Resumo x86

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  • 1. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86 1. INTRODUÇÃO O hardware funciona através de ordens simples e básicas. O hardware não é capaz de manipular diretamente ordens mais complexas. Instrução de máquina: ordens que são transmitidas ao hardware para serem interpretadas e executadas por um conjunto de bits. Especifica para o hardware que determinada operação deve ser realizada. Set Instruction ou Conjunto de Instruções: grupo de instruções de máquina. Define o que um processador é capaz de realizar, permitindo ao programador do compilador escrever o código de acordo. Quais operações o processador poderá realizar? Como cada operação será realizada? ISA: instruction set architecture ou arquitetura do conjunto de instruções. É a interface entre o hardware e o software (e os compiladores). Computadores de uso geral: possui um conjunto básico de instruções primitivas. Um programador pode combinar essas instruções de diferentes modos, obtendo diferentes resultados. O computador, como conhecemos hoje, é capaz de executar diversos tipos diferentes de programas. Exemplo: Notepad e AutoCAD. A “inteligência” e a versatilidade do sistema computacional estão na combinação das instruções primitivas visto que o hardware é imutável. Computadores devem ser capazes de executar programas em diversas linguagens. Quando uma máquina nova é desenvolvida, surgem as seguintes perguntas: A nova máquina é compatível com a antecessora? A nova máquina pode executar meu sistema operacional? A nova máquina executará todos os meus programas de aplicação existentes sem modificação? Ninguém quer jogar fora seus programas antigos e começar do zero novamente! Isto faz parte do projeto do ISA. DESAFIO: construir máquinas melhores sujeitas às limitações da compatibilidade. 2. OPERAÇÕES PRIMITIVAS MAIS COMUNS  Transferencia de uma palavra de dados de uma célula para outra;  Somar dois operandos, guardando o resultado em um deles ou em um terceiro operando;  Desviar para outro endereço fora da sequencia;  Testar uma condição. Se o teste resultar em verdadeiro, desvia para outro endereço;  Realizar operação lógica AND entre dois valores;  Parar a execução de um programa;  Adicionar 1 a um valor de operando;  Transferencia de byte da porta de E/S para a MP e vice-versa;  Substituição do operando por seu valor absoluto. 3. PROJETO DO CONJUNTO DE INSTRUÇÕES Quais são os elemetos requeridos para a execução de uma operação? Qual o formato binário da instrução de máquina? Quais tipos de dados serão manipulados? No projeto então é definido: Quais operações o processador realizará? Como as operações são identificadas? Como as operações são executadas: necessário especificar a sequencia de microoperações que de fato realizarão a tarefa? Formato básico de uma instrução: Código da operação Operandos
  • 2. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86 3.1 Código da Operação Indica ao processador o que fazer e como fazer – Operation Code ou OpCode. Este código é único para cada operação. Indica qual é a operação a ser executada. É o nome da instrução propriamente dita. Sinaliza para a unidade de controle o procedimento a ser seguido para execuação da operação. É a instrução em si. Linguagem simbólica de máquina = linguagem assembly = representação dos bits da instrução. A quantidade de bits por campo é definida pelo projetista. A quantidade no C.OP. define o limite máximo de instruções que o processador poderá executar: Se OpCode com 7 bits, então, 27 = 128 instruções; Se OpCode com 8 bits, então, 28 = 256 instruções. A quantidade de bits no OpCode pode ser definido de duas formas pelo projetista: Tamanho fixo ou Tamanho variável. Tamanho fixo: Quantidade definida de bits. Típico de arquiteturas RISC. Se sabe, exatamente, quantas instruções o processador pode executar. Mais simples de implementar e manipular durante a execução. Conforme a tecnologia avança, são necessárias mais instruções e o tamanho de OpCode cresce com isso, pois precisa acomodar todos os códigos necessários, o que afeta diretamente a memória principal (mais endereçamento é necessário). A memória principal é um dos componentesmais caros de um computador, o ideal é que seu espaço não seja desperdiçado mas sim usado com eficiência. Exemplos: Intel 8080 e 8085 – 8 bits de OpCode. Tamanho variável: Quantidade indefinida de bits, podendo variar conforme a operação a ser realizada. Típico de arquiteturas CISC. Codifica uma quantidade maior de instruções com menor quantidade de bits. Permite campos de operandos com tamanhos diferentes. Mais instruções com quantidades diferentes de operandos. Permite aumentar o tamanho total da instrução, o que também acarreta problemas com a memória principal. Exemplos: Intel 8086, 8088 e 80286 – 1 byte de OpCode; Intel 386, 486 e Pentium – varia entre 1 e 2 bytes de OpCode A decisão sobre a quantidade de bits a ser adotada no OpCode afeta o projeto como um todo. Se o projeto tem muitas instruções: Maior flexibilidade; Compilação mais rápida; Instruções de máquina mais complexas são mais completas, o que acarreta um código de programa compilado mais simples de ser traduzido de uma linguagem de alto nível para baixo nível; Hardware do processador é mais complexo, portanto, aumenta o custo de fabricação, visto que mais circuitos integrados serão necessários; O decodificador de instruções também sérá mais complexo e levará mais tempo para decodificar as instruções, o que afeta o desempenho do sistema como um todo; 3.2 Operando Indica ao processador qual dado ou dados a operação se realizará, ou seja, o endereço do dado. Pode haver instruções com mais de um campo operando e este campo também pode indicar o próprio valor do dado. É o dado que se deseja manipular; Pode estar armazenado em uma posição da memória ou registrador ou ainda explicito no campo; O endereço do local onde está armazenado o dado se encontra neste campo; Modo de endereçamento: é a diversidade de apresentação do dado na instrução – formas diferentes do dado aparecer na instrução; Dois aspectos importantes sobre os operandos: Quantidade de operandos; Modo de endereçamento; Ambos os campos são formados por uma quantidade de bits. Formato de instruções, largura dos campos e conteúdo variam de acordo com a arquitetura.
  • 3. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86 4. FORMATOS DE INSTRUÇÕES 4.1 Instruções com quatro operandos Opcode Operando 1 Operando 2 Operando 3 Endereço Da Próxima Instrução Código da operação Registrador Destino (registrador que armazenará o resultado da operação) Registrador Fonte Registrador Fonte IP – próxima instrução Exemplo: ADD X, Y, Z, P ; X = Y + Z Vantagem: Esse formato de instrução é completa pois possui todos os operandos necessários de uma operação aritmética; Desvantagem: Precisa de mais espaço na memória principal e desperdiça espaço em outros tipos de operações; (nem todas as operações precisam de quatro operandos!) Atualmente nenhuma máquina utiliza instruções com 4 operandos. A próxima instrução a ser executada sempre estará armazenada no PC – Contador de Programa/Programm Counter ou IP – Instruction Pointer/Ponteiro de Instrução. São necessários 5 acessos a memória: 1 para buscar a instrução e mais 4 para cada operando. 4.2. Instruções Com Três Operandos Opcode Operando 1 Operando 2 Operando 3 Código da operação Registrador Destino Registrador Fonte Registrador Fonte Exemplo: ADD X, Y, Z ; X = Y + Z São necessários 4 acessos a memória: 1 para buscar a instrução e mais 3 para cada operando. 4.3. Instruções Com Dois Operandos Opcode Operando 1 Operando 2 Código da operação Registrador Destino Registrador Fonte Exemplo: ADD X, Y ; X = X + Y São necessários 3 acessos a memória: 1 para buscar a instrução e mais 2 para cada operando. 4.4. Instruções Com Um Operandos Opcode Operando 1 Código da operação Registrador Destino e Fonte Exemplo: ADD X ; ACC = ACC + X
  • 4. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86 ACC – Registrador Acumulador. Ele é um operando implícito. Armazena o valor de um dos dados. Armazena o resultado da operação. Duas instruções fazem a transferencia de dados entre a memória principal e o registrador ACC: LDA X ;ACC = X STA X ;Op = X LDA = instrução de carga. Carrega um valor de um registrador. STA: instrução de armazenamento. Armazea um valor em um registrador. Em instruções de um operando é necessário sempre carregar e armazenar valores para não perde-los. São necessários 2 acessos a memória: 1 para buscar a instrução e mais 1 para cada operando. 4.5. EXEMPLO Dado o código em linguagem de alto nível X = A * ( B + C * D – E / F ), converta-o em instruções de: a) quatro operandos; b) três operando; c) dois operandos; d) um operandos. Suponha que cada campo, de cada formato de instrução, suporte 5 bits. Responda às perguntas abaixo. 1) Quantas linhas de código são geradas para cada formato de instrução? Qual formato possui menos linhas e, qual formato possui mais linhas? 2) Quantos acessos à memória são necessários para cada formato de instrução? Qual formato possui menos acessos e, qual formato possui mais? 3) Quantas instruções de adição, subtração, multiplicação, divisão e de transferência de dados existem em cada código gerado? 4) Qual a quantidade de bits total de cada formato de instrução? Qual formato tem menos bits e, qual formato tem mais bits? 5) Qual a quantidade de bits total para cada código gerado? Qual formato tem menos bits e, qual formato tem mais bits? 6) Qual a quantidade total de acessos à memória para cada código gerado? Qual formato tem menos acessos e, qual formato tem mais acessos? 7) De acordo com os cálculos realizados nas questões anteriores, uma instrução com um operando é mais vantajosa que uma instrução de três operandos? Explique. SOLUÇÃO Primeiro você deve se perguntar qual operação tem prioridade de resolução. Lembram-se das prioridades de operadores? Precisam também resolver a expressão de dois em dois operandos. Lembrem-se, o processador só manipula operações com dois operandos, mesmo que o formato da instrução tenha mais de dois operandos. Devemos nos lembrar aqui da matemática básica: X = A * ( B + C * D – E / F ) 1.º Fazemos a multiplicação C * D X = A * ( B + T1 – E / F ) O resultado da multiplicação fica armazenado em uma variável temporária T1 X = A * ( B + T1 – E / F ) 2.º Fazemos da divisão E / F
  • 5. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86 X = A * ( B + T1 – T2 ) O resultado da divisão fica armazenado em uma variável temporária T2 X = A * ( B + T1 – T2 ) 3.º Fazemos a soma B + T1 X = A * ( T3 – T2 ) O resultado da soma fica armazenado em uma variável temporária T3 X = A * ( T3 – T2 ) 4.º Fazemos a subtração T3 – T2 X = A * ( T4 ) O resultado da subtração fica armazenado em uma variável temporária T4 X = A * ( T4 ) 5.º Fazemos a multiplicação A * T4 X = X O resultado da multiplicação precisa ser armazenado em X a) MPY T1, C, D, P DIV T2, E, F, P ADD T3, B, T1, P SUB T4, T3, T2, P MPY X, A, T4, P b) MPY T1, C, D ; T1 = C * D DIV T2, E, F ; T2 = E / F ADD T3, B, T1 ; T3 = B * T1 SUB T4, T3, T2 ; T4 = T3 * T2 MPY X, A, T4 ; X = A * T4 c) MOV X, C ; X = C MPY X, D ; X = X * D MOV T1, E ; T1 = E DIV T1, E ; T1 = T1 / E ADD X, B ; X = X + B SUB X, T1 ; X= X – T1 MPY X, A ; X = X * A d) LDA C ; ACC = C MPY D ; ACC = ACC * D STA X ; X = ACC LDA E ; ACC = E DIV F ; ACC = ACC / F STA T1 ; T1 = ACC LDA B ; ACC = B ADD X ; ACC = ACC + X SUB T1 ; ACC = ACC – T1 MPY A ; ACC = ACC * A STA A ; A = ACC
  • 6. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86 1) Para o formato de instrução de quatro operandos existem 5 linhas de código assembly. Para o formato de instrução de três operandos existem 5 linhas de código assembly. Para o formato de instrução de dois operandos existem 7 linhas de código assembly. Para o formato de instrução de um operando existe 11 linhas de código assembly. 2) Para o formato de instrução de quatro operandos são necessários 5 acessos a memória: 1 para buscar a instrução e mais 4 para cada operando. Este é o formato que tem o maior número de acessos à memória. Para o formato de instrução de três operandos são necessários 4 acessos a memória: 1 para buscar a instrução e mais 3 para cada operando. Para o formato de instrução de dois operandos são necessários 3 acessos a memória: 1 para buscar a instrução e mais 2 para cada operando. Para o formato de instrução de um operando são necessários 2 acessos a memória: 1 para buscar a instrução e mais 1 para cada operando. Este é o formato que possui menos acessos à memória. 3) Quantas instruções de adição, subtração, multiplicação, divisão e de transferência de dados existem em cada código gerado? Adição Subtração Multiplicação Divisão Transferência Quatro operandos 1 1 2 1 0 Três operandos 1 1 2 1 0 Dois operandos 1 1 2 1 2 Um operando 1 1 2 1 6 4) Considerando que cada campo possui 5 bits, cada formato de instrução terá: 5 bits 5 bits 5 bits 5 bits 5 bits Total Quatro Operandos OpCode Op1 Op2 Op3 P.I. 5 campos * 5 bits = 25 bits (maior) Três Operandos OpCode Op1 Op2 Op3 - 4 campos * 5 bits = 20 bits Dois Operandos OpCode Op1 Op2 - - 3 campos * 5 bits = 20 bits Um Operando OpCode Op1 - - - 2 campos * 5 bits = 10 bits (menor) 5) Para encontrarmos a resposta precisamos multiplicar a quantidade de linhas do código assembly pela quantidade de bits de cada formato, como a seguir: Operandos Quantidade de Linhas Quantidade de Bits por Linha Total Quatro 5 25 5 * 25 = 125 bits Três 5 20 5 * 20 = 100 bits (menor) Dois 7 20 7 * 20 = 140 bits (maior) Um 11 10 11 * 10 = 110 bits 6) Para encontrarmos a resposta precisamos multiplicar a quantidade de linhas do código assembly pela quantidade de acessos de cada formato, como a seguir: Operandos Quantidade de Linhas Quantidade de Acessos Total Quatro 5 5 5 * 5 = 25 acessos (maior)
  • 7. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86 Três 5 4 5 * 4 = 20 acessos (menor) Dois 7 3 7 * 3 = 21 acessos Um 11 2 11 * 2 = 22 acessos Aqui não há muitas diferenças na quantidade de acessos para cada código gerado. Em um programa maior, provavelmente essas diferenças influenciarão de forma significativa no desempenho da máquina. 5. MODOS DE ENDEREÇAMENTO 5.1 Imediato Método simples e rápido. Indica o valor do dado no próprio campo operando. Não busca o dado do campo operando na memória. Curto tempo de execução da instrução. O dado é transferido da memória junto com a instrução. Utilizado em: Inicialização de contadores (valor fixo); Operação com constantes (valor fixo) matemáticas; Armazenamento de ponteiros; Deslocamento de bits. Intel Pentium e AMD Athlon usam algumas instruções de modo imediato: desvio, movimentação, operações aritméticas com constantes, entre outras. Exemplos: MOV R, Op MOV AL, 22H ;Copia o valor hexadecimal 22 para o registrador AL – 1 byte de tamanho; MOV EBX, 33445566H ;Copia o valor hexadecimal 33445566 para o registrador EBX – 32 bits; 5.1 Direto O campo operando indica o endereço de memória onde está o dado. Requer apenas uma referência à memória principal para buscar o dado. O dado deve ser transferido do dispositivo de entrada para a memória principal. Variável de programa: quando um dado varia de valor a cada execução do programa. Representa simbolicamente o endereço do dado. Exemplo: MOV AX, B4 5.2 Indireto O campo operando representa o endereço de uma célula de memória. O conteúdo da célula de memória NÃO É um dado, mas sim OUTRO endereço de memória. Usa mais ciclos de memória para buscar o dado. PONTEIRO: é o endereço intermediário, indica ou aponta para a localização do dado. Exemplo: MOV AX, 3B 5.3 Por Registrador Usa-se registradores no lugar da memória principal. Execução rápida pois o dado encontra-se no registrador. Exemplo: Escrever, em linguagem assembly, no modo de endereçamento direto, as instruções do seguinte trecho de programa em linguagem de médio nível. Dois modos de endereçamento por registrador: DIRETO (contém o dado a ser manipulado) e INDIRETO (contém o endereço de uma célula de memória onde o dado se encontra).
  • 8. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86 VANTAGENS: Execução rápida. Economia de espaço. Só é vantajoso se o modo proporcionar redução de ciclos de memória. As vantagens nem sempre são aplicáveis e por isso podem se tornar desvantagens. DESVANTAGEM: Em arquiteturas CISC: Dificuldade em definir quais dados serão armazenados no registrador e quais na memória principal: quem faz isso é o compilador e ocorre devido aos poucos registradores existentes e aos muitos dados que devem ser manipulados. Exemplos: ADD registrador, registrador; ADD registrador, memória; ADD registrador, registrador, registrador. 5.4 Indexado Manipulação de endereços de acesso a elementos de tipos especiais de dados. Os endereços são ponteiros para os elementos. Exemplo: vetores e outras estruturas de dados. Indexado: obtém-se o endereço do dado de um elemento por meio de seu índice. Endereço = campo operando + valor contido no registrador de índice. 6. ASSEMBLY X86 É linguagem de montagem. É utilizada para programar um computador de baixo nível. O programa é montado dentro do processador. Não é uma linguagem de máquina. Linguagem de máquina: Utilizada por um MICROPROCESSADOR para controlar funções de um computador digital. MICROPROCESSADOR: É um circuito que possui a capacidade de executar diversos tipos de funções distintas. É usado em um computador. Linguagem de máquina: Só aceita e manipula informações numéricas expressas em notação de códigos binários. Assembly: Linguagem de programação que surgiu entre a década de 40 e 50. Objetivo: facilitar o trabalho de codificação de um programa de computador. É composta por códigos alfabéticos muito mais fáceis de se utilizar que códigos binários ou hexadecimais. Mnemônicos: São as instruções da linguagem Assembly. ASSEMBLER: É o nome dado ao programa montador. É o programa utilizado para compilar um programa escrito em linguagem de montagem, tornando-o executável. É o ambiente de programação. É responsável por traduzir o programa-fonte para o programa-objeto. PORTANTO: assembler é diferente de assembly! Compiladores disponíveis para a linguagem Assembly: MASM (microsoft), MASM (ibm), TASM (borland), EMU8086 (http://www.emu8086.com/) Saber programar em linguagem Assembly significa conhecer e saber usar melhor os requisitos mais íntimos de um microprocessador, e por conseguinte, saber controlar melhor as funções de um computador digital. É usada na criação e desenvolvimento de rotinas escritas nas formas de DLLs, drivers, programas embutidos (computadores de bordo), etc. Algumas linguagens de alto nível possuem algum tipo de interação com rotinas de programas escritos em Assembly. Códigos Assembly são rápidos e pequenos (compilado) mas o código-fonte é extenso. Assembly é totalmente dependente de hardware. Um código Assembly para INTEL não é o mesmo que um para a AMD. Portanto, não é portável. EMU8086: Ambiente de programação. Programa de simulação do modo de operação interna de um microprocessador padrão 8086. Modo gráfico.
  • 9. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86 6.1 Organização de Dados Nibble: É um conjunto numérico de 4 bits. Representa-se até 16 valores diferentes. É a menor estrutura numérica manipulada internamente em um computador digital. Usa-se nibble para facilitar a representação de valores binários em formato hexadecimal. 3 2 1 0 MSB LSB Bytes: É um conjunto de oito bits. Representa-se numericamente até 256 valores diferentes. Um byte é formado pelo conjunto de dois nibbles. 7 6 5 4 3 2 1 0 MSB LSB Word: Representa um conjunto de 16 bits. Representa-se numericamente até 65.356 valores diferentes (de 0 a 65.356). É formado por dois bytes. É formado por quatro nibbles. Também pode ser representado valores numéricos entre -32.766 até 32.767. Representação de numeros inteiros. Representação de deslocamento de segmento. 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 MSB LSB Double Word: É um conjunto de dois words. Um conjunto de 32 bits. Formada por um conjunto de quatro bytes ou oito nibbles. Representa-se 4.294.967.296 valores numéricos diferentes. Representa-se também numeros entre -2.147.483.648 e 2.147.483.647. Utilizado para representar: Valores inteiros de 32 bits, Valores de ponto flutuante de 32 bits; Endereços segmentados. Quad Word: É um conjunto de dois double words. É um conjunto de 64 bits. É formado por dois double words, ou quatro words, ou oito bytes ou ainda dezesseis nibbles. Representa-se 18.446.744.073.709.551.616 valores numéricos diferentes. Representa-se -9.223.372.036.854.7756.808 à -9.223.372.036.854.7756.808. Usado em microprocessadores de 64 bits. 6.2 Registradores Utilizados para armazenar os valores que serão manipulados por um programa. A arquitetura X86 da Intel é formada por 14 registradores. Cada um manipula 16 bits. São divididos em quatro grupos funcionais: Registradores gerais: AX, BX, CX, DX; Registradores de segmento: CS, DS, ES, SS Registradores de ponteiros: SI, DI, SP, BP, IP Registradores de estado: F Registradores Gerais Cada registrador tem 16 bits de dados. Cada registrador pode ser dividido em 2 duas partes com 8 bits cada um.
  • 10. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86  AX (accumulator extended, AH – AL): pode ser utilizado em: operações aritméticas, Acessos de portas de entrada e saída; Chamadas de interrupções, Transferência de dados, Etc.  BX (base extended, BH-BL): Pode ser utilizado como ponteiro para acessar a memória no sentido de obter algum valor de retorno ou mesmo definir valores que serão usados para auxiliar operações aritméticas efetuadas com o registrador ah.  CX (counter extended, CH-CL): Usado para receber alguns valores de interrupções. Principal finalidade: servir como contador de laços de repetição e operações de deslocamento registradas em CL.  DX (data extended, DH-DL): Operações aritméticas. Acessos de portas de entrada e saída. Algumas chamadas de interrupções. Registradores de Segmento Tem 16 bits. Usados para acessar uma determinada área de memória (OFFSET). São utilizados para auxiliar o microprocessador a encontrar o caminho pela memória do computador. Não podem ser divididos em grupos de 8 bits.  CS (Code Segment): Usado para apontar para uma área de memória que contém o segmento de código de programa que se encontra em execução. Obs.: a mudança do valor existente nesse registrador pode resultar em travamento do computador  DS (Data Segment): usado para apontar para a área de memória que estiver sendo utilizada no armazenamento dos dados do programa em execução. A mudança no valor existente nesse registrador de segmento pode ocasionar a obtenção de dados incorretos.  ES (Extra Data Segment): Usado para determinar um segmento extra de endereço de dados distante da área em que se está operando. Por exemplo: necessário quando é preciso acessar a memória do vídeo.  SS (Stack Segment): Usado para identificar a área de memória que será usada como pilha, com o objetivo de armazenar dados temporários para a execução de um determinado programa. Algumas vezes pode conter o mesmo valor encontrado no registrador de segmento DS. A mudança do valor pode trazer resultados imprevisíveis relacionados aos dados. Registradores de Deslocamento Registradores de apontamento. Registradores de deslocamento. Registradores de índice. Associados ao acesso de uma determinada posição de memória previamente conhecida. Não podem ser divididos em grupos de 8 bits. Quatro registradores são manipuláveis, apenas o IP não é.  IP (instruction pointer): Apontador da próxima instrução. Possui o valor de deslocamento do código da próxima instrução a ser executada. É de uso interno do microprocessador. Guarda o deslocamento da próxima instrução de um programa. O valor só pode ser lido. SI e DI: Utilizados para manipular índices de uma tabela.  SI (Source Index): usado para a leitura dos dados de tipo string de uma tabela.  DI (Destination Index): usado para a escrita de dados do tipo string em uma tabela. Usado na definição de endereçamento distante associado ao registrador de segmento ES.
  • 11. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86 SP e BP: Permitem acesso à pilha de programa. Pilha de programa: memória para armazenamento de dados. Possibilita armazenar dados em memória, sem utilizar registradores gerais. É um mecanismo que armazena dados de cima para baixo.  BP (Base Pointer): armazena o endereço da base da pilha.  SP (Stack Pointer): armazena o endereço do topo da pilha. 6.3 Interrupções Interrupções tornam possível controlar vários dispositivos associados ao computador. O funcionamento da interrupção ocorre pela comunicação entre dispositivos externos e o microprocessador. INT: instrução utilizada para interrupções. Faixa de valores de INT: 00h – FFh (número hexadecimal). Total de 256 interrupções possíveis. Tabela de interrupções: Fica armazenada nos primeiros 1024 bytes da memória (endereço físico de 0 a 1023). É um conjunto de vetores indexados aos registradores CS e IP. Cada vetor ocupa 4 bytes (2 bytes para cada registrador). ISR: Interrupt Service Routine – outro nome para a tabela de interrupções. Possui o endereço das funções de cada uma das interrupções existentes. Três categorias: Interrupção por hardware, Interrupção por exceção, Interrupção por software. Interrupção por Hardware Possibilita acionar periféricos externos. Faixa de valores: 08h a 0Fh. IRQ: Interrupt request. Linha pela qual a interrupção se conecta com o microprocessador. São controladas por rotinas do S.O. ou da ROM-BIOS. Máximo de dispositivos externos: oito (se for um microprocessador intel 8086. processadores mais atuais manipulam mais dispositivos). Este tipo de interrupção é gerenciada pelo próprio comptuador. Não é possível mudar seu estado de comportamento.  08h: IRQ0. Opera o chip temporizador do sistema.  09h: IRQ1. Opera o teclado.  0Ah: IRQ2. Interrupção reservada.  0Bh: IRQ3. Opera as portas de comunicação COM2.  0Ch: IRQ4. Opera as portas de comunicação COM1  0Dh: IRQ5. Opera uma unidade de disco.  0Eh: IRQ6. Opera unidade de discos flexíveis.  0Fh: IRQ7. Opera porta LPT1 para impressora do tipo paralela Interrupção por Exceção Possibilita fazer o controle condicional interno do microprocessador, retornando algum tipo de erro. Exemplo: divisão por zero. Faixa de valores: 0 a 7. Oito tipos de interrupções.  00h: falha de divisão quando o divisor é igual a zero  01h: execução passo a passo num processo de debug quando FLAG TF é setado  02h: interrupção reservada para a condição de operação para NMI (Non Maskable Interrupt)  03h: ocorre na definição da execução de um ponto de parada (Breakpoint) sobre a execução da instrução INT3  04h: ocorre quando há estouro registrado no FLAG OF quando da execução da instrução INTO Interrupção por Software Efetua o acionamento de determinadas interrupções desejas por intermédio de um programa em execução, podendo interferir na ação de algum periférico conectado ao microcomputador. As interrupções mais utilizadas são as da ROM-BIOS.  10h: escrita de caractere no monitor de vídeo
  • 12. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86  13h: operações de leitura e escrita em disco  14h: comunicação com porta serial  16h: leitura de caractere no teclado  17h: operações com impressora  19h: ação de reset  1Ah: retorna a hora do sistema  20h: finaliza a operação do sistema  21h: operações de leitura e escrita nos periféricos padrão conectados ao sistema  33h: utilização do mouse 6.4 Linguagem Assembly Denominações semelhantes: ASM86, X86, ASM8086. Todos os microprocessadores da família INTEL possuem basicamente o mesmo conjunto de instruções existentes no padrão do microprocessador 8086 e 8088. Assembly 8086 possui 116 instruções (mnemonicos) diferentes destinadas ao controle do microprocessadores. Os outros microprocessadores INTEL possuem novas, e mais, instruções a cada novo lançamento. Seis grupos funcionais: Transferência de dados, Aritméticas, Manipulação de bits, Manipulação de strings, Controle de programa, Controle do microprocessadores.  Transferência de dados: Instruções destinadas à movimentação de dados. Podem ser movimentados: Entre registradores, Entre registradores e posições de memória, Entre registradores e unidades de entrada e saída.  Aritméticas: Instruções destinadas aos cálculos matemáticos básicos: Adição, Subtração, Multiplicação, Divisão.  Manipulação de bits: Instruções que fazem o deslocamento de bits em um registrador ou posição de memória. As funções de operações lógicas de conjunção (ou), disjunção (e) e negação são incluídas neste grupo.  Manipulação de strings: Fazem o controle de grupos de sequencias de caracteres. Comparação. Análise. Movimentação.  Controle de programa: Instruções que controlam a execução do código de programa. Pode ser: Execução sequencial, Com laços  Sub-rotinas, Subprogramas. Podem manipular as interrupções de um programa em execução. A interrupção ocorre por vários motivos. Exemplo: Aceitar uma entrada de dados via teclado. É necessário fazer uma interrupção no programa, para que o dado possa ser digitado, e após aceitar o dado continua sua execução.  Controle de microprocessador: Instruções que possibilitam o acesso dos registradores de controle do microprocessador com o objetivo de mudar seu estado de comportamento. 6.5 DEBUG Para executar o debug em arquiteturas 32 bits: Entrar no programa CMD.EXE Digitar CD.. e apertar enter Digitar novamente CD.. e apertar enter Digitar DEBUG e apertar enter Para executar o debug em arquiteturas 64 bits:
  • 13. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86 Comandos básicos R: mostra o estado dos registradores Q: sai do debug T: executa a operação E: permite inserir o código da operação no deslocamento indicado IP: permite alterar o deslocamento da próxima instrução A: permite inserir código assembly G: usado para executar operações com caracteres U: lista o código do programa criado Operações ADIÇÃO OpCode Registradores Gerais Operação Assembly 00D8 AL, BL AL  AL + BL ADD AL, BL 01D8 AX, BX AX  AX + BX ADD AX, BX 02D8 BL, AL BL  BL + AL ADD BL, AL 03D8 BX, AX BX  BX + AX ADD BX, AX SUBTRAÇÃO OpCode Registradores Gerais Operação Assembly 28D8 AL, BL AL  AL - BL SUB AL, BL 29D8 AX, BX AX  AX - BX SUB AX, BX 2AD8 BL, AL BL  BL - AL SUB BL, AL 2BD8 BX, AX BX  BX - AX SUB BX, AX MULTIPLICAÇÃO OpCode Registradores Gerais Operação F6E3 BL AX  AL * BL (MPY AL, BL) F7E3 BX DX:AX  AX – BX (dx armazena parte do resultado quando este ultrapassa os 16 bits) [MPY AX, BX] DIVISÃO OpCode Registradores Gerais Operação F6F3 BL AX  AL / BL (AL = quociente. AH = resto) [DIV AL, BL] F7F3 BX DX:AX  AX / BX (AX = quociente. DX = resto) [DIV, AX, BX] Exemplo Dados os números decimais 1.500 (AX) e 500 (BX), efetue as quatro operações básicas aritméticas no Debug para todos os códigos de cada uma delas. Anote os valores iniciais e finais de todos os registradores.
  • 14. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86 Solução Primeiro devemos converter os números decimais para hexadecimais. No debug são usados 4 bits para o número hexadecimal. O primeiro passo é converter os números decimais para binário e só depois para hexadecimal, conforme mostram as tabelas abaixo. Convertendo 1500: (1.500)10 = (0000 0101 1101 1100)2 = (05DC)16 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 215 214 213 212 211 210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 32768 16384 8192 4096 2048 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 23 22 21 20 23 22 21 20 23 22 21 20 23 22 21 20 8 4 2 1 8 4 2 1 8 4 2 1 8 4 2 1 0 4 + 1 = 5 8 + 4 + 1 = 13 = D 8 + 4 = 12 = C Convertendo 500: (500)10 = (0000 0001 1111 0100)2 = (01F4)16 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 215 214 213 212 211 210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 32768 16384 8192 4096 2048 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 23 22 21 20 23 22 21 20 23 22 21 20 23 22 21 20 8 4 2 1 8 4 2 1 8 4 2 1 8 4 2 1 0 1 8 + 4 + 2 +1 = 15 = F 4 00D8
  • 15. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86 01D8 Neste exemplo setamos IP para 0102 pois o primeiro OPCODE ficou armazenado em 0100 e 0101. O OPCODE 01D8 ficará armazenado em 0102 e 0103. 02D8 03D8
  • 16. Arquitetura de Computadores Engenharia de Computação Resumo Conjunto de Instruções e Assembly X86 28D8 29D8 2AD8 2BD8