LABORATORIO DI SISTEMI

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1 ALUNNO: Fratto Claudio CLASSE: IV B Informatico ESERCITAZIONE N : 2 LABORATORIO DI SISTEMI OGGETTO: 1) Scrivere un programma, in linguaggio Assembly, per una CPU Intel 8086, che sommi due numeri (var_1, var_2), nel registro accumulatore, e metta a 0000h la variabile var_3 se la somma è risultata uguale a 0000h; o metta la variabile var_3 a FFFFh se la somma è risultata diversa da 0000h. 2) Simulare il programma al PC. 3)Descrivere le istruzioni utilizzate. ALGORITMO INIZIO DICHIARA VARIABILI DA UTILIZZARE (var_1, var_2, var_3) INIZIALIZZA var_1 INIZIALIZZA var_2 SOMMA var_1 E var_2 SI SOMMA = = 0 NO var_3=0000h var_3=ffffh FINE 1

2 TITLE 8086 Code Template (for EXE file) ; AUTHOR Claudio Fratto ; DATE ********* ; VERSION 1.00 ; FILE flag_z.asm ; 8086 Code Template ; Directive to make EXE output: #MAKE_EXE# DSEG SEGMENT 'DATA' var_1 dw 0ff34h var_2 dw 00cbh var_3 dw 0000h FILE SORGENTE flag_z.asm DSEG ENDS SSEG SEGMENT STACK 'STACK' DW 100h DUP(?) SSEG ENDS CSEG SEGMENT 'CODE' ;******************************************* START PROC FAR ; Store return address to OS: PUSH DS MOV AX, 0 PUSH AX ; set segment registers: MOV AX, DSEG MOV DS, AX MOV ES, AX mov ax, var_1 mov bx, var_2 add ax, bx jz yes mov var_3, 1111h jmp stop yes: mov var_3, 0000h ; return to operating system: stop: RET START ENDP ;******************************************* CSEG ENDS END START ; set entry point. 2

3 TRACE TABLE PROGRAMMA ax bx var_1 var_2 var_3 Z var_1 dw FF34h FF34h var_2 dw 00CCh FF34h 00CCh var_3 dw 0000h FF34h 00CCh 0000h 0 mov ax, var_1 FF34h FF34h 00CCh 0000h 0 mov bx, var_2 FF34h 00CCh FF34h 00CCh 0000h 0 add ax, bx 0000h 00CCh FF34h 00CCh 0000h 1 jz yes mov var_3, 0000h 0000h 00CCh FF34h 00CCh 0000h 1 RET 0000h 00CCh FF34h 00CCh 0000h 1 MICROPROCESSORE AD ARCHITETTURA SEMPLIFICATA 3

4 RELAZIONE L esperienza effettuata in laboratorio si è articolata in due fasi: 1) la prima fase consisteva nel creare l algoritmo del problema da risolvere, per poi creare il file sorgente corrispondente, scritto in linguaggio Assembly; 2) la seconda fase consisteva nel compilare e simulare il programma sorgente attraverso l ambiente di simulazione (compilatore ed emulatore) Emu8086. L ARCHITETTURA DI UN MICROPROCESSORE Il microprocessore è una CPU integrata in un singolo chip. Esso contiene tutti quegli elementi che consentono ad una CPU di svolgere le sue funzioni. Gli elementi di una CPU si possono raggruppare in 3 categorie: 1) la ALU (Aritmetic Logic Unit) che consente al dispositivo di effettuare operazioni aritmetiche, quale l addizione, o le operazione logiche, tra i vari dati; 2) i registri, cioè quelle locazioni di memoria interne al dispositivo che svolgono dei compiti specifici; 3) l unità di controllo e di temporizzazione, che decodifica le istruzioni generando gli appositi comandi che la CPU deve effettuare. La sezione dei registri è composta da diverse locazioni di memoria, a seconda dell architettura del microprocessore, atte ad un compito ben definito: a) il registro IP (Istruction Pointer) è quel registro, contenente indirizzi di memoria, che svolge l operazione di puntare all indirizzo di memoria che contiene la prossima istruzione da eseguire; b) il registro IR (Istruction Register) è quel registro nel quale, durante la fase di fetch, viene caricato il codice dell istruzione che la CPU deve eseguire; c) il Program Counter, è quel registro che, contenendo indirizzi di memoria, regola la sequenza di esecuzione del programma. Inizialmente, esso contiene l indirizzo di memoria della prima locazione di memoria del programma; man mano che l esecuzione va avanti, dopo ogni operazione di fetch, esso viene incrementato per puntare alla locazione di memoria della prossima istruzione del programma; d) i registri accumulatori (Es. ax, bx), sono quei registri che, coinvolti in tutte le operazioni di calcolo che svolge la ALU (un operando della ALU è sempre un dato contenuto in un registro accumulatore), contengono in maniera temporanea ed in continuo aggiornamento dei dati; e) il registro MAR (Memory Address Register) è quel registro che realizza un interfaccia tra la CPU ed il bus indirizzi; f) i registri di segmento (Es. Code Segment; Data Segment; Stack Segment; Extra Segment), sono quei registri utilizzati dai microprocessori per realizzare delle particolari modalità di indirizzamento della memoria di sistema; g) il registro di stato, chiamato anche registro dei flag, è quel registro i cui singoli bit (flag) rappresentano una situazione particolare nella quale si trova la CPU. Esso è formato dal flag dello zero (Z), che viene posto ad 1 se il risultato di un operazione è uguale a 0; dal flag del segno (S), che viene posto ad 1 se il risultato di un operazione è negativo; dal flag del carry ( C) che viene posto ad 1 se il risultato di un operazione genera un riporto. 4

5 Come opera un microprocessore Un microprocessore è un dispositivo capace di compiere una serie di azioni elementari, una di seguito all altra, che sono contenute, sottoforma di codici binari, nell IR. Ogni microprocessore ha un proprio set di istruzioni (firmware); ciò sta a significare che da un microprocessore ad un altro i codici operativi di una stessa operazione sono diversi. Le istruzioni sono generalmente contenute in una memoria esterna alla CPU. Per questo motivo è necessario che esse debbano essere prima caricate e poi eseguite. Ciò è possibile grazie all unità di temporizzazione che è in grado di eseguire un istruzione in due fasi: 1) la fase di fetch, cioè quella fase in cui il microprocessore, attraverso le linee del bus indirizzi, riesce ad acquisire il codice dell istruzione da eseguire; 2) la fase di execute, cioè quella fase in cui il microprocessore decodifica e esegue l istruzione caricata nella fase di fetch. Il codice operativo dell istruzione caricato nella fase di fetch viene posto nell IR; una volta sistemato nel registro esso viene confrontato con i codici operativi del firmware del microprocessore: se esso viene riconosciuto si avvia la fase di execute dell istruzione caricata. Dopo esser stata eseguita l istruzione, vi è una nuova fase di fetch che va a caricare nell IR l istruzione memorizzata nella memoria nella locazione successiva a quella dell istruzione appena eseguita. Per far sì che nella fase di fetch si carichi la giusta istruzione (successiva a quella appena eseguita), cioè che il microprocessore sappia a che punto del programma in esecuzione si trovi, è necessario la presenza del Program Counter. CENNI TEORICI SUL LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE I linguaggi di programmazione si possono classificare in diversi modi: a) il primo consiste nel campo applicativo per cui sono stati creati (Es. calcolo numerico, sistemi operativi, applicazioni gestionali); b) il secondo consiste nel tipo di paradigma di programmazione che viene supportato (Es. imperativo, logico, funzionale, orientato agli oggetti); c) il terzo consiste nel tipo di istruzioni offerte. Per quest ultimo criterio di classificazione i linguaggi di programmazione si suddividono in: 1) linguaggi a basso livello; 2) linguaggi ad alto livello. Questa suddivisione tiene conto del minore o maggiore livello di astrazione del linguaggio. I linguaggi a basso livello offrono delle istruzioni molto più vicine all hardware della CPU che ai programmatori; i linguaggi ad alto livello offrono delle istruzioni più vicine ai programmatori, cioè delle istruzioni complesse identificate da una parola chiave, che per essere eseguiti dall elaboratore devono essere prima compilati, che all hardware della CPU. I linguaggi a basso livello Il primo linguaggio attraverso il quale i programmatori potevano creare dei programmi era il linguaggio macchina, cioè quel linguaggio comprensibile alla CPU le cui istruzioni sono sequenze di 0 e di 1. Esso era molto complesso da utilizzare perciò si è passati ad un tipo di linguaggio il cui tasso di astrazione era più elevato: il linguaggio Assembly. Esso è un linguaggio a basso livello poiché è sempre più vicino all elaboratore che al programmatore, poiché le istruzioni sono quelle elementari che una CPU (alla quale sono strettamente legate) può svolgere (Es. operazioni aritmetiche, caricamento di dati in registri o celle di memoria, ecc.). Le istruzioni, che sono identificate con dei nomi simbolici, facilitano la vita ai programmatori perché i programmi risultano sia più leggibili sia meno complessi. 5

6 I linguaggio ad alto livello I linguaggi di programmazione ad alto livello (Es. C, Pascal, Java, ecc.) sono dei linguaggi caratterizzati da un livello di astrazione molto superiore a quello del linguaggio Assembly. Le loro istruzioni non si riferiscono direttamente alla CPU, ma sono maggiormente orientate verso il problema da risolvere. I vantaggi di questi tipi di linguaggi sono una facilitazione nella stesura dei programmi sorgente e la possibilità di creare programmi portabili (che possono essere portati da una macchina ad un altra senza subire modifiche), cioè programmi che non sono legati all architettura della CPU. La traduzione di ciascun istruzione di questi linguaggi (che corrispondono a diverse istruzioni elementari in linguaggi a basso livello) è affidata ai compilatori che generano dei codici operativi (eseguibili dagli elaboratori) non ottimizzati, cioè dei codici formati da un numero maggiore di codici operativi rispetto ai linguaggi che agiscono direttamente sulla CPU. ANALISI DELLE ISTRUZIONI UTILIZZATE a) La dichiarazione di una variabile, nel software EMU8086, avviene attraverso la sintassi: etichetta_varibile tipo_variabile valore_variabile dove: etichetta_variabile è il nome della variabile, al quale il software assegna un indirizzo di memoria libero nella memoria; tipo_variabile sta a rappresentare il campo di valori che la variabile può assumere. Esso può essere espresso dalle direttive DB (Define Byte), che significa che la variabile può contenere soltanto numeri ad 8 bit; DW (Define Word), che significa che la variabile può contenere numeri a 16 bit. b) Lo spostamento di dati avviene utilizzando la sintassi: mov destinazione, sorgente Questa istruzione copia il contenuto di sorgente in destinazione. Questa istruzione ammette diversi tipi di indirizzamento: 1) l indirizzamento diretto (Es. mov ax, var_1) nel quale il contenuto di una locazione di memoria, espresso con una variabile, viene caricato in un registro; 2) l indirizzamento immediato (Es. mov ax, 0015h) nel quale viene caricato in un registro, o in una variabile, un numero definito; 3) l indirizzamento implicito (Es. mov ax, bx) nel quale viene caricato il contenuto di un registro in un altro registo. L istruzione mov non agisce su nessun flag, ciò significa che non va a modificare il valore dei bit del registro di stato. 6

7 c) La somma di dati avviene utilizzando la sintassi: add operando_1, operando_2 dove operando_1, al termine dell istruzione, contiene il risultato. Anche questa istruzione ammette l indirizzamento diretto (Es. add ax, var_1), l indirizzamento immediato (Es. add var_1, 0001h) e l indirizzamento implicito (Es. add ax, bx). L istruzione add agisce sul flag dello zero;sul flag del segno; sul flag del carry. d) Il controllo del flusso del programma può essere modificato dalle istruzioni di salto, che utilizzano quasi sempre, come condizione, lo stato dei flag. L istruzione di salto utilizzata nel nostro programma sono state jz e jmp. L istruzione di salto jz va a tener conto dello stato del flag dello zero, quindi deve essere considerata come un istruzione di salto condizionato. Essa segue la sintassi: jz yes ; blocco istruzioni no yes: ; blocco istruzioni si Dove, se il flag dello zero è uguale ad 1, viene eseguito il blocco di istruzione si; se il flag dello zero è uguale a 0, viene eseguito il blocco di istruzione no. Essa non agisce su nessun flag del registro di stato. L istruzione di salto jmp non tiene conto dello stato di nessuno flag, quindi deve essere considerata come un istruzione di salto non condizionato. Essa segue la sintassi: ;istruzioni jmp etichetta ;istruzioni etichetta: ;istruzioni dove il programma, una volta arrivato all istruzione jmp etichetta, salta tutte le istruzioni seguenti passando alle istruzioni seguenti ad etichetta:. Essa non agisce su nessun flag del registro di stato. 7