kiến trúc máy tính trương văn cường lecture 03 chương ter 02 language of the computer 02 sinhvienzone com

• Bốn nguyên tắc thiết kế cơ bản• Ba toán hạng trong máy tính • Biểu diễn lệnh trong máy tính • Phân loại được lệnh theo 3 định dạng: R-type, I-Type, J-Type • Phân loại được lệnh theo c

COMPUTER ARCHITECTURE

Lecture 2

Instruction: Language of the Computer

Chapter 2

• Bốn nguyên tắc thiết kế cơ bản

• Ba toán hạng trong máy tính

• Biểu diễn lệnh trong máy tính

• Phân loại được lệnh theo 3 định dạng:

R-type, I-Type, J-Type

• Phân loại được lệnh theo chức năng

• Chuyển đổi lệnh giữa các ngôn ngữ: cấp cao, hợp ngữ, và ngôn ngữ máy.

The goals

• Slide:

• Computer Organization and Design, 4th Edition,

Patterson & Hennessy, © 2008, MK

• Mary Jane Irwin, Penn State University

1 Arithmetic instruction

2 Logical instruction

Lecture contents

Instruction format

op op op

R format: Các lệnh có các toán hạng là toán hạng thanh ghi

I format: Các lệnh có các toán hạng là toán hạng bộ nhớ

J format: Các lệnh nhảy (Jump)

MIPS instruction class

Instruction class MIPS example

MIPS instruction encoding

• Base 16

• Compact representation of bit strings

• 4 bits per hex digit

Add Signed instruction

Add Unsigned instruction

Add Immediate instruction

addi $rt, $rs, imm

Operation: Rt = Rs + imm

Imm: Hằng số 16 bit có dấu

Rs: toán hạng nguồn

Rt: toán hạng đích

add Immediate Example

Addition/subtraction Integer

Lệnh Phép toán R-Format

Op Rs Rt Rd Sa Func add $s1, $s2, $s3 $s1 = $s2 + $s3 0 $2 $3 $1 0 0x20 (32) addu $s1, $s2, $s3 $s1 = $s2 + $s3 0 $2 $3 $1 0 0x21 (33) sub $s1, $s2, $s3 $s1 = $s2 - $s3 0 $2 $3 $1 0 0x22 (34) subu $s1, $s2, $s3 $s1 = $s2 - $s3 0 $2 $3 $1 0 0x23 (35)

• add & sub: “tràn” (overflow) sinh ra arithmetic exception

• Trong trường hợp “tràn”, kết quả không được ghi vào thanh ghi đích

• addu & subu: hoạt động giống add & sub

• Tuy nhiên các toán hạn g được hiểu là số nguyên không dấu => không bị “tràn” ( không xảy ra arithmetic

exception)

Overflow and Carry

• Giá trị “nhớ” quan trọng khi…

• Cộng hoặc trừ số nguyên không dấu

• Báo tổng dạng không dấu bị ngoài tầm biểu diễn

• Xảy ra khi < 0 hoặc >maximum giá trị không dấu

n-bit

• Giá trị “tràn” quan trọng khi …

• Cộng hoặc trừ số nguyên có dấu

• Báo tổng dạng có dấu bị ngoài tầm biểu diễn

• Tràn số xảy ra khi

• Cộng hai số dương được tổng là số âm

• Cộng hai số âm được tổng là số dương

Review: range number

• Số không dấu n bit

• Tầm biểu diễn: 0 to +2 n – 1

• Số có dấu n bit

• Tầm biểu diễn: –2 n – 1 to +2 n – 1 – 1

0 0

1 1

2 n 2 n

1 n 1

x

0 0

1 1

2 n 2 n

1 n 1

x

Review: range number

Review: range number

Overflow and Carry

Assignment

• Ví dụ: mã C của lệnh

f = (g + h) - (i + j);

• f, …, j in $s0, …, $s4

• Các lệnh thao tác trên bit

Logical Operations

Shift left << << sll Shift right >> >>> srl

Bitwise AND & & and, andi

 Tách, chèn các bit vào 1 word

• shamt: dịch bao nhiêu bit

• Phép dịch trái

• Dịch trái và điền các bít 0

• Dịch trái (sll)i bits tương đương nhân với 2 i

• Phép dịch phải

• Dịch phải và điền các bit 0 vào bên phải

• Dịch phải (srl) i bits tương đương với chia cho 2 i

• Di chuyển các bit bên trái hoặc phải của 1 từ

sll $t2, $s0, 8 #$t2 = $s0 << 8 bits srl $t2, $s0, 8 #$t2 = $s0 >> 8 bits

• Instruction Format ( R format)

MIPS Shift Operations

 5 bits dịch được tối đa 31 vị trí

0 $rs = 0 $rt = s0

16

$rd=t2 10

• Thường sử dụng cho việc tạo mặt nạ cho các bit

• Chọn một số bit, xoá các bit còn lại

AND Operations

OR Operations

• Chèn các bit 1 vào trong 1 từ, các bit còn lại không đổi

XOR Operations

NOT Operations

• Đảo bit

• Change 0 to 1, and 1 to 0

• Sử dụng phép NOR thay cho NOT

• Tại sao không sử dụng phép NOT?

Summary

CORE INSTRUCTION SET

• SignExtImm: Mở rộng bit cho 16 bit cao

• ZeroExtImm: Mở rộng bit 0 cho 16 bit cao

SignExtImm vs ZeroExtImm

• Khởi tạo số 32 bit dùng lệnh "load upper

• Khởi tạo 1 giá trị 32 bit cho thanh ghi

• Lưu ý: không có giá trị 32 bit trong lệnh I-Type

• Sử dụng lệnh “load upper immediate”

• Ví dụ: khởi tạo $s1=0xA54765D9 (hằng số 32-bit)

How About Larger Constants?

• Khởi tạo các thanh ghi sau

• Khởi tạo các thanh ghi sau

• Khởi tạo giá trị thanh ghi $s0 = 0x12

• Tính f= s0*0x1422_ac12, lưu f vào thanh ghi $s1

assignments

• Khảo sát các giá trị thanh ghi t0,t1,a0 khi thực hiện tuần tự các lệnh:

• Chuyển đổi các lệnh sang mã nhị phân

Next Lecture and Reminder