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Université Paris-Nord L1 Institut Galilée Année 2009-2010 Licence 1 - 1er semes

Université Paris-Nord L1 Institut Galilée Année 2009-2010 Licence 1 - 1er semestre Travaux dirigés : programmation en mini-assembleur. L’objectif de ce TD est de vous familiariser avec le cycle d’exécution d’un processeur et avec la notion de ﬂux d’instructions. Pour cela, il vous est demandé d’écrire de petits programmes dans le langage assembleur présenté en cours et de simuler leur exécution par le processeur. Correction. Note aux chargés de TD. – Dans le texte des corrections se trouvent également quelques explications de correction. Bien entendu, vous n’avez pas à en parler aux étudiants (boucle for, gcc -S, etc.). – Amil est très rudimentaire dans ses possibilités d’écrire des commentaires. Dans cette feuille, il y a des commentaires ligne à ligne, mais aussi une tentative d’indiquer où sont les diﬀérents blocs de code dans un style balise xml/html : une ligne avec en commentaire <bloc1> signale la première ligne du bloc bloc1, une ligne avec en commentaire </bloc1> signale la dernière ligne du bloc, et une ligne avec en commentaire <bloc1/> signale l’unique ligne du bloc bloc1. – les traces contiennent une colonne instructions : cette colonne n’a pas lieu d’être dans les corrections (elle aide juste à relire la trace, qui est générée automatiquement). 1 Cycles CP instruction r0 10 11 INIT 1 ? 5 ? 1 2 lecture 10 r0 5 2 3 ecriture r0 11 5 3 4 stop Figure 1 – Simulation de la copie de valeur Jeu d’instructions (simpliﬁé) stop Arrête l’exécution du programme. noop N’eﬀectue aucune opération. saut i Met le compteur ordinal à la valeur i. sautpos ri j Si la valeur contenue dans le registre i est positive ou nulle, met le comp- teur de programme à la valeur j. valeur x ri Initialise le registre i avec la valeur x. lecture i rj Charge, dans le registre j, le contenu de la mémoire d’adresse i. ecriture ri j Écrit le contenu du registre i dans la mémoire d’adresse j. inverse ri Inverse le signe du contenu du registre i. add ri rj Ajoute la valeur du registre i à celle du registre j (la somme obtenue est placé dans le registre j). soustr ri rj Soustrait la valeur du registre i à celle du registre j (la diﬀérence obtenue est placé dans le registre j). mult ri rj Multiplie par la valeur du registre i celle du registre j (le produit obtenue est placé dans le registre j). div ri rj Divise par la valeur du registre i celle du registre j (le quotient obtenue, arrondi à la valeur entière inférieure, est placé dans le registre j). Instructions plus avancées et ri rj Eﬀectue le et bit à bit de la valeur du registre i et de celle du registre j. Le résultat est placé dans le registre j. lecture *ri rj Charge, dans le registre j, le contenu de la mémoire dont l’adresse est la valeur du registre i ecriture ri *rj Écrit le contenu du registre i dans la mémoire dont l’adresse est la valeur du registre j. 1 Initialisation de la mémoire Écrire les programmes répondant aux problèmes suivants : 1. Soit la valeur 8 contenue dans la case mémoire d’adresse 10. Recopier cette valeur à l’adresse 11. Correction. 1 lecture 10 r0 2 ecriture r0 11 3 stop 4 2 2. Sans connaître la valeur contenue à l’adresse 10, écrire 7 à l’adresse 10. Correction. 1 valeur 7 r0 2 ecriture r0 10 3 stop 4 3. Sans connaître la valeur contenue à l’adresse 10, incrémenter cette valeur de 1. Correction. 1 lecture 10 r0 2 valeur 1 r1 3 add r1 r0 4 ecriture r0 10 5 stop 6 4. Soit une valeur quelconque, a, contenue à l’adresse 10. Initialiser la case d’adresse 11 à a × 2 + 1. Correction. 1 lecture 10 r0 2 valeur 2 r1 3 mult r1 r0 4 valeur 1 r1 5 add r1 r0 6 ecriture r0 11 7 stop 8 5. Soit une valeur quelconque, a, contenue à l’adresse 10. Initialiser la case d’adresse 11 à a × (2 + 1). Correction. 1 lecture 10 r0 2 valeur 2 r1 3 valeur 1 r2 4 add r1 r2 5 mult r2 r0 6 ecriture r0 11 7 stop 8 3 2 Trace de programme assembleur Nous allons désormais produire une représentation de l’exécution pas à pas de nos pro- grammes. Une trace d’un programme assembleur sera un tableau dont chaque ligne correspond à l’exécution d’une instruction par le processeur. Une colonne contiendra le cycle d’horloge du processeur et une autre colonne le compteur de programme. Il y aura également une colonne par registre utilisé dans le programme et par case mémoire où des données sont lues ou écrites par les instructions du programme. Une première ligne, d’initialisation, montrera l’état de ces registres et cases mémoires avant le début du programme. Ensuite, chaque exécution d’instruc- tion sera représentée par une nouvelle ligne du tableau, jusqu’à exécution de l’instruction stop. Dans cette ligne nous représenterons le cycle d’horloge du processeur (en commençant à 0 pour la ligne d’initialisation), la valeur du compteur de programme après exécution de l’instruction, et, s’il y a lieu, la valeur du registre ou de la case mémoire modiﬁée par le programme. 2.1 Exemple de trace Soit le programme ci-dessous : 1 lecture 10 r0 2 valeur 5 r2 3 soustr r2 r0 4 sautpos r0 8 5 valeur 0 r0 6 ecriture r0 11 7 saut 9 8 ecriture r0 11 9 stop 10 14 11 ? On représentera alors sa trace comme ceci : Instructions Cycles CP r0 r2 10 11 Initialisation 0 1 ? ? 14 ? lecture 10 r0 1 2 14 valeur 5 r2 2 3 5 soustr r2 r0 3 4 9 sautpos r0 8 4 8 ecriture r0 11 5 9 9 stop 6 10 La colonne Instructions n’est pas nécessaire, elle sert juste ici à la compréhension, sans cette colonne le mot-clé initialisation pourra être placé dans la colonne Cycles. Remarquez par exemple qu’il n’y a pas de colonne pour le registre 1, puisque celui-ci n’est pas utilisé. 2.2 Première trace Faire la trace du même programme où la valeur 14 est remplacée par la valeur 2, à l’adresse mémoire 10. Quelles sont les valeurs contenues dans les registres 0, 1 et 2 après arrêt sur l’instruction stop ? Correction. Instructions Cycles CP r0 r2 10 11 Initialisation 0 1 ? ? 14 ? lecture 10 r0 1 2 14 valeur 5 r2 2 3 5 soustr r2 r0 3 4 9 sautpos r0 8 4 8 ecriture r0 11 5 9 9 stop 6 10 4 La valeur contenue dans le registre 0 est 0, celle contenue dans le registre 1 est indéterminée, celle contenue dans le registre 2 est 5. 3 Exécution conditionnelle d’instructions À l’aide de l’instruction sautpos, écrire les programmes correspondant aux algorithmes 1 suivants et les exécuter sur un exemple (en faisant une trace) aﬁn de tester leur correction : 1. Soient la valeur a à l’adresse 15, b à l’adresse 16. Si a >= b alors écrire a à l’adresse 17 sinon écrire b à l’adresse 17. Correction. 1 lecture 15 r0 # a 2 lecture 16 r1 # b 3 soustr r1 r0 # r0 vaut a - b 4 sautpos r0 8 # si a - b >= 0 (cad a >= b) on saute sur le alors 5 lecture 16 r0 # sinon ecrire b a l’adresse 17 6 ecriture r0 17 7 saut 10 8 lecture 15 r0 # alors ecrire a a l’adresse 17 9 ecriture r0 17 10 stop 11 ? 12 ? 13 ? 14 ? 15 23 # a 16 45 # b 17 ? # <-- valeur de sortie 2. Soit l’âge d’une personne à l’adresse 15. Si cette personne est majeure alors écrire 1 à l’adresse 16 sinon écrire 0 à l’adresse 16. Correction. 1 lecture 15 r0 # si age >= 18 2 valeur -18 r1 3 add r0 r1 # r1 vaut age - 18 4 sautpos r1 8 5 valeur 0 r0 # sinon ecrire 0 a l’adresse 16 6 ecriture r0 16 7 saut 10 8 valeur 1 r0 # alors ecrire 1 a l’adresse 16 1. Wikipédia : «Un algorithme est un processus systématique de résolution, par le calcul, d’un problème permettant de présenter les étapes vers le résultat à une autre personne physique (un autre humain) ou virtuelle (un calculateur). [. . . ] Un algorithme énonce une résolution sous la forme d’une série d’opérations à eﬀectuer. La mise en œuvre de l’algorithme consiste en l’écriture de ces opérations dans un langage de programmation et constitue alors la brique de base d’un programme informatique.» 5 Instructions Cycles CP r0 r1 15 16 17 Initialisation 0 1 ? ? 23 45 ? lecture 15 r0 1 2 23 lecture 16 r1 2 3 45 soustr r1 r0 3 4 -22 sautpos r0 8 4 5 lecture 16 r0 uploads/Litterature/ td1-corr.pdf