1	Luento 2 TTK-91 tietokone ja sen KOKSI simulaattori Miksi TTK-91? TTK-91 rakenne ja käskykanta-arkkitehtuuri Mikä on simulaattori? Miten TTK-91 ohjelmia suoritetaan simulaattorissa?
2	Miksi konekieltä? Koneen toiminnan ymmärtäminen Oman ohjelman toiminnan ymmärtäminen Koneenläheinen ohjelmointi Kääntäjän tekeminen kääntäjä kääntää konekielelle lausekielisen ohjelman Ohjelman tehokkuus osia ohjelmasta ohjelmoidaan suoraan konekielellä
3	Miksi ei oikeaa konekieltä? Oikeat konekielet huomattavasti monimutkaisempia niiden opetteluun tarvitaan oma kurssi Vaikeaa valita sopivinta paljon erilaisia konekieliä Keskitytään vain opetuksen kannalta oleellisiin asioihin tarvittaessa oikea konekieli ‘helppo’ oppia
4	Tietokone TTK-91 Laitteisto, hardware (HW) suoritin, muisti, väylät, oheislaitteiden liitännät Käskykanta - konekieliarkkitehtuuri käyttöliittymä laitteistoon konekäskyt, tiedon esitysmuodot, tietotyypit Symbolinen konekieli luettavampi muoto konekielestä kullakin symbolilla yksikäsitteiset arvot KOKSI simulaattori TTK-91 koneen laitteiston simulaattori symbolisen konekielen kääntäjä graafinen käyttöliittymä, debugger-ympäristö
5	TTK-91 laitteisto
6	TTK-91 rekisterit 8 yleisrekisteriä vain näitä rekistereitä voi koskettaa (suoraan) konekäskyillä kaikki laskenta tapahtuu rekistereiden avulla vain 8 ”muistipaikkaa” varsinaista laskentaa varten R0 työrekisteri indeksirekisterinä == 0 (eli jälkimmäisenä operandina R0:n käyttö tarkoittaa lukua 0 rekisterin R0 sisällön asemesta) R1-R5 työ- ja indeksirekistereitä tyyppi riippuu rekisterin käytöstä konekäskyssä pino-osoitin SP (R6) ympäristöosoitin FP (R7)
7	TTK-91 Kontrolliyksikkö (CU) PC - Program Counter, käskyosoitin seuraavaksi suoritettavan konekäskyn osoite IR - Instruction Register, käskyrekisteri suorituksessa oleva konekäsky TR - Temporary Register, apurekisteri tilapäinen talletuspaikka käskyn suoritusaikana SR - State Register, tilarekisteri suorittimen tila ja rajoitukset tällä hetkellä
8	TTK-91 Tilarekisteri SR Tilatietoa siitä, mitä suorittimella tapahtui edellisen käskyn suorituksessa virhetilanteet, poikkeukset konekäsky olikin käyttöjärjestelmän palvelupyyntö vertailun tulos Tilatietoa siitä, mitä systeemissä tapahtui viime aikoina käsittelemättömät laitteiden antamat signaalit (laitekeskeytykset, device interrupts) Tilatietoa siitä, mitä suoritin saa tehdä jatkossa etuoikeutettu tila? (kaikki muistialueet ja kaikki käskyt sallittuja) poikkeusten ja keskeytysten käsittely sallittua vai ei?
9	Tilarekisteri SR (9)
10	TTK-91 Muistinhallintayksikkö (MMU) Muistiinviittausrekisterit MAR - Memory Address Register, muistiosoite MBR - Memory Buffer Register, luettava/kirjoitettava arvo Ohjelman käytössä oleva muistialue vain tähän alueeseen voi viitata (koodi, data) BASE - muistisegmentin alkuosoite LIMIT - muistisegmentin koko kaikki osoitteet suhteellisia BASE rekisterin arvoon esim. jos BASE=8000, niin käskyssä oleva osoite 34 viittaa muistiosoitteeseen 8034 käyttöjärjestelmä asettaa ja valvoo
11	TTK-91 Käskykanta Tietotyypit Konekäskyjen tyypit Konekäskyn rakenne montako bittiä, minkälainen sisäinen rakenne Muistissa olevan tiedon osoitustavat konekielessä symbolisessa konekielessä Operaatiot
12	TTK-91 tietotyypit 32 bittinen kokonaisluku noin 10-numeroinen desimaaliluku EI: liukulukuja merkkejä totuusarvoja …
13	TTK-91 käskytyypit Aina 2 operandia itse käskyssä aina ei molemmilla ole merkitystä JUMP NOP Käsky aina 32 bittiä Ensimmäinen operandi aina rekisterissä Toinen operandi muistissa tai rekisterissä luku rekisteristä on nopeampaa kuin muistista hakeminen ALU-operaatioiden tulos aina rekisteriin korvaa 1. operandin arvon!
14	Symbolinen konekieli (7) Suora vastaavuus konekieleen yksinkertainen assembler-käännös
15	Symbolinen konekieli Symbolien vastaavuus 1:1 kaikkialla viite = muistiosoite (eli tietyn tyyppinen vakio) operaatiokoodi eli opcode = vakio osoitekentän symboli = vakio tai muistiosoite kenttään voi kirjoittaa joko symbolin tai arvon! Osoitusmoodi: monimutkaisempi vastaavuus konekielessä 3 moodia vakio ja/tai rekisteri (2. operandi = vakio + indeksirekisterin arvo) indeksoitu, epäsuora indeksoitu (tieto muistissa) symbolisessa konekielessä 8 moodia helpottavat ohjelmointia toteutettu konekielen 3 moodin avulla
16	Symbolinen konekieli vs. konekieli (3)
17	Tiedon osoitusmuodot symbolisessa konekielessä 8 eri osoitusmoodia (vain 2. operandille!) Tekstuaalisesti koodattuna osoitusmoodi = vakio [+ rekisterin arvo] tyhjä arvo rekisterissä tai muistissa @ epäsuora viite muistiin sulkumerkit rekisterin ympärillä ei sulkuja käytä rekisterin arvoa sellaisenaan sulut käytä rekisterin osoittamaa muistipaikan arvoa 0-arvoa ei kirjoiteta näkyviin indeksirekisterinä R0 tai vakiona 0
18	Indeksointi Laske aina ensin tehollinen muistiosoite (effective address, EA): Sitten katso moodia ja tee niin monta muistinoutoa kuin tarvitaan ”=”: 0 kpl (vakion käyttö) tyhjä: 1 kpl ”@”: 2 kpl
19	TTK-91 muistin osoitusmoodit (8)
20	Indeksoinnin käyttö taulukkojen ja tietueiden yhteydessä Taulukot taulukon alkuosoite vakiona taulukon indeksi indeksirekisterissä Tietueet tietueen alkuosoite indeksirekisterissä tietueen kentän suhteellinen osoite tietueen sisällä vakiona
21	TTK-91 operaatiot Muistiinviittaukset tavalliset: load & store pino-operaatiot (aliohjelmien toteuttamista varten) I/O käskyt Kokonaislukuoperaatiot Loogiset operaatiot totuusarvoille Bittien siirtokäskyt (shift instructions) Kontrollin siirtokäskyt mistä löytyy seuraavaksi suoritettava käsky? (ellei se ole seuraavassa muistipaikassa) Muut käskyt
22	TTK-91 muistiinviittausoperaatiot LOAD käskyä käytetään myös rekistereiden kopiointiin (Move operaatio) STORE tallettaa aina muistiin PUSH, POP, PUSHR, POPR aliohjelmien toteut- tamista varten käsitellään myöhemmin
23	TTK-91 I/O operaatiot IN lue arvo (kokonaisluku) rekisteriin annetulta laitteelta OUT tulosta arvo (kokonaisluku) rekisteristä annetulle laitteelle Laitteet? KBD - näppäimistö, stdin CRT - näyttö, stdout ei muita! (ei levyä, ei verkkoa, …)
24	TTK-91 kokonaislukuoperaatiot LOAD (”move”) ADD, SUB MUL DIV, MOD
25	TTK-91 loogiset operaatiot (4) NOT, AND, OR, XOR kaikille 32 bitille yksi bitti kerrallaan
26	TTK-91 bittien siirtokäskyt SHL, SHR siirrä bittejä vasemmalle tai oikealle täytä nollilla positiivisilla luvuilla yhden bitin siirto vasemmalle on sama kuin 2:lla kertominen! positiivisilla luvuilla yhden bitin siirto oikealle on sama kuin 2:lla jakaminen!
27	TTK-91 kontrollin siirtokäskyt JUMP COMP asettaa tilarekisteriin SR vertailun tuloksen: L, E tai G JLES, JEQU, JGRE, JNLES, JNEQU, JNGRE perustuu tilarekisterin tietoon eli viimeksi suoritettuun COMP-käskyyn JNEG, JZER, JPOS, JNNEG, JNZER, JNPOS perustuu annetun rekisterin arvoon CALL, EXIT SVC
28	TTK-91 muut käskyt NOP No OPeration, tyhjä käsky, älä tee mitään varaa kuitenkin muistia yhden sanan (32 bittiä) suoritetaan samoin kuin muutkin käskyt
29	TTK-91 assembler kääntäjän ohjauskäskyt Eivät generoi lainkaan konekäskyjä suoritetaan käännösaikana EQU - Equal antaa arvon symbolille symbolitauluun DC - data constant varaa yhden sanan tilaa muistista, antaa sille alkuarvon ja antaa osoitteen symbolin arvoksi (symbolitauluun!) esim. muuttujan tai ison vakion määrittely DS - data segment varaa monta sanaa tilaa muistista, antaa arvon symbolille alkuarvot ovat epämääräisiä! esim. taulukon tai tietueen tilan varaus
30	TTK-91 symbolinen konekieliohjelma
31	TTK-91 symbolinen konekieliohjelma
32	KOKSI TTK-91 -koneen simulaattori Toimii kuten oikea kone toimisi Graafinen käyttöliittymä I/O vain käyttöliittymän kautta Ohjelmien valinta (”lataus”), käännös ja suoritus Ohjelmien editointi myös mikä tahansa tekstieditori kelpaa! Käsky kerrallaan suoritus mahdollinen Käsky kerrallaan, kommentoinnin kera
33	KOKSI Käytettävissä (DOS, W95, W98, W2000) laitoksen koneissa kotona Installoi itse kotihakemistoosi (n. 120 KB) kopioi zip-tiedosto ja pura se koksi-hakemistoon editoi koksi.cfg tiedostoon editorin polku Ohjelmatiedostojen (hello.k91 jne) tulee olla samassa hakemistossa kuin simulaattorin (koksi.exe) käynnistä (esim.) klikkaamalla koksi.exe Eri versioita Linux-ympäristöön
34	-- Luennon 2 loppu --