[PDF] Archi Système cours 4 registre. Accumulateur et logique (UAL).

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1Architecture des ordinateurs

et système d'exploitation

Chapitre 4

Microprocesseurs

Sylvain Cherrier

2Architecture de l'ordinateur

Organisation de la mémoire Interactions directes avec le microprocesseur Stockage des instructions du programme Création, modification, et suppression des données Harvard Mémoires séparées : 1 pour les données, 1 pour les instructions Problèmes : taille optimale ?  Von Neuman Une seule mémoire, contenu mélangé Problèmes : 17 est il la donnée 17, ou l'instruction 17 ?

3Architecture interne du microprocesseur

Mémoire

donnéesadresses

Décodeur

instuctionsregistreregistreregistre registreregistreregistre

Accumulateur

et logique (UAL)

Registre d'étatsPointeur

pile

Compteur

ordinal

Horloge

4Les registres

Permettent de stocker des valeurs Ont une taille définie (32 bits, 64 bits) Utiles pour la manipulation des données (un compteur, une valeur à modifier) Remplissent en gros le rôle des variables Certains registres contiennent des adresses mémoires (pointeur, de type pile, ordinal, base, etc) Certains registres peuvent avoir un rôle particulier pour certaines commandes du processeurs

5Unité Arithmétique et logique

(Accumulateur) Contiendra le résultat d'une opération mathématique Souvent, une opération est appelée sur son contenu, et un registre (ajoute le registre 3, soustrait le registre 2) Les opérations déclenchent des réaction dans le registre des états (résultat zéro, négatif, virgule, retenue, division par zéro, etc) Capable de faire des opérations logiques (si tel registre est supérieur à tel valeur, égal, différent de, etc) Parfois, certains registres sont capables eux aussi d'exécuter des opérations (INC et DEC sur leurs contenus)

6Registre d'états

Le registre d'états correspond à des " juges de touches » Il contient des " flags » représentant l'état courant de l'accumulateu Parmi ces flags : Nul (l'opération a donné un résultat 0), NEG (négatif), virgule (l'opération n'a pas donné un résultat entier), retenue (un débordement a eu lieu), division par zéro C'est à la charge du programmeur d'aller consulter ce registre d'état Comme un juge de touche, si l'arbitre (le programmeur) ne s'intéresse pas à son indication, alors, le programme continue

7Compteur ordinal

Contient l'adresse de la prochaine exécution à lire Permet de suivre la logique du programme Chaque lecture incrémente le compteur ordinal Celui-ci connaît alors l'adresse de la prochaine instruction Une boucle se réalise en manipulant l'adresse du compteur ordinal Si la valeur borne n'est pas atteinte (UAL), alors retourne de 4 instructions en arrière (CO = CO - 4 ) L'appel à une fonction se fait en altérant l'adresse de la prochaine instruction Comment faire alors pour revenir à l'endroit de départ ? Comment passer des paramêtres ? Comment renvoyer une valeur de retour ?

8Décodeur d'instructions

Séléction d'une case mémoire (Compteur Ordinal) Transfert du contenu de la case vers le décodeur d'instruction Décodage et incrément du compteur ordinal (pour instruction suivante) Exécution de l'instruction transfert vers un registre, altération d'un registre (inc, CO, pile, etc) ou transfert depuis un registre utilisation de l'ALU (opération mathématique, logique...),  interrogation des registres d'états, etc

9Architecture interne du microprocesseur

Mémoire

donnéesadresses

Décodeur

instuctionsregistreregistreregistre registreregistreregistre

Accumulateur

et logique (UAL)

Registre d'étatsPointeur

pile

Compteur

ordinal

Horloge

1/ Cadence2/ prochaine

instruction3/ décodage4/ utilisation des ressources

5/ MAJ du registre d'états

(si nécessaire)

10Langage machine

Liste d'instructions comprises par le microprocesseur Définie par le fabricant Propre à chaque architecture Décrit une opération atomique une addtion,  un test,  un transfert en mémoire Un programme = liste d'instructions Exécution séquentielle des instructions

11Format des instructions

Code binaire Avec ou sans arguments Chaque instruction : un opcode Par exemple en intel x86 :  Les opcodes 06 et 07 correspondent respectivement à PUSH et POP Les opcodes 00, 01 et 02 = ADD avec différents types de registres (8, 16,

32 bits)

Codification difficile Utilisation de Mnémonique pour simplifier le codage

12Guide assembleur Intel

Source : http://ref.x86asm.net

OpCodeMnémonique

Description

13Exemple de programme assembleur

.486 .MODEL FLAT .CODE

PUBLIC _myFunc

_myFunc PROC ; Subroutine Prologue push ebp ; Save the old base pointer value. mov ebp, esp ; Set the new base pointer value. sub esp, 4 ; Make room for one 4-byte local variable. push edi ; Save the values of registers that the function push esi ; will modify. This function uses EDI and ESI. ; (no need to save EBX, EBP, or ESP) ; Subroutine Body mov eax, [ebp+8] ; Move value of parameter 1 into EAX mov esi, [ebp+12] ; Move value of parameter 2 into ESI mov edi, [ebp+16] ; Move value of parameter 3 into EDI mov [ebp-4], edi ; Move EDI into the local variable add [ebp-4], esi ; Add ESI into the local variable add eax, [ebp-4] ; Add the contents of the local variable ; into EAX (final result) ; Subroutine Epilogue pop esi ; Recover register values pop edi mov esp, ebp ; Deallocate local variables pop ebp ; Restore the caller's base ; pointer value ret _myFunc ENDP END Source : http://www.cs.virginia.edu/~evans/cs216/guides/x86.html

14Langages

Traduction vers le binaire (les opcodes) : compilation L'Assembleur est compilé Le codage est fait au plus proche de la machine On dit ; langage bas niveau Le résultat est très efficace Langages plus évolués : haut niveau Codage beaucoup plus facile, plus proche du langage humain Chaque instruction est transformée en une suite équivalente de plusieurs opcodes L'écriture directe en opcode (assembleur) serait certainement plus optimale Les compilateurs sont capables d'optimiser le code, à un point qui rivalise un bon codeur assembleur

15Un petit bonjour

En assembleur (Source wikipedia.org)

16Un petit bonjour

En python En C

17Résultats

Compilation de l'assembleur

nasm -f elf test.asm ld -o test test.o -melf_i386 Le binaire fait 672 octets

Compilation du C

Gcc -o test test.c Le binaire fait 6704 octets (10 fois plus) Interprétation du python python3 testpython.py Lancement de l'interpréteur, qui exécute ensuite pas à pas le script python

18Résultats en terme d'exploitation

Surveillance du processus avec strace

Programme en assembleur : 1 seul appel au système strace testasm (3 appels système) Programme en C De nombreux appels au système strace test (env. 40 d'appels système) Programme python Interpréteur, qui exécute le programme strace python3 testpython.py (plus de 650 appels système) Durée : 0.024s (les deux autres donnent 0 ,000 s)

19Structure d'un programme

Un programme est constitué de 4 zones :

Le segment de code (Les instructions) Le segment de pile (les variables locales et gestion des fonctions) Le segment de données (variables globales) Le tas (zone dynamique, qui varie en cours de la vie du programme) Ces contenus sont définis lors de la création du binaire, selon les besoins détectés. Parfois, certains zones sont protégées, afin d'assurer la sécurité (par exemple, le segment de code est en lecture seule)

20Simulation d'un micro processeur

Pseudo processeur, avec pseudo langage assembleur (hérité du 6502) A but pédagogique uniquement Objectif : visualiser les échanges, comprendre les mécanismes

21Little Thinker

Saisie du

programme :

Case zéro et

suivantesLancement du programme :

Pas à pas ou

completVue en temps réel des modifs des différents registres

22Éléments, et notation

Les éléments manipulables sont :

Les cases mémoire Il y a 50 cases mémoires Numérotées de 0 à 49 Il n'y a pas de nom de variables, vous devez vous souvenir où vous rangez les données L'adresse s'exprime avec un $ ($12 veut dire case mémoire 12) Les 5 registres Numérotés de 0 à 4 Accès avec un # (#1 est le deuxième registre) On peut y déposer une valeur, ou la consulter L'accumulateur Il s'appelle a On y dépose le premier opérande On indique ensuite l'opérateur et le second opérande

23Syntaxe des commandes

Commande espace argument1 espace.... argumentN

En général, les commandes prennent un ou deux arguments. La casse n'a pas d'importance. Attention : ici, chaque instruction (opcode) tient dans une case. Dans la réalité, les opcodes et leurs arguments occupent n cases mémoire Les instructions permettent  d'échanger des données entre la mémoire et le processeur Faire des calculs Faire des tests Faire des sauts

24Transferts

Stockage dans la mémoire, dans les registres, ou dans l'accumulateur Les données proviennent de la mémoire, des registres, de l'accumulateur, ou sont écrites " en dur » Pour VENIR DANS le processeur, la commande est :  LD cible origine (load) Pour SORTIR DU processeur (vers la mémoire), la commande est ST origine cible (store) Pour des copier coller à l'INTÉRIEUR du processeur, la commande est MV origine cible (move) Quelques exemples d'instructions ld a 15 st #0 $10 ld #1 12 d #1 $12 mv a #2

25Operations mathématiques

inc cible pour l'Incrémentation dec cible décrementation Faisable directement sur un registre Exemple de programme ld #1 12 ld #0 3 dec #1 dec #1 inc #0

26Operations mathématiques

Les opérations sont en général faites sur l'accumulateur On met le premier opérande dans l'accumulateur On déclenche l'opération (opérateur 2ième opérande) Le résultat est dans l'accumulateur (l'ancien contenu est écrasé) Le registre d'état peut être affecté par cette opération (nul, négatif, retenu) Il faut ensuite recopier ce résultat pour l'exploiter ld a 5 add 12 mv a #1

27Opérations mathématiques et logiques

Add valeur Peut affecter les états Nul, Négatif Sub valeur Peut affecter les états Nul, négatif Mul valeur Peut affecter nul, négatif Div valeur Peut affecter nul, négatif, décimal Mod valeur Peut affecter nul et négatif Cmp valeur Peut affecter nul et négatif Permet donc de faire des comparaisons

28Ruptures de séquence

Exécution séquentielle des instructions La rupture permet de mettre en place des boucles, et des traitements différenciésquotesdbs_dbs42.pdfusesText_42

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