Laboratorio di Architettura degli

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Silvia Di Pietro
5 anni fa
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1 Laboratorio di Architettura degli Elaboratori Dott. Massimo Tivoli Numeri con segno Somma e Sottrazione Eccezioni

2 Alcune domande Come si rappresentano i numeri negativi? Qual e il numero piu grande rappresentabile in una parola del calcolatore? Cosa succede se si produce un numero piu grande? Come si gestisce la sottrazione in MIPS?

3 Numeri binari ed oltre Dato il seguente numero binario (salvato in un registro MIPS)come calcolare il suo decimale? i = 31 Algo: B = base = 2 d i = valore del campo i-esimo = {0,1} i i = 0 2 i x d i (i=0,, 31) B i x d i Quanti valori riusciamo a rappresentare con 32 bit? 2 32, cioe da 0 a

4 Numeri negativi Gestione dei numeri negativi: Dove mettere il segno? +0 e -0 Passo aggiuntivo Rappresentazione modulo e segno Rappresentazione in complemento a due Least significant bit Most significant bit Overflow

5 Modulo e segno Vs. Complemento a due Sign Magnitude: Two's Complement (con # di bit pari a 3) 000 = = = = = = = = +3 Bit di segno 100 = = = = = = = = -1 Algo per il complemento a due: x d i x d i (i=0,, 30) Ad esempio, con 6 bit, = ( ) = -4

6 MIPS 32 bit signed numbers: two = two = two = two = + 2,147,483, two = + 2,147,483, two = 2,147,483, two = 2,147,483, two = 2,147,483, two = two = two = 1 10

7 Rappresentazione in complemento a 2 a k bit

8 Gestione numeri con segno e senza in MIPS Dobbiamo distinguere: Interi con segno ( int in C) Interi senza segno( unsigned int in C) MIPS: lb $t0, 0($sp) lbu $t0, 0($sp) slt $t0, $r1, $r1 slti $t0, $r1, 5 sltu $t0, $r1, $r1 sltiu $t0, $r1, 5??? Perche slti sl u???

9 Esempio Dati i seguenti due registri: $s0 = $s1 = Eseguire slt e sltu: slt$t0, $s0, $s1 $t0 conterra 1 sltu $t0, $s0, $s1 $t0 conterra 0

10 Scorciatoie (1/2) 1. Come convertire +5 in -5: 0101 Modificaretuttigli0 1, tutti1 0, e sommare = 1011 x + x = -1 => x + 1 = -x (x è x con gli0 e 1 invertiti, -1 = ) 2. Come convertireun numerobinarioda n a m bit, m > n (estensionedel segno) (+5)0101 su8 bit: (-5) 1011 su8 bit: e.g., ilcampo immediatoin unaaddi(16 bit) sommatoal valoredi un registro(32 bit) siricordichela macchinasommabit a bit

11 Scorciatoie (2/2) 3. Conversione esadecimale binario Ogni bit in esadecimale, viene rappresentato con 4 bit inbinario eca esa e c a esa due Conversione binario esadecimale Ogni 4 bit in binario in 1 bit esadecimale

12 Somma e sottrazione Somma: Sottrazione: Se consideriamoche5 2 = (+5) + (-2) Allora, 0101 meno0010, corrispondea = 0011 una somma dove si trascura il riporto sulbit disegnoe/o fuoridalregistro

13 Overflow A + B Overflow pos. pos. Risultato negativo neg. neg. Risultato positivo A B Overflow pos. neg. Risultato negativo neg. pos. Risultato positivo No Overflow: A + B, dove A e B hanno segni diversi No Overflow: A B, dove A e B hanno segni uguali

14 Add e Sub con segno MIPS: add $t0, $s1, $s2 addu $t0, $s1, $s2 addi $t0, $s1, 3 addiu $t0, $s1, 3 Le operazioni unsigned ignorano l overflow sub $t0, $s1, $s2 subu $t0, $s1, $s2

15 Effetti dell Overflow Una eccezione(interrupt) si verifica Il controllosaltasudiun indirizzopredefinitoper le eccezioni L indirizzo dell interrupt e salvato per possibili resumption (registro $epc) RegistroEPC exception program counter contienel indirizzodell istruzionecheha generato l eccezione mfc0 $s0, $epc

17 Eccezioni e interruzioni in MIPS 4 registri nel coprocessore 0: EPC: registro contenente l indirizzo dell istruzione che ha causato l interruzione BadVAddr: registro contente l indirizzo di memoria a cui e stato fatto riferimento (in caso di eccezione generata da un accesso in memoria) Status (registro di Stato) Cause (registro di Causa) Istruzioni sui 4 registri: lwc0, swc0, mfc0, mtc0

18 (8 bit) Registro Stato Maschera delle interruzioni: 5 livelli inter. Hw e 3 software Campi Kernel/utente abilitazione: k/u= 0, se il programma si trovava nel kernel al momento dell interrupt k/u = 1, modalita utente al momento dell interrupt abilitazione = 0, interrupt disabilitate abilitazione = 1, interrupt abilitate Al verificarsi di una interruzione, questi 6 bit vengono scalati a sinistra di 2 posizioni

19 RegistroCausa 4 bit di Codifica delle eccezioni Campo Interruzioni pendenti : Bit =1, se unadelleinterrupt Hwnon e stataancoraservita Campo Codifica delle eccezioni : Descrive la causa dell eccezione(secondo una codifica) Gestione eccezioni ed interruzioni: MIPS trasferisce il controllo al gestore delle interruzioni, che si trova in esa Il gestorepuòessere ridefinito

20 Gestore interruzioni 1. Salvailcontenutodi$a0 e $a1 Visto che verranno usati per passare gli argomenti dell interrupt 2. Sposta il contenuto dei registri Causa e EPC nei registri della CPU 3. Controlla i valori all interno del registro Causa, per controllare il tipo di interruzione/eccezione e vedere se stampare un messaggio di errore oppure no Attenzione MIPS-1 vs MIPS32!!!

21 Esempio La chiamata di sistema 5, per la lettura di un intero da console, solleva un eccezione se inseriamo un float (e.g., 25.3 invece di 25): Error in GestioneEccezioni.asm line 23: Runtime exception at 0x : invalid integer input (syscall 5) Go: execution terminated with errors Soluzioni (a) si interpreta qualsiasi input da console come fosse una stringa e, poi, converto la rappresentazione del valore nel valore vero e proprio (vedi lez. precedente) (b) si definisce un gestore delle eccezioni personalizzato per quella particolare eccezione

22 .data Soluzione (b): un semplice esempio.globl str.globl str1.globl str2.globl ecode str:.asciiz"inserisci un numero" str1:.asciiz"il numero letto è: " str2:.asciiz"il formato del numero non è corretto, bisogna inserire un numero intero\n" ecode:.word 0x20.text.globl main main: li $v0,4 la $a0,str syscall se si inserisce 25.3 viene sollevata un eccezione (interrupt SW) li $v0,5 syscall move$t0,$v0 # salvo in $t0 il numero inserito, se sono qui vuol dire che si è # inserito un intero li $v0,4 la $a0,str1 syscall li $v0,1 # per stampare l'intero letto, uso la syscall1 con il parametro in $a0 move $a0,$t0 syscall exit: li $v0,10 syscall GestioneEccezioni.asm

23 Soluzione (b): un semplice esempio - l indirizzo dell istruzione che ha causato l eccezione viene salvato in epc($14) - l indirizzo cause ($13) ci informa che si tratta di un eccezione dovuta ad un errore scaturito da una syscall 0x = nessun interrupt HW si è verificato e il codice dell eccezione è 8(syscall) -l indirizzo status ($12) ci informa che tutti gli interrupt HW e SW sono abilitati, la gestione dell interrupt è abilitata e che il programma si trovava in modalità utente al momento dell interrupt 0x0000ff13 = il controllo salta all indirizzo (nell area kernel) a partire dal quale viene memorizzata la tabella di gestione degli interrupt HW e SW: 0x (è il caso di MIPS32)

24 Soluzione (b): un semplice esempio.ktext 0x mfc0 $k0,$13 mfc0 $k1,$14 andi $k0,$k0,0x003c lw $t0,ecode bne $k0,$t0,notsyscall li $v0,4 la $a0,str2 syscall #jr $k1 la $k1,main jr $k1 NotSyscall: # la tabella di gestione delle eccezioni/interrupt # inizia all'indirizzo 0x (si ricordi # l'importanza del Linker) # salvo il registro cause # salvo il registro EPC # eseguo cause = cause& 0x003c, # si noti che 003c ha i bit da # 2 a 5 ad 1 e tutti gli altri a 0. # Quindi questo and logico preleva # il codice dell'eccezione # se il codice dell'eccezione è diverso # da 0x8, non si tratta di un'eccezzione # sollevata da una chiamata di sistema # e quindi non la catturo. Il programma # terminerà con un messaggio d'errore # relativo alla causa che ha sollevato l'eccezione # si gestisce l'eccezione informando l'utente dell'errore # ritornerebbe all'istruzione che ha sollevato l'eccezione # in questo esempio non è utile ritornare al punto che ha # sollevato l'eccezione GestoreEccezione.s

25 Soluzione (b): un semplice esempio si può scrivere anche tutto (mainprogram+ gestore eccezioni) in un unico file.asm

26 Esercizio In quale di questi casi una operazione di caricamento dalla memoria con segno lbnon differisce da una senza segno lbu? [a] Quando il byte da caricare ha il bit meno significativo ad 1 [b] Quando il byte da caricare ha il bit piu significativo a 0 [c] Quando il byte da caricare ha il bit piu significativo ad 1 [d] Quando il byte da caricare ha il bit meno significativo a 0

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