INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO. Arquitectura de Computadores (ACom)

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1 UNIVERSIDADE TÉCNICA DE LISBOA INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Departamento de Engenharia Informática Arquitectura de Computadores (ACom) LEIC-A, MEIC-A Acetatos das Aulas Teóricas Versão Português Aula N o 05: Título: Sumário: salto (saltos absolutos, saltos relativos); Saltos condicionais; subrotinas;. 2010/2011 Nuno.Roma@ist.utl.pt

2 Arquitectura de Computadores (ACom) Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 1 / 35 Aula Anterior Na aula anterior... Códigos de representação Representação de valores inteiros Representação de valores fraccionários Vírgula fixa Vírgula flutuante Instruções lógicas e aritméticas do P3 Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 2 / 35

3 Sumário Hoje: salto: Saltos absolutos Saltos relativos Saltos condicionais subrotinas Bibliografia: Secção 10.5 Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 3 / 35 Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 4 / 35

4 da Sequência de Execução Evolução do fluxo de execução do programa: Sequencialmente, em endereços consecutivos; Mudanças abruptas: Saltos condicionais vs. saltos incondicionais; Saltos relativos vs. saltos absolutos; Chamada e retorno de sub-rotinas;. Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 5 / 35 Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 6 / 35

5 Saltos Saltos : Exemplos: JUMP, BRANCH; Especificam qual o endereço da próxima instrução a ser executada, através da manipulação do PC: PC <endereço > Exemplo: Etiq1: INC R1 BR Etiq1 Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 7 / 35 : Transferem o controlo apenas quando uma dada condição se verifica. Exemplo: DEC R1 BR.Z Etiq1 MOV R1, 55AAh Etiq1: ADD R2, R1 Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 8 / 35

6 : Transferem o controlo apenas quando uma dada condição se verifica. Exemplo: DEC R1 BR.Z Etiq1 MOV R1, 55AAh Etiq1: ADD R2, R1 Quais são as condições de teste? Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 8 / 35 Quais são as condições de teste? As condições correspondentes ao resultado da última operação aritmética ou lógica são guardadas num registo de estado (RE): Zero (Z) - verdadeira, se o resultado da última operação foi zero; Negativo (N) - verdadeira, se o resultado da última operação foi negativo; Positivo (P) - verdadeira, se o resultado da última operação foi positivo; Transporte (C) - verdadeira, se o resultado da última operação teve transporte; Excesso (O) - verdadeira, se o resultado da última operação exceder a capacidade de representação do processador. Só as instruções de manipulação de dados que envolvem a unidade lógica e aritmética alteram os valores dos bits de estado. Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 9 / 35

7 : Exemplo: MOV R1, 0003h SUB R1, 0004h BR.Z Etiq1 BR.N Etiq2 Etiq1: MOV R2, 0010h Etiq2: MOV R2, 0040h Qual o fluxo de execução? Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 10 / 35 : Exemplo: MOV R1, 0003h SUB R1, 0004h BR.Z Etiq1 BR.N Etiq2 Etiq1: MOV R2, 0010h Etiq2: MOV R2, 0040h Qual o fluxo de execução? Qual o valor do registo R2? Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 10 / 35

8 Saltos Absolutos Relativos Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 11 / 35 Saltos Absolutos Relativos Duas possibilidades para especificar o endereço de salto: Saltos absolutos - indicam um endereço absoluto em memória; Saltos relativos - indicam um deslocamento relativo à posição actual do PC. Nos saltos relativos são usados menos bits para descrever o endereço de salto. Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 12 / 35

9 Saltos Absolutos Relativos Vantagens: Saltos absolutos qualquer endereço em memória pode ser especificado; Saltos relativos poupança de espaço na codificação das instruções; programa relocatável - programa continua válido mesmo que seja copiado para posições de memória diferentes daquela onde foi inicialmente localizado. Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 13 / 35 Saltos Absolutos Relativos Processador P3: Saltos absolutos JMP, JMP.Z, JMP.NC, etc; Exemplo: JMP Etiq1 PC <endereço> Saltos relativos BR, BR.N, BR.NP, etc; Exemplo: BR Etiq2 PC PC + <offset> Cabe ao assembler codificar as instruções. No caso dos saltos relativos, o cálculo do offset é realizado pelo compilador. Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 14 / 35

10 Saltos Absolutos Relativos Cabe ao assembler codificar as instruções. No caso dos saltos relativos, o cálculo do offset é realizado pelo compilador. Exemplos: Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 15 / 35 Saltos Absolutos Relativos Cabe ao assembler codificar as instruções. No caso dos saltos relativos, o cálculo do offset é realizado pelo compilador. Exemplos: (00A2h) Loop: DEC R1 (00A3h) BR.NZ Loop (00A4h) MOV R2, R3 Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 15 / 35

11 Saltos Absolutos Relativos Cabe ao assembler codificar as instruções. No caso dos saltos relativos, o cálculo do offset é realizado pelo compilador. Exemplos: (00A2h) Loop: DEC R1 (00A3h) BR.NZ Loop (00A4h) MOV R2, R3 (00A2h) DEC R1 (00A3h) BR.NZ -2 (00A4h) MOV R2, R3 Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 15 / 35 Saltos Absolutos Relativos Cabe ao assembler codificar as instruções. No caso dos saltos relativos, o cálculo do offset é realizado pelo compilador. Exemplos: (00A2h) Loop: DEC R1 (00A3h) BR.NZ Loop (00A4h) MOV R2, R3 (00A2h) DEC R1 (00A3h) BR.NZ -2 (00A4h) MOV R2, R3 (00A2h) Loop: DEC R1 (00A3h) JMP.NZ Loop (00A5h) MOV R2, R3 Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 15 / 35

12 Saltos Absolutos Relativos Cabe ao assembler codificar as instruções. No caso dos saltos relativos, o cálculo do offset é realizado pelo compilador. Exemplos: (00A2h) Loop: DEC R1 (00A3h) BR.NZ Loop (00A4h) MOV R2, R3 (00A2h) DEC R1 (00A3h) BR.NZ -2 (00A4h) MOV R2, R3 (00A2h) Loop: DEC R1 (00A3h) JMP.NZ Loop (00A5h) MOV R2, R3 (00A2h) DEC R1 (00A3h) JMP.NZ 00A2h (00A5h) MOV R2, R3 Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 15 / 35 Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 16 / 35

13 Sub-Rotina - Bloco de um programa que desempenha uma tarefa bem definida; Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 17 / 35 Sub-Rotina - Bloco de um programa que desempenha uma tarefa bem definida; Chamada a uma sub-rotina: CALL Transfere o controlo para a instrução inicial da sub-rotina; Armazena o endereço de onde a sub-rotina foi chamada para que, quando esta terminar, seja possível continuar a execução com a instrução seguinte à instrução CALL; Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 17 / 35

14 Sub-Rotina - Bloco de um programa que desempenha uma tarefa bem definida; Chamada a uma sub-rotina: CALL Transfere o controlo para a instrução inicial da sub-rotina; Armazena o endereço de onde a sub-rotina foi chamada para que, quando esta terminar, seja possível continuar a execução com a instrução seguinte à instrução CALL; Terminação de uma sub-rotina: RET Transfere o controlo para a instrução que se segue aquela que chamou a sub-rotina; Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 17 / 35 Sub-Rotina - Bloco de um programa que desempenha uma tarefa bem definida; Chamada a uma sub-rotina: CALL Transfere o controlo para a instrução inicial da sub-rotina; Armazena o endereço de onde a sub-rotina foi chamada para que, quando esta terminar, seja possível continuar a execução com a instrução seguinte à instrução CALL; Terminação de uma sub-rotina: RET Transfere o controlo para a instrução que se segue aquela que chamou a sub-rotina; Em geral, o endereço de retorno é (automaticamente) guardado no topo da pilha. Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 17 / 35

15 Chamada e terminação de uma sub-rotina: Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 18 / 35 Passagem de parâmetros para sub-rotinas? Por registos; Por memória; Pela pilha. (veremos depois...) Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 19 / 35

16 Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 20 / 35 : Acontecem quando a sequência normal das instruções é alterada por motivos externos (e não só) ao processador; Necessidade de efectuar algum processamento específico; Operações de entrada/saída (teclado, porto série, etc.). Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 21 / 35

17 Exemplos: Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 22 / 35 Exemplos: Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 23 / 35

18 Alternativa ao uso de interrupções: Polling - o processador amostra, a intervalos regulares, o valor sob observação; Problema: sobrecarga grande do processador!!! Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 24 / 35 Alternativa ao uso de interrupções: Polling - o processador amostra, a intervalos regulares, o valor sob observação; Problema: sobrecarga grande do processador!!! Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 24 / 35

19 Alternativa ao uso de interrupções: Polling - o processador amostra, a intervalos regulares, o valor sob observação; Problema: sobrecarga grande do processador!!! Melhor solução - : Possibilidade de um dispositivo exterior sinalizar que a sequência normal de instruções deve ser interrompida e que o controlo deve ser transferido para uma rotina de atendimento da interrupção. Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 24 / 35 Alternativa ao uso de interrupções: Polling - o processador amostra, a intervalos regulares, o valor sob observação; Problema: sobrecarga grande do processador!!! Melhor solução - : Possibilidade de um dispositivo exterior sinalizar que a sequência normal de instruções deve ser interrompida e que o controlo deve ser transferido para uma rotina de atendimento da interrupção. Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 24 / 35

20 Sinalização das : Cada processador disponibiliza uma ou mais linhas de interrupção que são activadas pelos dispositivos exteriores; Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 25 / 35 Sinalização das : Cada processador disponibiliza uma ou mais linhas de interrupção que são activadas pelos dispositivos exteriores; Identificação das : Após ter recebido a indicação de que uma interrupção vai ser atendida, o dispositivo utiliza um dos barramentos exteriores para identificar a interrupção - vector de interrupção; uma única linha de interrupção pode sinalizar várias interrupções diferentes! Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 25 / 35

21 Atendimento das : O processador acede a uma tabela que indica qual o endereço da sub-rotina que deve ser usada para atender o pedido - tabela de rotinas de interrupção; Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 26 / 35 Atendimento das : O processador acede a uma tabela que indica qual o endereço da sub-rotina que deve ser usada para atender o pedido - tabela de rotinas de interrupção; Transfere o controlo da execução para esta sub-rotina, após a salvaguarda (automática) de: Registo de Estado (RE); Program Counter (PC) Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 26 / 35

22 Atendimento das : O processador acede a uma tabela que indica qual o endereço da sub-rotina que deve ser usada para atender o pedido - tabela de rotinas de interrupção; Transfere o controlo da execução para esta sub-rotina, após a salvaguarda (automática) de: Registo de Estado (RE); Program Counter (PC) Para que os registos RE e PC sejam correctamente recuperados, as rotinas de atendimento das interrupções devem obrigatoriamente terminar com a instrução RTI (em vez de RET, como habitualmente). Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 26 / 35 Tabela de rotinas de interrupção: Residente numa zona fixa de memória; Possui tantas entradas quantas as interrupções do processador; Cada entrada contém o endereço do início da rotina de tratamento dessa interrupção. Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 27 / 35

23 Tabela de rotinas de interrupção: Residente numa zona fixa de memória; Possui tantas entradas quantas as interrupções do processador; Cada entrada contém o endereço do início da rotina de tratamento dessa interrupção. No P3 esta tabela começa no endereço FE00h; Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 27 / 35 Tabela de rotinas de interrupção: Residente numa zona fixa de memória; Possui tantas entradas quantas as interrupções do processador; Cada entrada contém o endereço do início da rotina de tratamento dessa interrupção. No P3 esta tabela começa no endereço FE00h; Exemplo: Caso seja activada a interrupção n, a execução da rotina de atendimento da interrupção ocorrerá a partir do valor guardado na posição de memória FE00h + n: PC M[FE00h + n] Se for a interrupção 5... PC M[FE05h] Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 27 / 35

24 NOTA: as interrupções podem ocorrer em qualquer momento, sem que o processador o possa prever... Exemplo: entre a execução de uma instrução aritmética e a instrução de salto condicional que dela depende: Loop: DEC R1 Interrupç~ao!!! BR.Z Loop Daí a necessidade em salvaguardar o Registo de Estado (RE)... Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 28 / 35 Activação/Inibição das : O programador pode activar um bit de estado (E) de modo a impedir que as interrupções sejam atendidas; Necessário em zonas de código onde a ocorrência de uma interrupção pode causar comportamentos indesejados; Como? Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 29 / 35

25 Activação/Inibição das : O programador pode activar um bit de estado (E) de modo a impedir que as interrupções sejam atendidas; Necessário em zonas de código onde a ocorrência de uma interrupção pode causar comportamentos indesejados; Como? [P3]: Instruções ENI e DSI. Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 29 / 35 Activação/Inibição das : O programador pode activar um bit de estado (E) de modo a impedir que as interrupções sejam atendidas; Necessário em zonas de código onde a ocorrência de uma interrupção pode causar comportamentos indesejados; Como? [P3]: Instruções ENI e DSI. No P3 as interrupções são automaticamente inibidas durante o tempo em que o processador executa uma rotina de atendimento de interrupção. Porquê? Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 29 / 35

26 Activação/Inibição das : É ainda possível filtrar as interrupções que devem ser atendidas ou impedir o atendimento de outras através de uma máscara de interrupções: Colocar a zero o bit com peso igual ao vector de interrupção que se pretende inibir: Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 30 / 35 Activação/Inibição das : É ainda possível filtrar as interrupções que devem ser atendidas ou impedir o atendimento de outras através de uma máscara de interrupções: Colocar a zero o bit com peso igual ao vector de interrupção que se pretende inibir: Em geral, a máscara reside numa determinada posição de memória do processador: [P3]: endereço FFFAh Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 30 / 35

27 Activação/Inibição das : É ainda possível filtrar as interrupções que devem ser atendidas ou impedir o atendimento de outras através de uma máscara de interrupções: Colocar a zero o bit com peso igual ao vector de interrupção que se pretende inibir: Em geral, a máscara reside numa determinada posição de memória do processador: [P3]: endereço FFFAh Exemplo: activação das interrupções 0, 1 e 3 Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 30 / 35 Activação/Inibição das : É ainda possível filtrar as interrupções que devem ser atendidas ou impedir o atendimento de outras através de uma máscara de interrupções: Colocar a zero o bit com peso igual ao vector de interrupção que se pretende inibir: Em geral, a máscara reside numa determinada posição de memória do processador: [P3]: endereço FFFAh Exemplo: activação das interrupções 0, 1 e 3 MOV MOV R1, b M[FFFAh], R1 Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 30 / 35

28 Passos necessários para a utilização de interrupções: 0. Inicialização do Stack!!! 1. Preenchimento da tabela de interrupções 2. Inicialização da máscara de interrupções 3. Activação das interrupções Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 31 / 35 Passos necessários para a utilização de interrupções: 0. Inicialização do Stack!!! SP INICIAL EQU FDFFh ; Programa principal Inicio: MOV R7, SP INICIAL MOV SP, R Preenchimento da tabela de interrupções 2. Inicialização da máscara de interrupções 3. Activação das interrupções Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 31 / 35

29 Passos necessários para a utilização de interrupções: 0. Inicialização do Stack!!! 1. Preenchimento da tabela de interrupções ; Tabela de interrupç~oes ORIG FE00h INT0 WORD... INT1 WORD ResetCont INT2 WORD... ; Rotina de atendimento da interrupç~ao ResetCont: MOV M[Contador], R0 RTI 2. Inicialização da máscara de interrupções 3. Activação das interrupções Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 31 / 35 Passos necessários para a utilização de interrupções: 0. Inicialização do Stack!!! 1. Preenchimento da tabela de interrupções 2. Inicialização da máscara de interrupções INT MASK ADDR EQU FFFAh INT MASK EQU b ; Programa principal Inicio:... MOV MOV... R7, INT MASK M[INT MASK ADDR], R7 3. Activação das interrupções Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 31 / 35

30 Passos necessários para a utilização de interrupções: 0. Inicialização do Stack!!! 1. Preenchimento da tabela de interrupções 2. Inicialização da máscara de interrupções 3. Activação das interrupções ; Programa principal Inicio:... ENI... Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 31 / 35 Exemplo: SP INICIAL EQU FDFFh INT MASK ADDR EQU FFFAh INT MASK EQU b ; Tabela de interrupç~oes ORIG FE00h INT0 WORD ResetCont ; Rotina de atendimento da interrupç~ao ResetCont: MOV M[Contador], R0 RTI ; Programa principal Inicio: MOV R7, SP INICIAL MOV SP, R7 MOV R7, INT MASK MOV M[INT MASK ADDR], R7 ENI... Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 32 / 35

31 Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 33 / 35 Conjunto de instruções do P3: Instruções aritméticas; Instruções lógicas; deslocamento; controlo; transferência de dados; Outras instruções. Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 34 / 35

32 Nota de Agradecimento Agradecimento Algumas páginas desta apresentação foram extraidas de: [1] José Carlos Monteiro, Arquitectura de Computadores, Instituto Superior Técnico (IST), Universidade Técnica de Lisboa, Portugal, Prof. Nuno Roma ACom 2010/11 - DEI-IST 35 / 35