Instrucciones de máquina y tipos de software

Transcripción

1 (obsoletos) Instrucciones de máquina y tipos de software Software del sistema: Implementa sobre la máquina convencional («desnuda») una «máquina virtual»: la máquina operativa Software de aplicaciones: Hace uso de la máquina operativa Soporte (mínimo) del hardware para la protección: la UCP puede estar en «modo supervisor» o en «modo usuario» Instrucciones privilegiadas: Sólo se pueden ejecutar en modo supervisor (si no, la UCP genera interrupción por violación del modo usuario) c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 1 Formatos de instrucciones DIR. SIG. (a) cuatro ADD d3, d2, d (d1)(d2) > d3 (b) tres CR (e) una y media CR1 CR2 CR3 (f) media, media y media ADD.1, d (R1)(d) > R1 ADD.15,.1,.7 (R1)(R7) > R (c) dos ADD d2, d1 (d1)(d2) > d1 o: (d1)(d2) > AC CR1 CR2 (g) media y media ADD.1,.7 (R1)(R7) > R1 (d) una ADD d (AC)(d) > AC CR (h) media C.1 (R1) 1 > R1 (i) cero PUSH, POP, ADD, SUB,... (máquinas de pila) c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 2

2 Modos de direccionamiento de la MP = f((),()) Directo, o absoluto: = () Inmediato: = la de la Indirecto: = (MP[()]) = (()) Indexado: = () (RX) Autoincremento y autodecremento Relativo a programa a página a base a segmento c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 3 Direccionamiento inmediato n 1 i=1 operando 7 (a) Instrucción en una palabra 7 i=1 i=1 operando operando (b) de dos bytes, con operando en el segundo (c) de cinco bytes, con operando de treinta y dos bits c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 4

3 Direccionamiento indirecto 7 n 1 I=1 I=1 puntero puntero (a), puntero y operando (o siguiente, en caso de bifurcación) en una palabra cada uno (b) de dos bytes, puntero de dos y operando (o siguiente) de uno c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 5 Direccionamientos indexados registro de índice J=1 (a) direccionamiento indexado I=1 J=1 registro de índice registro de índice I=1 J=1 puntero (b) direccionamiento postindexado puntero (c) direccionamiento preindexado c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 6

4 Puntero en registro Por ejemplo: º¼ º½ (formato « »): = (R1), operando = (MP[(R1)]) = ((R1)); (R) ((R1)) R Autoincremento: Tras calcular se incrementa el puntero en un número igual al de bytes que ocupa el operando Ejemplo: º¼ º½ : (R) ((R1)) R; (R1) k R1 Autodecremento: Se decrementa el puntero y luego se calcula Ejemplo: º¼ ¹¹º½ : (R1) k R1; (R) ((R1)) R c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 7 Direccionamientos relativos (1) Relativo a programa: = ()(CP) (prog) instrucc. u operando (prog) 1 instrucc. u operando CP CP (a) ()> (b) ()< En muchas UCP sólo existe para las instrucciones de bifurcación c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 8

5 Direccionamientos relativos (2) Relativo a página: = () dir. pág. PAGINA Ejemplo: FF 1 MP de 64 KB (direcciones de 2 bytes) Instrucciones de 1 ó 2 bytes 256 páginas de 256 bytes : 15 CP: 15 : FE si P =, = A si P = 1, = FEA P 8 7 FEA A FE FEA palabra direccionada FEFF FF PAGINA FE ()=A PAGINA FF 1 byte A FFFF c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 9 Direccionamientos relativos (3) Relativo a base: = dir. previa (RB) Registros de base y de límite: RB1 zona asignada al código RL1 RB2 RL2 zona asignada a los datos c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 1

6 Direccionamientos relativos (4) Relativo a segmento: = dir. previa 2 n (RS) Ejemplo, con dir. previa de 16 bits, de 2 bits y n = 4: 15 dirección previa 15 registro de segmento = 19 dirección efectiva c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 11 Pilas Memoria de pila: p n p n 1 PUSH p n1 p n p n 1 p n p n 1 POP p n 1 p p p p Máquinas de pila: PILA INICIAL PILA SPUES INTRODUCIR PILA INICIAL PILA SPUES EXTRAER Datos en la pila. En una máquina de pila «pura» no hay registros «visibles» (en el nivel de máquina convencional) Instrucciones en memoria de acceso aleatorio Instrucciones con direccionamiento implícito (a la ) c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 12

7 Simulación de una pila en la MP MP k (pop) k (push) PP fondo ZONA RESERVADA PARA LA PILA Utilidad: anidamiento de subprogramas (con instrucciones ÄÄ y Ê Ì) y de interrupciones c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 13 Repertorios de instrucciones De movimiento: Aritméticas, lógicas y de comparación: De desplazamiento: De transferencia de control: De gobierno: Ä, ËÌ, Ä º, Ä ºÀ, Ä ºÄ... Ä Í, Ä Ë, Ä Íº... ÈÍËÀ, ÈÇÈ, ÅÇÎ, ÁÆ, ÇÍÌ, ËÍ, ÅÍÄ, ÁÎ, º..., º... ÁÆ,, ÆÇÌ, Æ, ÇÊ, ÄÊ... ÅÈ, ÅȺ... ËÀÊ, ËÀÄ, ÊÇÊ... Ê,, Æ,... ËÃÁÈ, ËÃÁÈ... ÄÄ, Ê Ì, Ê ÌÁ Êà (ÁÆÌ, o ÌÊ È) À ÄÌ, Á, Á... c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 14

8 Medidas de prestaciones Velocidad (performance): V = 1/tpo.respuesta Potencia (throughput): P = trabajo/tiempo Con monoprogramación, P = V Con multiprogramación, P > V Ejemplo: con tres programas, A, B y C, P1A ESA P2A P1B ESB (a) con monoprogramación P2B PC P1A P1B PC P2A PC P2B PC ESA ESB t (b) con multiprogramación c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 15 Velocidad de la UCP: medidas elementales Tiempo de respuesta para un programa: T R = I CPI/F para una : T RI = CPI/F (Si F en MHz, T R y T RI en µs). De aquí, velocidad «de la UCP»: V = 1/T RI = F/CPI MIPS Pero distintas instrucciones tienen distintos CPI... Mezcla de instrucciones: I i instrucciones de C i ciclos... CPI = I 1 C 1 I 2 C 2... I n C n I 1 I 2... I n MIPS depende de la mezcla, y, por tanto, del programa c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 16

9 Velocidad de la UCP: bancos de medida (benchmarks) Pequeños programas: factorial, quicksort... Benchmarks clásicos: Whetstone, Dhrystone... («perfil medio» de programas reales) SPECmarks (Standard Performance Evaluation Corporation): 1. Conjuntos de programas {P int 1,P int 2...}, {P fp 1,Pfp 2...}, V i = V Pi (M M )/V Pi (M R ) (M M : UCP a medir; M R : UCP de referencia) 3. V = n V 1 V 2...V n SPECmarks SPEC CPU26 = CINT26 CFP26 (rendimiento conjunto de UCP, MP y compilador) c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 17 RISC/CISC Reduced Instruction Set Computer: Arquitectura load/store: Instrucciones de procesamiento con formato Instrucciones sólo para las operaciones más frecuentes Formato de instrucciones regular: Una palabra de 32 o 64 bits; pocos formatos, y campos homogéneos Implementación (en el nivel de micromáquina) cableada c 29 DIT-ETSIT-UPM Instrucciones y direccionamiento transp. 18