Обзор работы с моделью » History » Version 12

« Previous - Version 12/24 (diff) - Next » - Current version
krufter_multiclet, 04/24/2013 01:30 PM

Обзор работы с моделью¶

Страница в разработке

Работа с моделью на данный момент осуществляется из командной строки, в дальнейшем будет использоваться для всего проекта среда Eclipse или Netbeans.

= Система команд (Instruction Set Architecture) =¶

Формат кодирования команды¶

Формат AA размер 32 бит:


31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10  9  8  7  6  5  4  3  2  1  0
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  X  X  X  X  X  X -- F2 -- адрес значения 2-ого операнда
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  X  X  X  X  X  X -------------------- F1 -- адрес в коммутаторе значения 1-ого операнда
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  X  X  X  X  X  X -------------------------------------- t  -- Задержка выдачи результата (тау).
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  X -------------------------------------------------------- Резерв.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  X  ---------------------------------------------------------- Признак инструкции, завершающей параграф.
 .  .  .  .  .  .  .  .  X  X  X  X -------------------------------------------------------------- TOP -- тип операции.
 .  .  .  .  .  .  X  X -------------------------------------------------------------------------- Суффикс:
 .  .  .  .  .  .                                                                                   0X - формат AA
 .  .  .  .  .  .                                                                                   00 - F2 содержит адрес коммутатора
 .  .  .  .  .  .                                                                                   01 - F2 содержит номер регистра
 X  X  X  X  X  X -------------------------------------------------------------------------------- COP -- код операции.

Формат AV размер 64 бит.
Старшая часть имеет такую же структуру как и формата AA, младшие 32 бита -- значение поля V.

Типы операций¶

Тип операции задается кодом в поле `TOP`.

Правило кодирования типов содержащих значение в целочисленном представлении.

3 2 1 0
. . x x -- Уменьшенный на единицу размер в байтах:
. .         00 - byte
. .         01 - half word
. .         10 - word
. .         11 - double word
. 0 ------ Признак представления плавающей точки, всегда == 0.
x -------- Признак знаковости:
            0 - Беззнаковое;
            1 - Знаковое.

Правило кодирования типов содержащих значение в представлении плавающей точки.

3 2 1 0
. . x x -- Тип:
. .         00 - float
. .         01 - double
. .         10 - pack
. .         11 - complex
. 1 ------ Признак  представления плавающей точки, всегда == 1.
1 -------- Признак знаковости, всегда == 1.

Сводная таблица кодов типов.

'''Тип'''	'''Беззнаковый'''	'''Знаковый'''	'''Примечание'''
byte	0b0000	0b1000
hword	0b0001	0b1001	Тип не используется в существующей реализации
word	0b0010	0b1010
dword	0b0011	0b1011	Знаковый тип этого размера не используется в существующей реализации

float		0b1100
double		0b1101	Тип не используется в существующей реализации
pack		0b1110
comlex		0b1111

=== Типы в ассемблере ===¶

Для резервирования памяти данных в ассемблере используются директивы резервирования памяти, используемые в сегменте данных (.data).

Соответствие размера резервируемой памяти директивами ассемблера коду типов операции архитектуры приведено в таблице ниже.
Необходимо понимать, что директивы резервирования памяти в сегменте данных ассемблера никак не связаны с кодом типа операции.
Соответствие определить можно, но одно от другого не зависит.

'''Код типа'''	'''Директива'''	'''Размер в битах'''
byte	.byte	8b
hword	.short	16b
word	.long	32b
dword	.quad	64b

В ассемблере зависимость от кода типа данных появляется в мнемонике инструкции.
Мнемоника инструкции состоит из двух частей:
1. корня, соответствующего коду операции и
2. суффикса, соответствующего типу операции.

Операций системы команд будут представлены ниже, а мнемонику суффикса показывает следующая таблица:

'''TOP'''	'''Беззнаковый'''	'''Знаковый'''	'''Примечание'''
byte	b	sb
hword	s	ss	НЕ используется в существующей реализации
word	l	sl
dword	q	sq	Знаковый тип этого размера НЕ используется в существующей реализации

float		f
double		d	НЕ используется в существующей реализации
pack		p
comlex		c

Поле регистров

Процессор имеет следующие типы регистров:
- регистры общего назначения (РОН [GPR -- General Purpose Register]);
- регистры индексные (РИ [IR -- Index Register]);
- регистры управляющие (РУ [CR -- Control Register]).

5 4 3 2 1 0
. . X X X X -- Номер регистра.
X X ---------- Тип регистра:
                00 -- Регистр общего назначения.
                01 -- Зарезервировано, не используется.
                10 -- Регистр индексный.
                11 -- Регистр управляющий.

=== Регистры общего назначения ===

Используются в качестве сверхбыстрой памяти (Scratchpad memory).
Имеют размер 64 бита.

=== Регистры индексные ===

Имеют следующую логическую структуру:

63 .. 48 47 .. 32 31 .. 0
 .  .  .  .  .  .  XXXXXX -- База   (Base).
 .  .  .  XXXXXXX ---------- Маска  (Mask).
 XXXXXXX ------------------- Индекс (Index).

При записи значения в индексный регистр одновременно устанавливаются все части регистра.

При использовании индексного регистра в алгоритме операции участвует только значение базы -- младшие 32 бита, старшие 32 бита формируются в соответствии с правилами размножения знака для операций, работающими с знаковыми целочисленными типами, во всех остальных операциях сбрасываются в ноль.

При этом, после выполнения параграфа в котором существует инструкция, использующая индексный регистр происходит модификация значения индексного регистра по следующей формуле:

На псевдо-Си:

Index := (( Index | ~Mask ) + 1 ) & Mask
Base  := Base + Index;
Операции сложения выполняются по модулю.

Используются для определения смещения при индексном доступе к оперативной памяти.
В общем случае, для организации цикла используются два индексных регистра.
Один -- для вычисления количества итераций цикла, второй -- для вычисления смешения на каждом цикле итерации.
Шаг смещения, в простейшем случае, является степенью двойки (1,2,4,8,16,...).

=== Регистры управляющие ===

'''Имя регистра'''	'''Номер'''	'''Права'''	'''Описание'''
PSW	00	R/W	Регистр управления вычислительным процессом
INTR	01	R/W	Регистр прерываний
MSKR	02	R/W	Регистр маска прерываний
ER	03	R	Регистр исключений
IRETADDR	04	R	Регистр адреса возврата
STVALR	05	R/W	Регистр периода системного таймера
STCR	06	R/W	Регистр управления системным таймером
IHOOKADDR	07	R/W	Регистр первичного обработчика прерываний
INTNUMR	08	R	Регистр номера прерывания
MODR	09	R/W	Регистр маски модификации индексных регистров

Память

Единицей адресации памяти данных является байт, размером 8 бит.
Адресация по всем блокам памяти данных сквозная.
При этом аппаратно чтение данных выравнено на 64 бита.
При вычитывании данных пересекающих границу выравнивания чтение выполняется в "два приема" (сказывается на быстродействии).

Многобайтные значения в памяти данных располагаются в порядке от старшего байта к младшему (little-endian).

Единицей адресации памяти команд является 64 бита.
Адресация памяти команд блочная.
С программной точки зрения значение метки одинаково во всех блоках.

Значения в блоке памяти команд располагаются в порядке от младшего байта к старшему (big-endian).

Таблица команд

Большинство инструкций формируют результат, сохраняемый в коммутаторе.
Размер значения результата соответствует размеру коммутатора -- 64 бит.

Результат нагружен значениями флагов:

'''№ бита'''	'''Флаг'''	'''Перевод'''	'''Описание'''
64	ZF (Zero Flag)	Флаг нуля	Результат нулевой.
65	OF (Overflow Flag)	Флаг переполнения	Потеря значащего бита.
66	CF (Carry Flag)	Флаг переноса	Операция произвела перенос из старшего бита результата.
67	SF (Sign Flag)	Флаг знака	Состояние старшего бита результата.

Флаги могут иметь значение не для каждой операции.
В таблице команд приведены значения флагов, которые имеют значение.

Обозначения, используемые в таблице команд:
- Все числа представлены в двоичной системе;
- Рядом с двоичным значением кода операции в скобочках дано десятичное значение;
- Если число или цифра не используется то на ее знакоместе стоит знак '-';
- Если цифра в числе может принимать любое значение, на ее знакоместе стоит знак 'x';
- В колонке флаги результата (Result Flags) перечислены флаги которые вырабатывает инструкция или которые она сохраняет.
Т.е. эти флаги, как характеристики значения результата, имеют смысл.
- Примечания, помеченные символом '*' для не реализованных в аппаратуре типов приведены для общности.

=== Инструкции работы с памятью ===

COP

Suffix

TOP

Result Flags

Примечание

100001 (33)

00xx

000000

xxxxxx

ZF SF

Считывается столько бит сколько определено размером типа. Старшие биты нули.

1000

000000

xxxxxx

ZF SF

Считываются 8 бит. 7 бит распространяется в старшие.

1001

000000

xxxxxx

ZF SF

*Считываются 16 бит. 15 бит распространяется в старшие.

1010

000000

xxxxxx

ZF SF

Считывается 32 бита. 31 бит распространяется в старшие.

1011

000000

xxxxxx

ZF SF

Считывается 64 бита.

1100

000000

xxxxxx

ZF SF

Старшие биты результата расширяются нулем.

1101

000000

xxxxxx

ZF SF

*Старшие биты результата расширяются нулем.

11xx

000000

xxxxxx

Считывается 64 бита.

100010 (34)

xxxx

xxxxxx

-- -- -- --

Записывается столько бит сколько определено размером типа.

wr::
 Поле F1 никогда не может быть равной нулю.
 wr в отличии от большинства других команд НЕ возвращают значение операнда (оптимизация выполнения).

=== Инструкции работы с регистрами ===

COP

Suffix

TOP

Result Flags

Примечание

exa

000010 (02)

0010

000000

xxxxxx

Исполнительный адрес, сформированный индексным регистром.

0010

000000

xxxxxx

Исполнительный адрес, сформированный индексным регистром с полем V.

get

000011 (03)

00xx

000000

xxxxxx

ZF SF

Значение обрезается до размера типа. Старшие биты нули.

10xx

000000

xxxxxx

ZF SF

Значение обрезается до размера типа. Распространение знакового бита типа.

1100

000000

xxxxxx

ZF SF

Загрузка значения. Старшие биты нули.

11xx

000000

xxxxxx

Загрузка значения.

set

000100 (04)

0011

xxxxxx

-- -- -- --

Пересылка значения коммутатора в регистр.

0011

xxxxxx

-- -- -- --

Пересылка значения регистра в регистр.

0010

xxxxxx

000000

-- -- -- --

Запись беззнаковой константы в регистр. Старшие биты нули.

1010

xxxxxx

000000

-- -- -- --

Запись знаковой константы в регистр. Распространение знакового бита типа.

exa::
 В качестве операнда имеет смысл только индексный регистр.

set::
 Интерпретация значения поля F1 отличается от интерпретации, используемой для других инструкций.
 Значением поля F1 является индекс регистра в который записывается значение, сформированное при интерпретации значений поля F2 и/или V.
 В отличии от большинства других команд НЕ возвращают значение операнда (оптимизация выполнения).

get::
 Во всех случаях происходит преобразование типа и/или выставление флагов заново.
 При формировании значения аргумента инструкция не обращается к памяти данных.
 Формат команды с суффиксом 11 не имеет смысла, т.к. для этого используется exa.
 Инструкцию можно использовать для преобразования размеров значения целочисленного типа.

Прочтение мнемокода инструкций:

exa

EXecutive Address

=== Арифметические инструкции ===

COP

Suffix

TOP

Result Flags

Примечание

add

000101 (05)

x0xx

xxxxxx

ZF SF CF OF

Сложение целочисленное.

11xx

xxxxxx

ZF SF OF

Сложение.

sub

000110 (06)

x0xx

xxxxxx

ZF SF CF OF

Вычитание целочисленное.

11xx

xxxxxx

ZF SF OF

Вычитание.

mul

000111 (07)

x0xx

xxxxxx

ZF SF CF==OF

Умножение целочисленное.

11xx

xxxxxx

ZF SF OF

Умножение.

adc

001000 (08)

00xx

xxxxxx

ZF SF CF OF

Сложение с переносом.

sbb

001001 (09)

00xx

xxxxxx

ZF SF CF OF

Вычитание с заемом.

insub

001010 (10)

x0xx

xxxxxx

ZF SF CF OF

Обратное вычитание целочисленное.

11xx

xxxxxx

ZF SF OF

Обратное вычитание.

div

001011 (11)

1100

xxxxxx

ZF SF OF

Деление.

sqrt

001100 (12)

1100

000000

xxxxxx

ZF SF OF

Извлечение квадратного корня.

max

001101 (13)

x0xx

xxxxxx

ZF SF

Выбор наибольшего для целочисленных типов.

110x

xxxxxx

ZF SF OF

Выбор наибольшего для float.

min

001110 (14)

x0xx

xxxxxx

ZF SF

Выбор наименьшего.

110x

xxxxxx

ZF SF OF

Выбор наименьшего для float.

abs

001111 (15)

1000

000000

xxxxxx

ZF OF

Абсолютное значение знакового байта.

1010

000000

xxxxxx

ZF OF

Абсолютное значение знакового слова.

1100

000000

xxxxxx

Абсолютное значение float.

Пояснение:
- Арифметических операций для типов 0011 (unsigned dword), 1011 (dword) не существует.
- Для инструкций в формате AV значение поля V преобразуется к типу операции по правилам для инструкций set.
- Поле F1 не может быть нулем, если не оговорено особо.

Инструкции adc, sbb используют в качестве операндов арифметической операции значение '''второго''' аргумента и значение флага CF '''первого''' аргумента.

Значения флагов CF и OF вычисляются на разрядной сетке типа инструкции.
Например, флаг сдвига (CF) для байтного сложения выставляется при переносе единицы из 7-ого бита результата в 8-ой.

Для инструкции умножения mul если размер результата получился больше чем размер операнда выставляются оба влага CF и OF.

Прочтение мнемокода инструкций:

	adc		ADdition with Carry Flag
	sbb		!SuBtract with Barrow (Carry Flag)
	insub		INversion SUBtract

=== Логические и побитовые инструкции ===

COP

Suffix

TOP

Result Flags

Примечание

010000 (16)

0011

xxxxxx

Логическое сложение

and

010001 (17)

0011

xxxxxx

Логическое умножение

xor

010010 (18)

0011

xxxxxx

Сложение по mod2

not

010011 (19)

0011

000000

xxxxxx

Отрицание

norm

010100 (20)

10xx

000000

xxxxxx

Возвращает значение используемое при нормализации числа с фиксированной точкой.

pack

010101 (21)

0011

xxxxxx

patch

010110 (22)

0011

xxxxxx

sll, sal

011000 (24)

x0xx

xxxxxx

ZF SF CF OF

Логический/арифметический сдвиг влево

slr

011001 (25)

00xx

xxxxxx

ZF SF CF OF

Логический сдвиг вправо

sar

011011 (27)

10xx

xxxxxx

ZF SF CF OF

Арифметический сдвиг вправо

rol

011100 (28)

00xx

xxxxxx

ZF SF CF OF

Циклический сдвиг влево

ror

011101 (29)

00xx

xxxxxx

ZF SF CF OF

Циклический сдвиг вправо

'''Примечание''':
COP формата '''011'''xxx зарезервирован для реализации инструкций сдвигов и переходов (см. ниже).

Пояснение:
- Инструкции or, and, xor, not реализованы для внутреннего представления (64 бита).
- Инструкции shl и sal реализованы одинаково, различие в знаковости типа операции можно пренебречь.

Все инструкции сдвига выставляют флаги CF и OF. (Далее используется: MSB - Most Significant Bit).

Флаг CF равен выдвигаемому биту.

Флаг OF определен если сдвиг на один разряд.

SLL, SAL, ROL, ROR::
OF <- 0 if (CF == MSB), т.е. два старших бита операнда были одинаковы.
OF <- 1 if (CF != MSB), т.е. два старших бита операнда были различны.
SAR::
OF <- 0
SLR::
OF <- MSB_первоначального_операнда

Прочтение мнемокода инструкций:

	sll		Shift Logical Left
	slr		Shift Logical Right
	sal		Shift Arithmetic Left
	sar		Shift Arithmetic Right
	rol		ROtate Left
	ror		ROtate Right
	bsr		Bit Scan Reverse

=== Инструкции передачи управления ===

COP

Suffix

TOP

Result Flags

Примечание

Условие перехода

Применимость

jmp

011110 (30)

0000

000000

xxxxxx

-- -- -- --

Безусловный

не значимо

011110 (30)

0001

xxxxxx

-- -- -- --

`V1 V2`

ZF 1

все

jne

011110 (30)

0010

xxxxxx

-- -- -- --

`V1 != V2`

ZF 0

все

011110 (30)

1000

xxxxxx

-- -- -- --

SF 1

не значимо

jns

011110 (30)

1001

xxxxxx

-- -- -- --

SF 0

не значимо

011110 (30)

1010

xxxxxx

-- -- -- --

OF 1

не значимо

jno

011110 (30)

1011

xxxxxx

-- -- -- --

OF 0

не значимо

jb, jc

011110 (30)

0100

xxxxxx

-- -- -- --

`U1 < U2`

CF 1

без знака

jbe

011110 (30)

0101

xxxxxx

-- -- -- --

`U1 <= U2`

CF 1 or ZF 1

без знака

011110 (30)

0110

xxxxxx

-- -- -- --

`U1 > U2`

CF 0 and ZF 0

без знака

jae, jnc

011110 (30)

0111

xxxxxx

-- -- -- --

`U1 >= U2`

CF == 0

без знака

011110 (30)

1100

xxxxxx

-- -- -- --

`S1 < S2`

SF != OF

со знаком

jle

011110 (30)

1101

xxxxxx

-- -- -- --

`S1 <= S2`

SF != OF or ZF 1

со знаком

011110 (30)

1110

xxxxxx

-- -- -- --

`S1 > S2`

SF OF and ZF 0

со знаком

jge

011110 (30)

1111

xxxxxx

-- -- -- --

`S1 >= S2`

SF OF

со знаком

Пояснение:

Все инструкции условного перехода в отличии от большинства других команд НЕ возвращают значение операнда (оптимизация выполнения).

Прочтение мнемокода инструкций:

	je		Jump if Equal
	jne		Jump if Not Equal

	jb		Jump if Below
	jbe		Jump if Below and Equal
	ja		Jump if Above
	jae		Jump if Above and Equal

	jl		Jump if Less
	jle		Jump if Less and Equal
	jg		Jump if Greater
	jge		Jump if Greater and Equal

=== Инструкции преобразования типов ===

COP

Suffix

TOP

Result Flags

Примечание

cwf

111000 (56)

1100

000000

xxxxxx

ZF CF OF

Преобразование word -> float

cswf

111010 (58)

1100

000000

xxxxxx

ZF SF CF OF

Преобразование signed word -> float

cfsw

111011 (59)

1010

000000

xxxxxx

ZF SF CF OF

Преобразование float -> signed word

Значения флагов CF, OF необходимо уточнить по признакам, выставляемым алгоритмом преобразования.

Прочтение мнемокода инструкций:

	cwf		Convert Word to Float
	cswf		Convert Signed Word to Float
	cfsw		Convert Float to Signed Word

=== Мультимедийные инструкции (MMC !MultiMedia Command) ===

Мультимедийные команды выполняются над упакованными значениями.
В данной группе команд TOP может не совпадать с типом результата.

COP

Suffix

TOP

Result Flags

Примечание

madd

110001 (49)

1110

xxxxxx

ZF SF OF

Упакованное умножение со сложением.

'''madd'''::
 Для двух упакованных чисел [a,b] [c,d] выполняет операцию: r = a*c + b*d.
 Флаги выставляются аналогично инструкции add с типом float.

Прочтение мнемокода инструкций:

madd

packed Multiply and ADD

Files (0)

Project

General

Profile

Сообщество » Примеры программ

Wiki