ARCHITETTURA DEI CALCOLATORI VOLUME I

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1 Graziano Frosini ARCHITETTURA DEI CALCOLATORI VOLUME I ASSEMBLER E CORRISPONDENZA FRA C++ E ASSEMBLER CON RIFERIMENTO AL PERSONAL COMPUTER E ALL AMBIENTE DI PROGRAMMAZIONE DJGPP

2 Copyright MMIX ARACNE editrice S.r.l. via Raffaele Garofalo, 133 A/B Roma (06) ISBN I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica, di riproduzione e di adattamento anche parziale, con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi. Non sono assolutamente consentite le fotocopie senza il permesso scritto dell Editore. I edizione: febbraio 2009

3 Indice Prefazione 11 1 Organizzazione software di un semplice calcolatore 1.1 Blocchi funzionali e loro collegamento Calcolatore basato sul processore PCs Spazio di memoria Spazio di I/O Registri del processore PCs Condizioni al reset iniziale Formato istruzioni e modi di indirizzamento del processore PCs Indirizzamento di registro Indirizzamento diretto Indirizzamento indiretto con registro puntatore Indirizzamento modificato Indirizzamento immediato Indirizzamento relativo Modi di indirizzamento per le varie categorie di istruzioni Istruzioni del processore PCs Istruzioni operative Istruzioni di controllo Descrizione delle singole istruzioni Esempi di programmi per il processore PCs Conteggio del numero di bit a Somma degli elementi di un vettore Somma di due vettori elemento per elemento Sottoprogrammi Somma degli elementi di un vettore: parametri nei registri Modello di una semplice interfaccia 38 2 Linguaggio Assembler DJGPP 2.1 Ambiente di programmazione DJGPP Struttura di un programma Assembler Programmi in linguaggio Assembler Utilizzo del comando gxx Rappresentazione di letterali Corpo della sezione dati 50

4 6 Indice 2.5 Corpo della sezione testo Riferimento alle variabili Salto ad altre istruzioni Riferimento alle porte di I/O Inizializzazioni Allineamento Inclusione Espressioni indirizzo Ingresso e uscita dei dati Esempi di programmi Assembler Programma che invia messaggi Programmi sviluppati nel Capitolo Programma che esamina la codifica di un carattere Debugger GDB Breakpoint Modalità di esecuzione di un programma Visualizzazioni 67 3 Rappresentazione di caratteri e numeri 3.1 Rappresentazione di caratteri Rappresentazione delle cifre decimali Espressine dei numeri naturali in una generica base Algoritmo di conversione in base sorgente Algoritmo di conversione in base destinataria Conversioni fra basi potenza e basi radice Dati e risultati naturali nei calcolatori Semplici proprietà dell aritmetica modulare Principali operazioni sui numeri naturali in base due Complementazione a uno Addizione Sottrazione Moltiplicazione Divisione Traslazioni logiche Confronto e test Rappresentazione nei calcolatori dei numeri interi in base due Modulo e segno Complemento a uno Complemento a due Traslazione Intervalli di rappresentabilità Principali operazioni sui numeri interi in base due Addizione e sottrazione Moltiplicazione e divisione Estensione della rappresentazione 92

5 Indice Traslazioni aritmetiche Confronto e test Espressione dei numeri assoluti minore di 1 in una generica base Algoritmo di conversione in base sorgente Algoritmo di conversione in base destinataria Espressione dei numeri reali assoluti in una generica base Algoritmo di conversione in base sorgente Algoritmo di conversione in base destinataria Rappresentazione nei calcolatori dei numeri reali in base due 99 4 ALU del processore PC 4.1 Organizzazione del processore PC Spazi di indirizzamento Registri interni Lunghezza degli operandi Modalità di indirizzamento Codifica delle istruzioni Byte MODE Byte SIB Istruzioni macchina Istruzioni per il trasferimento dei dati Istruzioni per la conversione di tipo Istruzioni aritmetiche Istruzioni logiche Istruzioni per il test e la modifica di un bit Istruzioni di traslazione e rotazione Istruzioni per la modifica dei flag Istruzioni di ingresso/uscita Istruzioni per la manipolazione di stringhe Istruzioni di salto Istruzioni per i sottoprogrammi Istruzioni per il meccanismo di interruzione Istruzioni per il controllo del processore Programmazione Assembler FPU del processore PC 5.1 Unità in virgola mobile del processore PC Registri numerici Registro di stato Registri di controllo Tipi di operandi e modalità di memorizzazione Istruzioni macchina Istruzioni di trasferimento Istruzioni aritmetiche Istruzioni di confronto e test 133

6 8 Indice Istruzioni trascendentali Istruzioni per il caricamento di costanti Istruzioni per il controllo dell unità Gestione delle condizioni Programmazione Assembler della FPU Programma radici Programmazione su più file in Assembler, in C++ e in modo misto 6.1 Programmi Assembler organizzati su più file Esempio di programma Assembler con più file Programmi C++ organizzati su più file Programmazione mista Debugger per programmi su più file Struttura dei programmi di sistema 7.1 Programma assemblatore Assemblatore: prima passata Assemblatore: seconda passata Esempi di assemblaggio File principale File secondario Programma collegatore Esempio di collegamento Programma caricatore Funzioni C++ e sottoprogrammi Assembler 8.1 Funzioni e programmazione mista Ambiente di una istanza di sottoprogramma Ambiente e record di attivazione Modalità di trasmissione dei parametri Istruzioni di interfaccia del chiamante e del chiamato Interfaccia del chiamato Interfaccia del chiamante Esempi Funzioni che restituiscono strutture (o unioni) o classi Riferimenti in C Realizzazione di programmi misti con parametri e variabili locali Nomi di funzioni e operatori C++ e nomi Assembler 9.1 Identificatori di funzioni Nomi semplici predefiniti Nomi semplici definiti dall utente Nomi composti Nomi composti con nomi semplici predefiniti Nomi composti con nomi semplici definiti dall utente 201

7 Indice Nomi simili Identificatori di operatori Numeri reali in C++ e numeri reali in Assembler 10.1 Funzioni con numeri reali Esempio Esempio Esempio Esempio Esempio Operatori con numeri reali Classi C++ e corrispondenti costrutti Assembler 11.1 Classi e oggetti classe Identificatori di funzioni membro Identificatori di operatori membro Record di attivazione di funzioni membro e operatori membro Costruttori Altre funzioni membro Operatori membro Programma riepilogativo claint Costruttore di copia Esercizi risolti 12.1 Premessa Esercizio Esercizio Esercizio Esercizio Esercizio Esercizio Esercizio Esercizio Esercizio Esercizio Esercizio Esercizio Esercizio Esercizio Appendici 13.1 Identificatori predefiniti di tipo Operatori globali e membro Operatori solo membro Programmi disponibili in Internet 306

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9 1 Organizzazione software di un semplice calcolatore 1.1 Blocchi funzionali e loro collegamento I calcolatori digitali (o più semplicemente calcolatori) sono macchine complesse in grado di elaborare informazioni in forma codificata (dati). La codifica e- sterna dell informazione fornita alla macchina e restituita dalla macchina consiste, nei casi più semplici, in sequenze di caratteri (lettere, cifre, segni di interpunzione, caratteri speciali), mentre la codifica interna è costituita da sequenze di simboli binari o bit (BInary digit). Ogni carattere esterno viene codificato (in genere con 7 o 8 bit) direttamente da un dispositivo trasduttore di ingresso, tipicamente da una tastiera, mentre un operazione inversa è compiuta da un dispositivo trasduttore di uscita, tipicamente un video o una stampante. Ulteriori conversioni di codifica per informazioni più complesse vengono effettuate mediante opportune elaborazioni. Una classe significativa di informazioni è costituita dai numeri: questi, all interno della macchina, vengono in genere rappresentati in base 2 su un numero prefissato di bit. Se consideriamo i numeri naturali, una configurazione di N bit rappresenta un numero il cui valore è dato dalla somma pesata dei vari bit, dove il bit in posizione i (i = N 1, N 2,..., 0 da sinistra verso destra) ha peso 2 i : con N bit possono quindi essere rappresentati numeri naturali da 0 a 2 N 1. Le azioni elementari che un calcolatore sa eseguire sono in numero abbastanza limitato, e ognuna di esse è rappresentata da un opportuna configurazione di bit o istruzione. Per effettuare una certa elaborazione, dobbiamo quindi fornire al calcolatore sia le quantità su cui operare o dati, sia la sequenza delle istruzioni da eseguire o programma. Il calcolatore esegue le istruzioni

10 14 Capitolo 1 nell ordine in cui gli sono state fornite fino a quando non incontra un istruzione di controllo, la quale produce l alterazione del flusso sequenziale stabilendo il numero d ordine della prossima istruzione da eseguire. A partire da tale istruzione il procedimento prosegue con le stesse modalità. Le istruzioni si dividono pertanto in due grosse categorie, ossia istruzioni operative e istruzioni di controllo. Le istruzioni operative servono a eseguire operazioni sui dati, tipicamente operazioni aritmetiche semplici (addizione, sottrazione, moltiplicazione e divisione) oppure operazioni logiche elementari (AND, OR, NOT bit a bit). Le istruzioni di controllo (o di salto) servono a determinare, in funzione dei risultati ottenuti con le istruzioni operative, il flusso con il quale le varie istruzioni vengono eseguite. L intera circuiteria di cui è composto un calcolatore (hardware) si può pensare logicamente divisa in blocchi (Figura 1.1), ognuno dei quali esegue un certo insieme specifico di funzioni. Rete di interconnessione Interfaccia... Memoria principale Processore Dispositivo Figura 1.1 Schema a blocchi di un semplice calcolatore La memoria principale immagazzina sia i dati che il programma che sono oggetto della elaborazione attuale. Il processore (o unità centrale di elaborazione) provvede a prelevare dalla memoria le istruzioni, una alla volta, e a eseguire le operazioni specificate. Le interfacce hanno lo scopo di gestire i vari dispositivi di ingresso/uscita, in modo da farli apparire al processore come entità più semplici e più standard (i dispositivi possono far parte o meno del calcolatore). Ad alcune interfacce sono collegate delle memorie di massa (tipicamente dischi magnetici), che hanno lo scopo di immagazzinare dati e programmi attualmente non interessati all esecuzione. Il calcolatore preso a riferimento in questo testo si basa sul processore PC (Processore Complesso), un processore schematizzato avente architettura IA32, software compatibile con i processori attualmente presenti nei Personal Compu-

11 Organizzazione software di un semplice calcolatore 15 ter. Vista la rapida evoluzione tecnologica in atto, non è opportuno utilizzare processori effettivamente esistenti, per ovvii problemi di obsolescenza, ma conviene ricorrere a un modello che abbia un tempo di vita maggiore. In questo capitolo, il funzionamento di un calcolatore viene illustrato a livello di linguaggio macchina, cioè con visibilità delle istruzioni e dei dati su cui il calcolatore opera: lo scopo principale è quello di illustrare le funzionalità della macchina, e per motivi di semplicità, il processore PC viene inizialmente descritto in modo estremamente semplificato (processore PCs). Il linguaggio macchina, essendo composto da sequenze di bit, risulta sostanzialmente incomprensibile, per cui faremo ricorso a un linguaggio simbolico in corrispondenza uno a uno con il linguaggio macchina, ma con il pregio di una maggiore leggibilità. 1.2 Calcolatore basato sul processore PCs Nell illustrare il funzionamento di un calcolatore, faremo spesso riferimento a quantità numeriche binarie: per compattare la scrittura useremo la notazione e- sadecimale, che consiste nel raggruppare i bit 4 a 4 e sostituire ogni quadrupla di bit con uno dei simboli 0, 1,..., 9, A, B, C, D, E, F, secondo la seguente corrispondenza: Quadrupla Simbolo Quadrupla Simbolo A B C D E F Il processore PCs possiede un unità logico-aritmetica (detta ALU: Arithmetic and Logic Unit) in grado di elaborare operandi, costituiti da numeri naturali o numeri interi, la cui lunghezza può essere di 8 bit (byte), di 16 bit (parola o word) e di 32 bit (parola lunga, doppia parola o double word). Eventuali operandi di lunghezza maggiore (tipicamente, di 64 bit possono essere trattati suddividendoli in parti. Il processore PCs non possiede, invece, nessuna unità per elaborare operandi costituiti da numeri reali.

12 16 Capitolo 1 Un semplice calcolatore basato sul processore PCs appare al programmatore come illustrato in Figura 1.2, dove sono evidenziati i registri del processore, lo spazio di memoria e lo spazio di I/O ai quali il processore è in grado di accedere FFFF FFFFFFFF Spazio di memoria Spazio di I/O EAX AX (AH, AL) EBX BX (BH, BL) ECX CX (CH, CL) EDX DX (DH, DL) ESI EDI EBP ESP EIP EFLAG Figura 1.2 Semplice calcolatore basato sul processore PCs Spazio di memoria Lo spazio di memoria è una sequenza lineare e contigua di 4G locazioni (G=1024*1024*1024). Ogni locazione ha la capacità di 8 bit ed è individuata mediante un indirizzo di 32 bit. Il processore è in grado di accedere a una singola locazione corrispondente a un byte, a una coppia di locazioni consecutive (doppia locazione) corrispondente a una parola, o a una quadrupla di locazioni

13 Organizzazione software di un semplice calcolatore 17 consecutive (quadrupla locazione) corrispondente a una parola lunga: nel primo caso deve essere specificato l indirizzo della locazione stessa, nel secondo e nel terzo caso l indirizzo della prima delle locazioni interessate (l indirizzo più piccolo), che verrà semplicemente detto indirizzo della doppia locazione o indirizzo della quadrupla locazione. Se una doppia locazione o una quadrupla locazione contengono un numero naturale o un numero intero, la locazione di indirizzo più piccolo contiene la parte (8 bit) meno significativa e le altre le parti via via più significative del numero stesso. Lo spazio di memoria viene riferito durante il prelievo delle istruzioni e durante l esecuzione della maggior parte delle istruzioni operative (per prelevare operandi o memorizzare risultati). In questo spazio viene montata la memoria principale, realizzata in piccola parte con integrati di tipo EPROM (sola lettura: Erasable Programmable Read Only Memory) e in gran parte con integrati di tipo RAM (letura/scrittura: Random Access Memory) Spazio di I/O Lo spazio di ingresso/uscita o spazio di I/O (Input/Output) è una sequenza lineare e contigua di 64K locazioni o porte (K = 1024), ognuna delle quali ha una capacità di 8 bit ed è individuata mediante un indirizzo di 16 bit. In genere un operando occupa nello spazio di I/O una sola porta. Lo spazio di I/O viene riferito durante l esecuzione di particolari istruzioni operative, dette appunto di ingresso/uscita. Questo spazio contiene le interfacce attraverso cui il calcolatore colloquia con il mondo esterno. Una semplice interfaccia sarà descritta nel Paragrafo Registri del processore PCs Il processore possiede due tipi di registri, i registri generali e i registri di stato. Tra i registri generali è compreso il puntatore di pila. Registri generali I registri generali sono 8 da 32 bit, denominati EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, EBP ed ESP, 4 da 16 bit (parti meno significative dei primi 4 registri), denominati AX, BX, CX e DX, e 8 da 8 bit (parti più significative (H) e parti meno significative (L) dei registri da 16 bit), denominati AH, BH, CH, DH, AL, BL, CL e DL. I registri generali vengono utilizzati indifferentemente per memorizzare operandi e contenere indirizzi di memoria: in quest ultimo caso pos-

14 18 Capitolo 1 sono essere utilizzati solo i registri da 32 bit (un indirizzo di memoria è sempre costituito da 32 bit). Registri di stato Questo gruppo di registri comprende il contatore (o puntatore) di istruzioni EIP (Instruction Pointer) e il registro dei flag EFLAG. Il registro EIP contiene l indirizzo della locazione di memoria a partire dalla quale sarà prelevata la prossima istruzione da eseguire: una volta prelevata un istruzione, il suo contenuto viene automaticamente aggiornato in modo da indirizzare l istruzione sequenzialmente successiva. Il contenuto di questo registro viene modificato dalle istruzioni di controllo. Il registro EFLAG (vedi Figura 1.3) contiene (tra l altro), nella parte meno significativa, 4 flag, la cui funzione viene specificata di seguito OF SF ZF CF Figura 1.3 Parte meno significativa del registro EFLAG Carry Flag CF: quando vale 1 indica che durante l esecuzione dell ultima istruzione si è generato un riporto (carry) se l istruzione era di somma, o si è richiesto un prestito (borrow) se l istruzione era di sottrazione: per numeri naturali questa situazione indica che il risultato dell operazione non è rappresentabile. Zero Flag ZF: quando vale 1 indica che l ultima istruzione eseguita ha prodotto un risultato uguale a zero (tutti i bit uguali a 0). Sign Flag SF: quando vale 1 indica che l ultima istruzione eseguita ha prodotto un risultato con il bit più significativo uguale a 1: per numeri interi questa situazione indica che il risultato è negativo. Overflow Flag OF: quando vale 1 indica che durante l esecuzione dell ultima istruzione si è avuto un traboccamento: per numeri interi questa situazione indica che il risultato non è rappresentabile. Registro puntatore di pila Per motivi che risulteranno più chiari in seguito (chiamata e ritorno da sottoprogramma, salvataggio e ripristino di contenuti di registri, eccetera), è molto utile disporre di una pila (o stack), cioè di una porzione di memoria in cui immettere e prelevare dati in accordo alla disciplina LIFO (Last In First Out): il dato che viene prelevato per primo è quello che vi è stato immesso per ultimo.

15 Organizzazione software di un semplice calcolatore 19 La pila viene realizzata utilizzando più locazioni consecutive di memoria, raggruppate in entità informative di lunghezza prefissata (dati), locazioni che vengono riempite a partire da quella di indirizzo maggiore: il registro ESP (Stack Pointer) individua a ogni istante la cima (o top) della pila, cioè il dato inserito per ultimo. Sulla pila si possono effettuare le seguenti 3 azioni (vedi anche la Figura 1.4): inizializzazione: il registro puntatore viene inizializzato con l indirizzo successivo a quello della prima locazione da cui comincia la pila (quella di indirizzo maggiore); immissione (operazione push): il contenuto del registro puntatore viene prima opportunamente decrementato e poi utilizzato come indirizzo per un operazione di scrittura di un dato in memoria; estrazione (operazione pop): il contenuto del registro puntatore viene prima utilizzato come indirizzo per un operazione di lettura di un dato dalla memoria e poi opportunamente incrementato. Nel processore PCs i dati che vengono memorizzati in pila sono lunghi 4 byte (parola lunga): per ogni immissione o estrazione, ESP viene quindi incrementato o decrementato di 4. Dato immesso Dato estratto ESP ESP Valore iniziale ESP Figura 1.4 Operazioni sulla pila La prima operazione dopo l inizializzazione sarà certamente una PUSH. Oltre al registro ESP, anche il registro EBP è dedicato alla gestione della pila, come sarà visto nei capitoli successivi: questi registri, pertanto, pur facen-

16 20 Capitolo 1 do parte dei registri generali, vengono utilizzati per memorizzare indirizzi all interno della pila stessa Condizioni al reset iniziale Il processore è dotato di un apposito piedino per il reset: ogni volta che questo diviene attivo, il processore si porta in uno stato iniziale in cui i registri assumono particolari valori (tipicamente 0). Ne risulta in particolare che l istruzione che viene eseguita per prima è quella che si trova in memoria a partire dalla locazione il cui indirizzo è specificato dal valore iniziale di EIP. 1.3 Formato istruzioni e modi di indirizzamento del processore PCs Ogni istruzione che viene eseguita dal processore specifica da un lato il tipo di operazione da eseguire (codice operativo), e dall altro le modalità per individuare gli operandi su cui compiere le elaborazioni o l indirizzo della prossima istruzione (modalità di indirizzamento). Descriveremo adesso i formati delle istruzioni e le modalità di indirizzamento del processore PCs, introducendo in modo informale un linguaggio simbolico, in corrispondenza biunivoca con il linguaggio macchina. Molte istruzioni operative del processore compiono elaborazioni su due o- perandi, sostituendo uno di essi con il risultato dell operazione effettuata: l operando che alla fine viene sostituito è detto operando destinatario (e il luogo dove si trova è detto destinazione), mentre l altro operando (che rimane inalterato) è detto operando sorgente (e anche il luogo dove si trova è detto sorgente). A livello di linguaggio simbolico un istruzione a due operandi ha il formato: COlun sorgente, destinazione Il campo COlun rappresenta il codice operativo dell istruzione, che specifica anche la lunghezza lun degli operandi: B (o b) significa byte, W (o w) parola e L (o l) parola lunga. I campi sorgente e destinazione individuano, rispettivamente, l operando sorgente e l operando destinatario. Anche le modalità di indirizzamento vengono specificate dal codice operativo: tuttavia, a livello di linguaggio simbolico, queste vengono rese esplicite nei campi sorgente e destinazione.

17 Organizzazione software di un semplice calcolatore 21 Per alcune istruzioni a due operandi, il campo destinazione è omesso: in questi casi le informazioni relative all operando destinatario sono implicite nel codice operativo delle istruzioni stesse. A livello di linguaggio simbolico, un istruzione di tale tipo ha il formato: COlun sorgente Altre istruzioni operative compiono elaborazioni su un solo operando, sostituendolo alla fine con il risultato dell operazione: l operando specificato è quindi l operando destinatario (e il luogo dove si trova è la destinazione). A livello di linguaggio simbolico un istruzione a un operando ha il formato: COlun destinazione Le istruzioni di controllo trasferiscono un nuovo valore nel registro EIP (eventualmente al verificarsi di certe condizioni), dato dalla somma del contenuto di EIP con un numero intero detto spiazzamento (displacement). Esse hanno il formato: COcond EIP + spiazzamento Illustriamo adesso le modalità di indirizzamento previste per il processore PCs Indirizzamento di registro Con questa modalità di indirizzamento, l operando è contenuto in uno dei registri generali da 32 bit, da 16 bit, oppure da 8 bit. I seguenti esempi chiariscono come questo indirizzamento viene indicato a livello di linguaggio simbolico. COL EAX Significato: l operando è di 32 bit e risiede nel registro EAX. COB BL, AL Significato: gli operandi sono di 8 bit: l operando sorgente risiede nel registro BL e l operando destinatario nel registro AL Indirizzamento diretto Questa modalità di indirizzamento si utilizza quando l operando è in memoria. L istruzione contiene un numero naturale di 32 bit, che rappresenta l indirizzo della prima delle locazioni in cui si trova l operando. I seguenti esempi chiariscono come questa modalità di indirizzamento viene indicata a livello di linguaggio simbolico.

18 22 Capitolo 1 COB Significato: l operando è di 8 bit e risiede nella locazione di memoria di indirizzo COW Significato: l operando è di 16 bit e risiede nella doppia locazione di memoria di indirizzo COL EAX, Significato: gli operandi sono di 32 bit: l operando sorgente (individuato mediante l indirizzamento di registro) risiede in EAX; l operando destinatario (individuato mediante l indirizzamento diretto) risiede nella quadrupla locazione di memoria di indirizzo Indirizzamento indiretto con registro puntatore Anche questa modalità di indirizzamento si utilizza quando l operando è in memoria. L istruzione specifica un registro da 32 bit (registro puntatore), il cui contenuto viene interpretato come indirizzo della locazione a partire dalla quale si trova l operando. I seguenti esempi chiariscono come questa modalità di indirizzamento viene indicata a livello di linguaggio simbolico. COB (EAX) Significato: l operando è di 8 bit e risiede nella locazione di memoria il cui indirizzo è contenuto in EAX. COW (EBX) Significato: l operando è di 16 bit e risiede nella doppia locazione di memoria il cui indirizzo è contenuto in EBX. COL (EBX), EAX Significato: gli operandi sono di 32 bit. L operando sorgente (individuato mediante l indirizzamento indiretto con registro puntatore) risiede nella quadrupla locazione di memoria il cui indirizzo è contenuto in EBX, e l operando destinatario (individuato mediante l indirizzamento di registro) risiede in EAX. L indirizzamento indiretto con registro puntatore può essere utilizzato per accedere in sequenza agli elementi di un vettore (che in memoria occupano locazioni consecutive): semplici operazioni di aggiornamento del contenuto del registro fanno passare da un elemento al successivo (o al precedente) Indirizzamento modificato Questa modalità di indirizzamento rappresenta una generalizzazione delle pre

19 Organizzazione software di un semplice calcolatore 23 cedenti due. Nell istruzione sono specificati uno spiazzamento (numero naturale di 8 bit o 32 bit) e un registro di modifica (da 32 bit): la somma (su 32 bit) dello spiazzamento (esteso a 32 bit) e del contenuto del registro rappresenta l indirizzo dell operando. Il seguente esempio chiarisce come questa modalità di indirizzamento viene indicata a livello di linguaggio simbolico. COB (EBX) Significato: l operando è di 8 bit e risiede nella locazione di memoria il cui indirizzo si ottiene sommando al contenuto di EBX lo spiazzamento L indirizzamento modificato serve per accedere agli elementi di vettori o alle componenti di strutture (anch esse occupano locazioni consecutive di memoria). L indirizzamento modificato può essere quindi utilizzato dal programmatore in due modi differenti. a) Indirizzamento con registro indice Lo spiazzamento rappresenta l indirizzo di partenza di un vettore (indirizzo del primo elemento), sempre di 32 bit, mentre il contenuto del registro seleziona uno specifico elemento: semplici operazioni di aggiornamento del contenuto del registro (detto in tal caso registro indice) fanno passare da un elemento del vettore al successivo (o al precedente). L indirizzamento con registro indice viene anche utilizzato per accedere a elementi corrispondenti di differenti vettori: per questo occorre che le istruzioni che elaborano i singoli vettori abbiano spiazzamenti distinti, ma utilizzino tutte lo stesso registro indice. b) Indirizzamento con registro base Il registro base contiene l indirizzo di partenza di una struttura (insieme consecutivo di locazioni di memoria), mentre lo spiazzamento seleziona un particolare elemento della struttura medesima. Cambiando il contenuto del registro (detto in tal caso registro base) si seleziona l elemento corrispondente di una differente struttura Indirizzamento immediato In questo caso l operando è contenuto nell istruzione stessa (operando immediato). Pertanto è possibile utilizzare l indirizzamento immediato solo nelle i- struzioni a due operandi e per il solo operando sorgente. I seguenti esempi chiariscono come questa modalità di indirizzamento viene indicata a livello di linguaggio simbolico. COB $20, AL

20 24 Capitolo 1 Significato: gli operandi sono di 8 bit: l operando sorgente (individuato mediante l indirizzamento immediato) è contenuto nell istruzione e vale 20; l operando destinatario (individuato mediante l indirizzamento di registro) è contenuto in AL. COW $0032, 2B(EBX) Significato: gli operandi sono di 16 bit: l operando sorgente (individuato mediante l indirizzamento immediato) è contenuto nell istruzione e vale 0032; l operando destinatario (individuato mediante l indirizzamento modificato) si trova nella doppia locazione il cui indirizzo si ottiene sommando B con il contenuto di EBX. Notare che l operando immediato può essere rappresentato nell istruzione con un numero di bit inferiore rispetto a quello dell operando destinatario: in questo caso, quando l istruzione viene eseguita, l operando immediato viene preliminarmente esteso su un numero maggiore di bit prima di essere manipolato. L indirizzamento immediato è utile quando si utilizzano come operandi delle costanti Indirizzamento relativo Questo indirizzamento è possibile solo per le istruzioni di controllo. Nell istruzione è presente uno spiazzamento (numero intero di 8 bit oppure di 32 bit), e l indirizzo di salto (nuovo contenuto di EIP) è dato dalla somma (su 32 bit) tra il contenuto attuale di EIP e lo spiazzamento (esteso a 32 bit). Notare che EIP contiene l indirizzo della istruzione sequenzialmente successiva, e che sono possibili sia salti indietro che salti in avanti (lo spiazzamento è un numero intero). La lunghezza dello spiazzamento determina l intervallo dei possibili indirizzi di salto nell intorno del contenuto di EIP. I seguenti esempi chiariscono come questa modalità di indirizzamento viene indicata a livello di linguaggio simbolico. CO EIP + 5B Significato: l indirizzo di salto si ottiene dalla somma tra il contenuto attuale di EIP e la quantità B (EIP contiene l indirizzo della istruzione sequenzialmente successiva). CO EIP 00002A31 Significato: l indirizzo di salto si ottiene dalla differenza tra il contenuto attuale di EIP e la quantità 00002A31 (EIP contiene l indirizzo della istruzione sequenzialmente successiva).

21 Organizzazione software di un semplice calcolatore Modi di indirizzamento per le varie categorie di istruzioni Precisiamo adesso quali modalità di indirizzamento possono venir utilizzate dalle varie categorie di istruzioni (le modalità di indirizzamento sono specificate nel codice operativo). Con il termine registro intenderemo la modalità di indirizzamento di registro, con il termine memoria intenderemo le modalità di indirizzamento diretto, indiretto con registro puntatore e modificato (con registro indice o con registro base), e con il termine immediato intenderemo la modalità di indirizzamento immediato. Inoltre, con il termine registro_a intenderemo uno dei registri AL, AX, EAX. Infine, con il termine relativo intenderemo la modalità di indirizzamento relativo. La classificazione è la seguente: Istruzioni operative a due operandi COlun sorgente, destinazione Operandi: Registro - Memoria Memoria - Registro Registro - Registro Immediato - Memoria Immediato - Registro Istruzioni operative a due operandi (campo destinazione non presente) COlun sorgente Operandi: Memoria - Implicito Registro - Implicito Immediato - Implicito Istruzioni operative a un operando COlun destinazione Operando: Memoria Registro Istruzioni di ingresso/uscita INlun sorgente, registro_a OUTlun registro_a, destinazione Operandi sorgente e destinazione: indirizzamento diretto se l indirizzo è minore di 256, oppure indiretto tramite il registro DX. Istruzioni di controllo CO EIP + spiazzamento Operandi: Relativo - Implicito