções do processador MIPS.


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Processador MIPS• O processador MIPS é usado nos produtos da Nintendo,

Sony, Silicon graphics, entre outras.• É um processador de 32 bits.• Sua linguagem de montagem apresenta uma estrutura

bastante regular.• É um processador RISC ( conjunto reduzido de

instruções).• Possui 32 registradores de 32 bits em sua arquitetura.


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Linguagem de máquina• Linguagem assemby é essencialmente

suportada diretamente em hardware.– Simplicidade -> regularidade– Limite nos tipos de operandos (registradores)– Limite no conjunto de operações


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Elementos de uma instrução– Código da operação (codop)

• Faça isto– Endereço do operando fonte

• Use isto– Endereço do operando resultado

• Coloque o resultado aqui


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Operações aritméticas• MIPS: add a,b,c # a = b + c

– Obs. Os nomes dos operandos não são a, b e c

• Instruções são mais rígidas que em linguagem de alto nível– MIPS: apenas 3 operandos – Exemplo: a = b + c + d + e

add a, b, c # a = b + cadd a, a, d # a = a + dadd a, a, e #a = a + e


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Variáveis Assembly : Registradores• Assembly não utiliza variáveis• Operandos Assembly são registradores

– Número limitado de localizações especiais construídas diretamente no hardware

– Operações podem somente ser realizadas nestes

• Como os registradores estão diretamente no hardware eles são muito rápidos.


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Variáveis Assembly : Registradores• Exemplo:

– MIPS: 32 registradores de 32 bits– Cada registrador tem um nome– Os nomes começam com $– $s0, $s1, $s2... ,$s7-> correspondem às

variáveis de programa– $t0, $t1, $t2...,$t9 -> registradores temporários– Zero: $zero


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Variáveis Assembly : Registradores• Banco de Registradores

$s7 23$s6 22$s5 21$s4 20$s3 19$s2 18$s1 17$s0 16$t7 15$t6 14$t5 13$t4 12$t3 11$t2 10$t1 9$t0 8

.

.

.

.

.

.

31

0


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Tradução Linguagem de máquina para código

de instruções • Instruções aritméticas com imediatos

addi $t0, $s1,4

opcodeRegistrador

destinoRegistrador

fonte Imediato

6 bits 5 bits 5 bits 16 bits

001000 10001 10010 0000000000000100

6 bits 5 bits 5 bits 16 bts

Linguagem de máquina

Código da instrução


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Adição e Subtração• Sintaxe das instruções:

– Nome da operação (add, sub)– Operando destino– Primeiro operando fonte– Segundo operando fonte

add $t0, $s1, $s2


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Adição e subtração• Exemplo:

f = (g + h) – (i + j);

add $t0, $s1, $s2

add $t1, $s3, $s4

sub $s0, $t0, $t1

f

g

h

i

j

$s0

$s1

$s2

$s3

$s4


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Adição e subtração• Exemplo:

a = b + c + d – e;

add $s0, $s1, $s2

add $s0, $s0, $s3

sub $s0, $s0, $s4

a

b

c

d

e

$s0

$s1

$s2

$s3

$s4


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Instruções Lógicas• Operações AND e OR;• Sintaxe semelhante às operações aritméticas;• Exemplos:

– and $t0,$s0,$s1– or $t0,$s0,$s1


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de instruções • Instruções aritméticas e lógicas

add $t0, $s1,$s2

opcodeRegistrador

destinoRegistrador

fonte 1Registrador

fonte 2Não utilizado

6 bits 5 bits 5 bits 5 bits Não utilizado

000000 10001 10010 01000 00000000000

6 bits 5 bits 5 bits 5 bits Não utilizado




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Operandos Imediatos• Imediatos são costantes numéricos.

• São comuns em códigos, logo existem instruções especiais para eles.

• Somar imediato: addi $t0, $t1, 10 # $t0 = $t1 + 10

Imediato


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de instruções • Instruções aritméticas com imediatos

addi $t0, $s1,4

opcodeRegistrador

destinoRegistrador

fonte Imediato


001000 10001 10010 0000000000000100





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Transferência de dados• Transferem dados entre registradores e memória

– Memória para registrador– Registrador para memória


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Transferência de dados• Cada palavra na memória tem um endereço;• Primeiros computadores numeravam palavras

como elementos de um array C.– memory[0], memory[1], memory[2]...– Endereçamento por palavra

dados

3

2

1

0

10001110010100010011010101010111

10000110110100010011010101010111 10001110010100011101010101010110 01110011010110100011010101010111


VIVIANE LUCY

Transferência memória para registrador

• Para transferir uma palavra de dados, nós devemos especificar duas coisas:– Registrador (destino);– Endereço da memória;

• A memória é um array uni-dimensional– Podemos endereçá-la através de um ponteiro– Podemos deslocar o ponteiro


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• Para especificar um endereço de mémória:– Registrador que contém um ponteiro para a

memória;– Um deslocamento numérico (em bytes);

• O endereço é a soma desses dois valores;– Ex: 8($t0)

Especifica o endereço de memória apontado pelo valor em $t0 mais 8 bytes


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Memória para registrador• Sintaxe da instrução de carga (load)

– Nome da operação (instrução) – Registrador que receberá o valor– Deslocamento numérico em bytes

• No MIPS deslocamento possui 16 bits, podendo ser positivo ou negativo.

– Registrador contendo um ponteiro para a memória.• Nome da instrução: lw (load word)

– 32 bits são transferidos de uma vez


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• Exemplo:– lw $t0, 3($s0)– $s0 é o registrador base– 3 é o deslocamento (offset)

Ex. $s0 = 1

=> Endereço = 1 + 3 = 4

$t0 0

21

43

65

7

98

1110

12


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Memória para registrador• Pergunta:

– Suponha que temos um vetor A– Qual é o offset para selecionar A[8]?

g = h + A[8];– g: $s1;– h: $s2;– $s3: endereço base de A, ou seja, endereço

de A[0];


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lw $t0,8($s3)

add $s1, $s2, $t0A[0]A[1]A[3]

A[8]

8 palavras


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Registrador para memória• Também queremos armazenar o valor de um

registrador na memória.– Nome da instrução sw (store word);– Sintaxe idêntica a instrução load;

sw $t0,12($s0)– Essa instrução tomará o ponteiro em $s0,

somará 12 bytes a ele, e então armazenará o valor do registrador $t0 no endereço de memória apontado pela soma calculada


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Transferência registrador para memória

• Exemplo:

A[12] = h + A[8];– h : $s2– $s3: tem o endereço base de A

Passos: – 1 – carregar A[8] para registrador temporário– 2 – somar– 3 – Armazenar resultado em A[12]


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Registrador para memória• Passo 1:

– Determinar o offset de A[8]:• Offset = 8

– lw $t0,8($s3)• Passo 2:

– add $t0, $s2, $t0• Passo 3:

– Determinar offset de A[12]:• Offset = 12;

– sw $t1,12($s3)


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de instruções • Instruções transferência de dados

lw $t0, 1200 ($t1)

opcodeRegistrador

destinoRegistrador

basedeslocamento


100011 01001 01000 0000010010110000





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Exercícios de fixação1) Realize as seguinte operação utilizando a linguagem

de máquina do MIPS:

a) A[15] = h + B[6];$s0 : h

$s1: endereço base de A

$s2: endereço base de B

b) A[15] = A[5] + B[6] + B[0];$s1: endereço base de A


c) A[4] = A[12] – A[5] + A[3]$s1: endereço base de A



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Instruções de Desvio


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Instruções de desvio Todas as instruções executadas até agora nos

permitem manipular dados - > calculadora Para construirmos um computador precisamos

da habilidade de tomar decisões Ex. Como representar o seguinte trecho de

código em assembly (ling. de máquina):if (a == 0)

a = a+1;else

a = a-1;


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Instruções de desvio O MIPS possui duas instruções de desvio condicional

beq (branch if equal) – desvie se igual bne (branch if not equal) – desvie se não igual

Sintaxe beq

beq registrador1, registrador2, L1 Se conteúdo de registrador1 igual ao conteúdo de

registrador2, desvie para o label L1 Exemplo: beq $t1, $t0, L1


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Instruções de desvio Sintaxe

bne

bne registrador1, registrador2, L1 Se conteúdo de registrador1 é diferente do conteúdo do

registrador2, desvie para o label L1 Exemplo: bne $t1, $t0, L1


VIVIANE LUCY

Instruções de desvio A instrução de desvio incondicional no MIPS é a

jump(pule, ou desvie para) sintaxe:

j L1 # desvie para o label L1

Essa instrução é equivalente ao goto


VIVIANE LUCY

Instruções de desvio• Vamos rearranjar o código:

if (a == 0) goto L1;

a = a - 1;

goto L2;

L1: a = a + 1;

L2:

if (a == 0) a = a+1;else

a = a-1;

Observação: L1 é um label que representa o endereço onde a instrução a = a + 1 está armazenada.


VIVIANE LUCY

Desvios condicionais Vamos executar o nosso trecho de código na

linguagem do MIPS: a : $s0

beq $s0,$zero,L1 # se a = 0 vai para L1

subi $s0,$s0,1 # faz a = a -1

j L2 # vai para L2

L1: addi $s0,$s0,1 # faz a = a+1

L2:

if (a == 0)a = a+1;

else a = a-1;


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Laços Como faríamos para executar o seguinte código:

Reescrevendo:

LOOP: a = a + 1;

if(a != 10)

goto LOOP;

do{ a = a + 1;}while (a != 10);


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Laços Em linguagem de máquina teríamos:a: $s0 , 10 : $s1

LOOP: add $s0,$s0,1

bne $s0,$s1,LOOP

do{ a = a + 1;}while (a != 10);


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Exercícios de fixação1) Traduza os seguintes trechos de código para o

assembly do MIPS:

a) b = 0;

do{

b = b + 5;

}while(b != 50);

b) if (b == 10)

b = b - 1;

else

b = b*2;

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