Selection from Susta:Computer System Structures & John Loomis: Computer organization & M.Mudawar:Computer Architecture & Assembly Language. Cvičení 1.

Transkript

1 Selection from Susta:Computer System Structures & John Loomis: Computer organization & M.Mudawar:Computer Architecture & Assembly Language Cvičení 1. Version: 1.1 ČVUT-FEL in Prague,

2 Byte, Nibble, Bit MSB - most significant bit or high-order bit LSB - least significant bit or right-most bit LSB - least significant byte MSB - most significant byte high word * double word * high byte low word * high nibble low byte * Velikost slova "word" není standardem, ale vyjádřením přirozené jednotky architektury počítače; low nibble 2

3 Eng: Hexadecimal or Hex aka Base Sixteen cz: Hexadecimální čísla 4 bity se kódují jako 1 hex číslice pro stručný zápis binárních čísel A F A 1 16 F 0 Napište jako hex a 0 F Přidána 0 pro zachování číselného typu h e x binary h e x binary A B C D E F

4 Binary Encoded Unsigned Integers Každá pozice reprezentuje kvantitu; symbol na dané pozici udává přírůstek kvantity. Báze 10 (decimal) Báze 2 (binary) O: Kolik? + = = 5 a n 2 n , , , , , , ,536 5

5 Desítkové číslo: 13 b) dělením 2 13/2 = 6 zbytek 1 6/2 = 3 zbytek 0 3/2 = 1 zbytek 1 1/2 = 1 zbytek 1 dělením 2 provádíme logický posun čísla doprava LSB MSB Převod čísel bez znaménka a) postupným odečítáním mocnin 2 postupně od největší k nejmenší =2 5 větší = větší = ok, 13-8=5 4=2 2 =8+4=12 ok, 5-4= = = =8+4+1=13 1-1=0 1 větší než 1 a 6

6 Specialní kódy Dec. Binary Octal 421 Hex (VHDL syntax) BCD binary / hex x = x"00" x = x"01" x = x"02" x = x"03" x = x"04" x = x"05" x = x"06" x = x"07" x = x"08" x = x"09" x A = x"10" x B = x"11" x C = x"12" x D = x"13" x E = x"14" x F = x"15" 7

7 Převod binární na BCD BCD (Binary-coded decimal) - zjednodušuje číselné displeje 35 jako BCD = x"3 5" = binárně= x"23" =

8 Reprezentace čísel bez znaménka Předpokládejme 4bitový počítač Unsigned 4-bit numbers - 4bitové číslo bez znaménka MSB = Nepřehledné odčítání = 12 MSB [Seungryoul Maeng:Digital Systems] 9

9 Způsoby uložení vícebytových čísel v paměti Hex číslo: Big Endian - downto 0x100 0x101 0x102 0x Little Endian - to 0x100 0x101 0x102 0x Little-Endien pochází z knihy Gulliverovy cesty, Jonathon Swift 1726, v níž označovalo jednu ze dvou znepřátelených frakcí Lilliputů. Její stoupenci jedli vajíčka od užšího konce k širšímu, zatímco Big Endien postupovali opačně. A válka nedala na sebe dlouho čekat Pamatujete si, jak válka skončila? 10

10 Reprezentace čísel se znaménkem Excess-K, offset binary or biased representation (cz: Aditivní kód, kód s posunutou nulou) = = Jedna reprezentace 0, možno zvolit si ofset, a tím i počet záporných čísel - často užívaný při zpracování signálů Běžné aritmetické jednotky neumí s kódem počítat 11

11 Reprezentace čísel se znaménkem Znaménko a hodnota, tzv. přímý kód. "Sign and Magnitude Representation" = Nevýhoda: při aritmetických se jinak pracuje se znaménkovým bitem a jinak s hodnotou. 2 různá vyjádření nuly = [Seungryoul Maeng:Digital Systems] 12

12 Reprezentace čísel se znaménkem Ones Complement (cz: Jedničkový doplněk, inverzní kód) = Dvě reprezentace 0! Obtížnější sčítání =

13 Twos Complement (cz: Dvojkový doplněk, doplňkový kód) Reprezentace čísel = = Jedna reprezentace 0, stejná aritmetická jednotka jako pro čísla bez znaménka Záporných čísel máme o jedno více 14

14 Basic Steps of C Compiler stdio.h string.h code.c code.h C preprocessor modifies source code by substitutions code.tmp optional parts gcc C-compiler passes 1 to M optional parts metacode Compiler passes M to N: Optimization of metacode system libraries relative object module Linker Loader NIOS processor 15 15

15 C primitive types Size Java C C alternative Range 1 boolean any integer, true if!=0 BOOL (1 0 to!=0 8 byte char (2 signed char 128 to unsigned char BYTE (1 0 to short int signed short to unsigned short 0 to int int signed int -2^31 to 2^ unsigned int DWORD (1 0 to 2^ long long long int -2^63 to 2^ unsigned long LWORD (1 0 to 2^64-1 1) In many implementations, it is not a standard C datatype, but only common custom for user's "#define" macro definitions, see next slides 2) Default is signed but it is best to specify. 16

16 Definition of BYTE and BOOL // by substitution rule no ; and no type check #define BYTE unsigned char #define BOOL int // by introducing new type, ending ; is required typedef unsigned char BYTE; typedef int BOOL; C language has no strict type checking #define ~ typedef, but typedef is usually better integrated into compiler. 17

17 Defining a Parameterized Macro #define PRINT_MEM(a) print_mem((unsigned char*)&(a), sizeof(a)) Similar to a C function, preprocessor macros can be defined with a parameter list; parameters are without data types. Syntax: #define MACRONAME(parameter_list) text No white space before (. 18

18 Examples: #define MAXVAL(A,B) ((A) > (B))? (A) : (B) #define PRINT(e1,e2) printf( %c\t%d\n,(e1),(e2)); #define putchar(x) putc(x, stdout) #define PRINT_MEM(a) print_mem((unsigned char*)&(a), sizeof(a)) 19

19 Side-effects!!! Example: #define PROD1(A,B) A * B Wrong result: PROD1(1+3,2) 1+3 * 2 Improved example with () #define PROD2(A,B) (A) * (B) PROD2(1+3,2) (1+3) * (2) 20

20 Sign Extension Example in C short int x = 15213; int ix = (int) x; short int y = ; int iy = (int) y; Decimal Hex Binary x B 6D ix C y C iy FF FF C

21 Bitwise Logic Instructions AND OR XOR left shift right shift NOT & ^ << >> ~ Examples: n = n & 0xF0; n = n 0xFF00; n = n ^ 0x80; n = 0xFF << 4; n = n >> 4 n = ~0xFF; In C, operator << usually behaves as logical for unsigned operand and as arithmetic shift for signed operands. 22

22 Pointer Operators & (address operator) Returns the address of its operand Example int y = 5; int *yptr; yptr = &y; yptr points to y // yptr gets address of y yptr yptr y 5 address of y is value of yptr y

23 Pointer Operators & (address operator) Returns the address of its operand * dereference address Get operand stored in address location * and & are inverses (though not always applicable) Cancel each other out *&myvar == myvar and &*yptr == yptr 24

24 Size of Pointer in C-kod int * ptri; char * ptrc; double * ptrd; ptri ptri+1 - *ptrx ptrx[0] *(ptrx+1) ptrx[1] *(ptrx+n) ptrx[n] *(ptrx-n) ptrx[-n] ptrc ptrc+1 ptrd nr1 = sizeof (double); nr2 = sizeof (double*); nr1!= nr2 ptrd