Symbolsk maskinsprog.

Præsentationer af emnet: "Symbolsk maskinsprog."— Præsentationens transcript:

1 Symbolsk maskinsprog

2 Niveauer af abstrakte maskiner
Spørgsmål ... Hvordan bruges asm-niveauet? metode til programmering (i dag) Hvordan stilles asm-niveauet tilrådighed? oversættelse af symbolsk maskinsprog til absolut maskinsprog (næste gang)

3 Symbolsk maskinsprog Maskinsprog main index: 0 method area: 40 bytes
.method main // int main .args // ( int a, int b ) .define a = 1 .define b = 2 // { bipush 88 // Push object reference. iload a iload b invokevirtual min ireturn // return min ( a, b ); // } .method min // int min .args // ( int a, int b ){ .locals // int r; .define r = 3 iload a // if ( a >= b ) isub // stack = a - b, ... ; a - b < 0 => a < b iflt else iload b // r = b; istore r goto end_if else: // else iload a // r = a; end_if: iload r // return r; ireturn Maskinsprog main index: 0 method area: 40 bytes b ac 00 03 b 00 0a a7 00 ac constant pool: 2 words e

4 Symbolsk maskinsprog Symbolske ordrer
.method main // int main .args // ( int a, int b ) .define a = 1 .define b = 2 // { bipush 88 // Push object reference. iload a iload b invokevirtual min ireturn // return min ( a, b ); // } .method min // int min .args // ( int a, int b ){ .locals // int r; .define r = 3 iload a // if ( a >= b ) isub // stack = a - b, ... ; a - b < 0 => a < b iflt else iload b // r = b; istore r goto end_if else: // else iload a // r = a; end_if: iload r // return r; ireturn Symbolske ordrer 1-1 afbildning mellem maskinordre og symbolsk maskinordre

5 ? Hvor finder du bipush 88 ? Maskinsprog main index: 0
.method main // int main .args // ( int a, int b ) .define a = 1 .define b = 2 // { bipush 88 // Push object reference. iload a iload b invokevirtual min ireturn // return min ( a, b ); // } .method min // int min .args // ( int a, int b ){ .locals // int r; .define r = 3 iload a // if ( a >= b ) isub // stack = a - b, ... ; a - b < 0 => a < b iflt else iload b // r = b; istore r goto end_if else: // else iload a // r = a; end_if: iload r // return r; ireturn Maskinsprog ? main index: 0 method area: 40 bytes b ac 00 03 b 00 0a a7 00 ac constant pool: 2 words e

6 Symbolsk maskinsprog bipush, iload 1-1 afbildning Symbolske ordrer
.method main // int main .args // ( int a, int b ) .define a = 1 .define b = 2 // { bipush 88 // Push object reference. iload a iload b invokevirtual min ireturn // return min ( a, b ); // } .method min // int min .args // ( int a, int b ){ .locals // int r; .define r = 3 iload a // if ( a >= b ) isub // stack = a - b, ... ; a - b < 0 => a < b iflt else iload b // r = b; istore r goto end_if else: // else iload a // r = a; end_if: iload r // return r; ireturn Symbolske ordrer bipush, iload 1-1 afbildning Direktiver/pseudoinstruktioner .define a=1 symbolsk konstant .method min metode start .args 3 antal argumenter .locals 1 antal lokale variable

7 Symbolsk maskinsprog bipush, iload 1-1 afbildning Symbolske ordrer
.method main // int main .args // ( int a, int b ) .define a = 1 .define b = 2 // { bipush 88 // Push object reference. iload a iload b invokevirtual min ireturn // return min ( a, b ); // } .method min // int min .args // ( int a, int b ){ .locals // int r; .define r = 3 iload a // if ( a >= b ) isub // stack = a - b, ... ; a - b < 0 => a < b iflt else iload b // r = b; istore r goto end_if else: // else iload a // r = a; end_if: iload r // return r; ireturn Symbolske ordrer bipush, iload 1-1 afbildning Direktiver/pseudoinstruktioner .define a=1 symbolsk konstant .method min metode start .args 3 antal argumenter .locals 1 antal lokale variable Labels else: end_if:

8 Symbolsk maskinsprog bipush, iload 1-1 afbildning Symbolske ordrer
.method main // int main .args // ( int a, int b ) .define a = 1 .define b = 2 // { bipush 88 // Push object reference. iload a iload b invokevirtual min ireturn // return min ( a, b ); // } .method min // int min .args // ( int a, int b ){ .locals // int r; .define r = 3 iload a // if ( a >= b ) isub // stack = a - b, ... ; a - b < 0 => a < b iflt else iload b // r = b; istore r goto end_if else: // else iload a // r = a; end_if: iload r // return r; ireturn Symbolske ordrer bipush, iload 1-1 afbildning Direktiver/pseudoinstruktioner .define a=1 symbolsk konstant .method min metode start .args 3 antal argumenter .locals 1 antal lokale variable Labels else: end_if: Symbolske operander a, b, r symbolske konstant min metodenavn else, end_if label

9 Pentium symbolsk maskinsprog
.section .data # start of data section a: .long # variable a b: .long # variable b m: .long 0 # variable m .section .text # start of text section .globl _start # _start is a global symbol # specifying program start _start: # int main (void) movl a, %eax # movl b, %ebx # cpml %eax, %ebx # compute b-a <= 0 and # set eflags jle if # if (a >= b) jmp else if: movl %eax, m # m = a jmp endif # else else: movl %ebx, m # m = b endif: movl m, %ebx movl $1, %eax int $0x80 # return m

10 Pentium symbolsk maskinsprog
.section .data # start of data section a: .long 42 # variable a b: .long 53 # variable b m: .long 0 # variable m .section .text # start of text section .globl _start # _start is a global symbol # specifying program start _start: # int main (void) movl a, %eax # movl b, %ebx # cpml %eax, %ebx # compute b-a <= 0 and # set eflags jle if # if (a >= b) jmp else if: movl %eax, m # m = a jmp endif # else else: movl %ebx, m # m = b endif: movl m, %ebx movl $1, %eax int $0x80 # return m Symbolske ordrer movl, cpml, jle, ... Direktiver .section .globl Labels _start: if: Symbolske operander a, b, m %eax, %ebx Samme struktur som program i IJVM symbolsk maskinsprog

11 Forskellige assembleres realisering af N = I + J
Pentium Motorola 680x0 SPARC SCO figur 7.2

12 Symbolske maskinsprog
Asm-niveauet realiseres af assembleren. Der kan sagtens være flere realiseringen ovenpå samme ISA-niveau ... .method min // int min .args // ( int a, int b ){ .define a = 1 .define b = 2 .locals // int r; .define r = 3 iload a // if ( a >= b ) iload b isub iflt else iload b // r = b; istore r goto end_if else: // else iload a // r = a; end_if: iload r // return r; ireturn // } .def min[3,1] # int min .eq a = 1 .eq b = 2 .eq r = 3 ld a # if ( a >= b ) ld b sub ld b # r = b; sto r jmp end_if else: # else ld a # r = a; ld r # return r; ret # } Forskellige direktiver, symbolsk ordrenavne, ...

13 .method main // int main .args // ( int a, int b ) .define a = 1 .define b = 2 // { bipush 88 iload a iload b invokevirtual min ireturn // return min ( a, b ); // } .method min // int min .args // ( int a, int b ){ .locals // int r; .define r = 3 iload a // if ( a >= b ) isub iflt else iload b // r = b; istore r goto end_if else: // else iload a // r = a; end_if: iload r // return r; ireturn // }

14 _main index_ 0 _method area_ 00 03 00 00 bipush 88 iload 1 iload 2 invokevirtual 1 ireturn 00 01 isub iflt 10 istore 3 goto 7 iload 3 _constant pool_ e .method main // int main .args // ( int a, int b ) .define a = 1 .define b = 2 // { bipush 88 iload a iload b invokevirtual min ireturn // return min ( a, b ); // } .method min // int min .args // ( int a, int b ){ .locals // int r; .define r = 3 iload a // if ( a >= b ) iflt else iload b // r = b; istore r goto end_if else: // else iload a // r = a; end_if: iload r // return r; ireturn // }

15 _main index_ 0 _method area_ 00 03 00 00 bipush 88 iload 1 iload 2 invokevirtual 1 ireturn 00 01 isub iflt 10 istore 3 goto 7 iload 3 _constant pool_ e .method main // int main .args // ( int a, int b ) .define a = 1 .define b = 2 // { bipush 88 iload a iload b invokevirtual min ireturn // return min ( a, b ); // } .method min // int min .args // ( int a, int b ){ .locals // int r; .define r = 3 iload a // if ( a >= b ) iflt else iload b // r = b; istore r goto end_if else: // else iload a // r = a; end_if: iload r // return r; ireturn // } “Abstraktionsniveauet” i det symbolske maskin- sprog bestemmes af assembleren ...

16 Et symbolsk maskinsprog til IJVM (dComNet-nr.2)

17 IJVM simulatoren ordresæt
Tilsvarende figur 4-11 i SCO, men med en mere detaljet beskrivelse af operander...

18 Programmering i symbolsk maskinsprog
... Effektive og maskinnære programmer, men besværligt ... ... skal bruges med omtanke ... ... programmering af ydre enheder, oversættere ...

19 Programmering i symbolsk maskinsprog
int main() { return gcd(2,3); } int gcd(int x, int y) while ( x != y ){ if ( x < y ) y = y - x; else x = x - y; return x; ... systematisk oversættelse af højniveau-konstruktioner ... metoder med parameteroverførelse variabel erklæringer med simple typer kontrol strukturer; if-then-else, while beregning af betingelser og udtryk

20 dComNet-nr.1

21 Hvad gør dette

22 Målgruppen er MENNESKER

23 Eksempel int main() { return gcd(2,3); } int gcd(int x, int y)
while ( x != y ){ if ( x < y ) y = y - x; else x = x - y; return x;

24 Metode int gcd(int x, int y) { while ( x != y ){ if ( x < y )
y = y - x; else x = x - y; } return x; .method gcd // int gcd .args // ( int x, int y) .locals 0 .define x = 1 .define y = 2 // { ... // }

25 Metode – Ordning af parametre
.method gcd // int gcd .args // ( int x, int y) .locals 0 .define x = 1 .define y = 2 // { ... // } Caller's LV Caller's PC x y Link prt SP LV +2 +1 Gennemgå invokevirtual 1 på tavle, få det til at passe med lagerindholdet jvf. tegning på anden tavle. Vigtigt at have en konvention for rækkefølgen!!

26 Metode – Ordning af parametre
.method gcd // int gcd .args // ( int x, int y) .locals 0 .define x = 1 .define y = 2 // { ... // } Caller's LV Caller's PC x y Link prt SP LV +2 +1 Gennemgå invokevirtual 1 på tavle, få det til at passe med lagerindholdet jvf. tegning på anden tavle. IJVM konvention

27 Metode Caller's LV Caller's PC y x Link prt SP +2 +1 LV
int gcd(int x, int y) { while ( x != y ){ if ( x < y ) y = y - x; else x = x - y; } return x; Caller's LV Caller's PC y x Link prt SP LV +2 +1 .method gcd // int gcd .args // ( int x, int y) .locals 0 .define x = 1 .define y = 2 // { ... // }

28 Sidemandsopgave Over sæt Caller's LV Caller's PC y x Link prt SP +2 +1
int imul(int a, int b) { int p; p = 0; while ( a < 0 ){ a = a - 1; p = p + b; } return p; Caller's LV Caller's PC y x Link prt SP LV +2 +1 Over sæt ??? // { ... // }

29 Kontrolstruktur / while-løkke
int gcd(int x, int y) { while ( x != y ){ if ( x < y ) y = y - x; else x = x - y; } return x; while: // while iload x iload y if_icmpeq end_while // ( x != y ) // { ... goto while // } end_while:

30 Sidemandsopgave Over sæt int imul(int a, int b) { int p; p = 0;
while ( a < 0 ){ a = a - 1; p = p + b; } return p; Over sæt ??? // { ... // }

31 Kontrolstruktur / if-then-else
int gcd(int x, int y) { while ( x != y ){ if ( x < y ) y = y - x; else x = x - y; } return x; iload x // if iload y isub // stack = x-y, x-y < 0 => ( x < y ) iflt then goto else then: // { ... goto end_if // } else: // else // { // } end_if:

32 Beregning af udtryk, variabletildeling og returnværdi
int gcd(int x, int y) { while ( x != y ){ if ( x < y ) y = y - x; else x = x - y; } return x; iload y iload x isub istore y // y = y - x; istore x // x = x - y; iload x ireturn // return x;

33 Sidemandsopgave Over sæt int imul(int a, int b) { int p; p = 0;
while ( a < 0 ){ a = a - 1; p = p + b; } return p; Over sæt ??? // { ... // }

34 Metode og metodekald Caller's LV Caller's PC y x Link prt SP +2 +1 LV
int main() { return gcd(2,3); } Caller's LV Caller's PC y x Link prt SP LV +2 +1 .method main // int main() .args 1 .locals 0 //{ // push object reference bipush 88 // push arguments bipush 2 bipush 3 invokevirtual gcd ireturn // return gcd(2,3) // }

35 Sidemandsopgave Over sæt Caller's LV Caller's PC b a Link prt SP +2 +1
int main() { return imul(2,3); } Caller's LV Caller's PC b a Link prt SP LV +2 +1 Over sæt ???

36 // Greatest common divisor.
.method gcd // int gcd .args 3 // ( int x. int y) .define x = 1 .define y = 2 // { while: // while iload x iload y if_icmpeq end_while // ( x != y ) iload x // if iload y isub // stack = x-y, x-y < 0 => ( x < y ) iflt then goto else then: // { iload x isub istore y // y = y - x; goto end_if // } else: // else iload x // { istore x // x = x - y; // } end_if: goto while // } end_while: ireturn // return x; // } .method main bipush 88 bipush 2 bipush 3 invokevirtual gcd ireturn // return gcd(2,3)

37 gcd.j oversættes til ijvm-asm gcd.j gcd.bc fortolkes af ijvm gcd.bc
main index: 1 method area: 59 bytes f 9b a7 00 0d a7 00 0a a7 ff dd ac b ac constant pool: 2 words d fortolkes af ijvm gcd.bc IJVM maskine

38 ijvm gcd.bc IJVM Trace of gcd.bc stack = 0, 1, 18 1:bipush [10 58] stack = 88, 0, 1, 18 2:bipush [10 02] stack = 2, 88, 0, 1, 18 3:bipush [10 03] stack = 3, 2, 88, 0, 1, 18 4:invokevirtual [b ] stack = 17, 58, 3, 2, 23, 0, 1, 18 5:iload [15 01] stack = 2, 17, 58, 3, 2, 23, 0, 1 6:iload [15 02] stack = 2, 2, 17, 58, 3, 2, 23, 0 7:if_icmpeq [9f 00 22] stack = 17, 58, 3, 2, 23, 0, 1, 18 8:iload [15 01] stack = 2, 17, 58, 3, 2, 23, 0, 1 9:iload [15 02] stack = 3, 2, 17, 58, 3, 2, 23, 0 10:isub [64] stack = -1, 17, 58, 3, 2, 23, 0, 1 11:iflt [9b 00 06] stack = 17, 58, 3, 2, 23, 0, 1, 18 12:iload [15 02] stack = 3, 17, 58, 3, 2, 23, 0, 1 13:iload [15 01] stack = 2, 3, 17, 58, 3, 2, 23, 0 14:isub [64] stack = 1, 17, 58, 3, 2, 23, 0, 1 15:istore [36 02] stack = 1, 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1, 18 16:goto [a7 00 0a] stack = 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1, 18 17:goto [a7 ff dd] stack = 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1, 18 18:iload [15 01] stack = 2, 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1 19:iload [15 02] stack = 1, 2, 17, 58, 1, 2, 23, 0 20:if_icmpeq [9f 00 22] stack = 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1, 18 21:iload [15 01] stack = 2, 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1 22:iload [15 02] stack = 1, 2, 17, 58, 1, 2, 23, 0 23:isub [64] stack = -1, 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1 24:iflt [9b 00 06] stack = 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1, 18 25:goto [a7 00 0d] stack = 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1, 18 26:iload [15 01] stack = 2, 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1 27:iload [15 02] stack = 1, 2, 17, 58, 1, 2, 23, 0 28:isub [64] stack = 1, 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1 29:istore [36 01] stack = 17, 58, 1, 1, 23, 0, 1, 18 30:goto [a7 ff dd] stack = 17, 58, 1, 1, 23, 0, 1, 18 31:iload [15 01] stack = 1, 17, 58, 1, 1, 23, 0, 1 32:iload [15 02] stack = 786, 1, 17, 58, 1, 1, 23, 0 33:if_icmpeq [9f 00 22] stack = 17, 58, 1, 1, 23, 0, 1, 18 34:iload [15 01] stack = 1, 17, 58, 1, 1, 23, 0, 1 35:ireturn [ac] stack = 1, 0, 1, 18 36:ireturn [ac] stack = 1 Diskutér med din sidemandd: Der er fire fejl på stakken – hvilke og hvad er det rigtige? 9: her skal loades tre I stedet for to (anden parameter fra bunden) 15: Her fjernes øverste argument ikke 23: sub trækker fra omvendt (skal være 1) 32: her loades forkert (skal være 1)

39 Afprøvning af programmer
Ekstern afprøvning Sammenlign et af programmet beregnet resultat med kendt og korrekt resultat ... Intern afprøvning Alle dele af programmet skal være gennemløbet og alle betingede hop skal være afviklet med betingelsen opfyldt og ikke opfyldt ...

40 ijvm gcd.bc IJVM Trace of gcd.bc stack = 0, 1, 18
bipush [10 58] stack = 88, 0, 1, 18 bipush [10 02] stack = 2, 88, 0, 1, 18 bipush [10 03] stack = 3, 2, 88, 0, 1, 18 invokevirtual [b ] stack = 17, 58, 3, 2, 23, 0, 1, 18 iload [15 01] stack = 2, 17, 58, 3, 2, 23, 0, 1 iload [15 02] stack = 3, 2, 17, 58, 3, 2, 23, 0 if_icmpeq [9f 00 22] stack = 17, 58, 3, 2, 23, 0, 1, 18 isub [64] stack = -1, 17, 58, 3, 2, 23, 0, 1 iflt [9b 00 06] stack = 17, 58, 3, 2, 23, 0, 1, 18 iload [15 02] stack = 3, 17, 58, 3, 2, 23, 0, 1 iload [15 01] stack = 2, 3, 17, 58, 3, 2, 23, 0 isub [64] stack = 1, 17, 58, 3, 2, 23, 0, 1 istore [36 02] stack = 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1, 18 goto [a7 00 0a] stack = 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1, 18 goto [a7 ff dd] stack = 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1, 18 iload [15 01] stack = 2, 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1 iload [15 02] stack = 1, 2, 17, 58, 1, 2, 23, 0 if_icmpeq [9f 00 22] stack = 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1, 18 isub [64] stack = 1, 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1 iflt [9b 00 06] stack = 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1, 18 goto [a7 00 0d] stack = 17, 58, 1, 2, 23, 0, 1, 18 istore [36 01] stack = 17, 58, 1, 1, 23, 0, 1, 18 goto [a7 ff dd] stack = 17, 58, 1, 1, 23, 0, 1, 18 iload [15 01] stack = 1, 17, 58, 1, 1, 23, 0, 1 iload [15 02] stack = 1, 1, 17, 58, 1, 1, 23, 0 if_icmpeq [9f 00 22] stack = 17, 58, 1, 1, 23, 0, 1, 18 ireturn [ac] stack = 1, 0, 1, 18 ireturn [ac] stack = 1 ijvm gcd.bc

41 Evt. optimeringer foretages altid på et korrekt program ...
Arbejdsgang ... Tag udgangspunkt i et C/java program Oversæt systematisk til symbolsk maskinsprog Kommenter med C/java programmet Afprøv programmet eksternt og internt Evt. optimeringer foretages altid på et korrekt program ...