Introduc>on to MARIE 2 Schedule Today Introduce - PowerPoint PPT Presentation

ì ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ ECPE ¡170 ¡– ¡Jeff ¡Shafer ¡– ¡University ¡of ¡the ¡Pacific ¡ Introduc>on ¡to ¡ MARIE ¡

2 ¡ Schedule ¡ ì Today ¡ ì Introduce ¡MARIE ¡ ì Wed ¡15 th ¡and ¡Fri ¡17 th ¡ ¡ ì Assembly ¡programming ¡tutorial ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

3 ¡ Recap ¡– ¡MARIE ¡Overview ¡ ì How ¡does ¡the ¡MARIE ¡architecture ¡represent ¡ posiEve/negaEve ¡numbers? ¡ ì Binary, ¡two’s ¡complement ¡data ¡representa>on ¡ ì How ¡is ¡MARIE’s ¡main ¡memory ¡configured? ¡ ¡ (# ¡of ¡words, ¡size ¡of ¡each ¡word) ¡ ì 4K ¡words, ¡16 ¡bits ¡wide, ¡word-­‑addressable ¡ ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

4 ¡ Recap ¡– ¡MARIE ¡Overview ¡ ì MARIE ¡has ¡ seven ¡registers ¡ for ¡control ¡and ¡data ¡ movement ¡ ì AC? ¡ ì MAR? ¡ ì MBR? ¡ ì PC? ¡ ì IR? ¡ ì InReg? ¡ ì OutReg? ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

5 ¡ Recap ¡– ¡MARIE ¡Data ¡Path ¡ ì Common ¡data ¡bus ¡ Links ¡main ¡memory ¡and ¡registers ¡ ì Each ¡device ¡iden>fied ¡by ¡unique ¡ ì number ¡ Bus ¡has ¡control ¡lines ¡that ¡iden>fy ¡ ì device ¡used ¡in ¡opera>on ¡ ì Dedicated ¡data ¡paths ¡ Permits ¡data ¡transfer ¡between ¡ ì accumulator ¡(AC), ¡memory ¡buffer ¡ register ¡(MBR), ¡and ¡ALU ¡without ¡using ¡ main ¡data ¡bus ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

6 ¡ Recap ¡– ¡MARIE ¡ISA ¡ ì What ¡is ¡an ¡InstrucEon ¡Set ¡Architecture ¡(ISA)? ¡ ì Interface ¡between ¡hardware ¡and ¡soTware ¡ ì Specifies ¡the ¡format ¡of ¡processor ¡instruc>ons ¡ ¡ ì Specifies ¡the ¡primi>ve ¡opera>ons ¡the ¡processor ¡can ¡ perform ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

7 ¡ Recap ¡– ¡MARIE ¡Instructions ¡(Full) ¡ Binary ¡ Hex ¡ InstrucEon ¡ Meaning ¡ See ¡table ¡ 4.7 ¡in ¡ 1 ¡ Load ¡contents ¡of ¡address ¡X ¡into ¡AC ¡ 0001 LOAD X book! ¡ 2 ¡ Store ¡contents ¡of ¡AC ¡at ¡address ¡X ¡ 0010 STORE X 3 ¡ Add ¡contents ¡of ¡address ¡X ¡to ¡AC ¡ 0011 ADD X 4 ¡ Subtract ¡contents ¡of ¡address ¡X ¡from ¡AC ¡ 0100 SUBT X 5 ¡ Input ¡value ¡from ¡keyboard ¡into ¡AC ¡ 0101 INPUT 6 ¡ Output ¡value ¡in ¡AC ¡to ¡display ¡ 0110 OUTPUT 7 ¡ Terminate ¡program ¡ 0111 HALT 8 ¡ Skip ¡next ¡instruc>on ¡on ¡condi>on ¡based ¡on ¡AC ¡value ¡ 1000 SKIPCOND 9 ¡ Load ¡value ¡of ¡X ¡into ¡PC ¡ 1001 JUMP X A ¡ Set ¡AC ¡to ¡0 ¡ 1010 CLEAR B ¡ Add ¡contents ¡of ¡address ¡Mem[X] ¡to ¡AC ¡ 1011 ADDI X C ¡ Load ¡contents ¡of ¡address ¡Mem[X] ¡into ¡PC ¡ 1100 JUMPI X D ¡ Load ¡contents ¡of ¡address ¡Mem[X] ¡into ¡AC ¡ ¡ 1101 LOADI X E ¡ Store ¡contents ¡of ¡AC ¡at ¡address ¡Mem[X] ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ 1110 STOREI X Spring ¡2012 ¡

8 ¡ Recap ¡– ¡MARIE ¡Instructions ¡ ì How ¡does ¡MARIE ¡format ¡instrucEons ¡in ¡computer ¡ memory? ¡ ¡ ì Two ¡fields ¡ ì Opcode ¡(4 ¡bits) ¡– ¡Opera>on ¡code ¡ ì Address ¡(12 ¡bits) ¡– ¡Address ¡to ¡operate ¡to/from ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

9 ¡ ì ¡ MARIE ¡Programming ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

10 ¡ A ¡Simple ¡Program ¡ ì Consider ¡this ¡simple ¡MARIE ¡program ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

11 ¡ A ¡Simple ¡Program ¡ ì What ¡happens ¡inside ¡the ¡computer ¡when ¡our ¡ program ¡runs? ¡ ì Instruc>on ¡1: ¡ LOAD ¡104 ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

12 ¡ A ¡Simple ¡Program ¡ ì Instruc>on ¡2: ¡ ADD ¡105 ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

13 ¡ ì ¡ Assembler ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

14 ¡ Role ¡of ¡Assembler ¡ ì Mnemonic ¡instruc>ons: ¡LOAD ¡104 ¡ ì “Easy” ¡for ¡humans ¡to ¡write ¡and ¡understand ¡ ì Impossible ¡for ¡computers ¡to ¡understand ¡ ì Role ¡of ¡ assembler ¡ ì Translate ¡instruc>ons ¡from ¡assembly ¡language ¡( for ¡ humans ) ¡into ¡machine ¡language ¡( for ¡computers ) ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

15 ¡ Assembler ¡versus ¡Compiler ¡ ì What’s ¡the ¡difference ¡between ¡an ¡assembler ¡and ¡a ¡ compiler? ¡ ¡Which ¡has ¡the ¡harder ¡job? ¡ ì Assembly ¡language ¡ è ¡machine ¡language ¡ ì One-­‑to-­‑one ¡correspondence ¡ ì Assembler ¡is ¡simple! ¡ ì High-­‑level ¡language ¡ è ¡machine ¡language ¡ ì Many-­‑to-­‑one ¡correspondence ¡ ì Compiler ¡is ¡complicated! ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

16 ¡ Assembler ¡Operation ¡ ì Assemblers ¡create ¡an ¡ object ¡file ¡ (containing ¡ machine ¡code) ¡from ¡mnemonic ¡assembly ¡source ¡ code ¡in ¡ two ¡passes ¡ ì Pass ¡1 ¡ ì Assemble ¡as ¡much ¡of ¡the ¡program ¡as ¡possible ¡ ì Builds ¡a ¡ symbol ¡table ¡ (contains ¡memory ¡references ¡ for ¡all ¡ symbols ¡in ¡the ¡program) ¡ ì Pass ¡2 ¡ ì Complete ¡instruc>ons. ¡Fill ¡in ¡addresses ¡stored ¡in ¡the ¡ symbol ¡table ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

17 ¡ Assembler ¡Operation ¡ ì Example ¡program ¡ HEX ¡and ¡DEC ¡direc>ves ¡to ¡ ì specify ¡radix ¡of ¡constants ¡ ì Assembler ¡ Pass ¡#1 ¡ Create ¡symbol ¡table ¡ ì Create ¡par>ally-­‑assembled ¡ ì instruc>ons ¡ ParEally-­‑ Symbol ¡ Assembled ¡ Table: ¡ Program: ¡ Name, ¡ Address ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

18 ¡ Assembler ¡Operation ¡ ì Assembler ¡ Pass ¡#2 ¡ ì Fill ¡in ¡details ¡from ¡symbol ¡table ¡ Symbol ¡ Machine ¡ Program ¡ Table ¡ Code ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

19 ¡ Assembler ¡Operation ¡ Machine ¡Code: ¡ Program: ¡ Symbol ¡Table: ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

20 ¡ ì ¡ More ¡MARIE ¡Instructions ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

21 ¡ New ¡Addressing ¡Modes! ¡ ì Direct ¡addressing ¡mode ¡ ì All ¡the ¡instruc8ons ¡covered ¡to ¡date… ¡ ì The ¡address ¡of ¡the ¡operand ¡is ¡explicitly ¡stated ¡in ¡the ¡ instruc>on ¡ ì New: ¡ Indirect ¡addressing ¡mode ¡ ì The ¡address ¡of ¡the ¡address ¡of ¡the ¡operand ¡is ¡given ¡ in ¡the ¡instruc>on ¡ ì Just ¡like ¡ pointers ¡in ¡COMP ¡51/53 ¡ Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

22 ¡ Indirect ¡Addressing ¡Mode ¡Instructions ¡ ì Four ¡new ¡instruc>ons ¡use ¡ indirect ¡addressing ¡ mode: ¡Load ¡/ ¡store ¡/ ¡add ¡/ ¡jump ¡indirect ¡ ¡ ì LOADI ¡ X ¡ and ¡ STOREI ¡ X ¡– ¡specified ¡the ¡address ¡of ¡ the ¡address ¡of ¡the ¡operand ¡to ¡be ¡loaded ¡or ¡stored ¡ ¡ ì In ¡RTL ¡: ¡ ¡ STOREI X LOADI X MAR ← X MAR ← X MBR ← M[MAR] MBR ← M[MAR] MAR ← MBR MAR ← MBR MBR ← M[MAR] MBR ← AC AC ← MBR M[MAR] ← MBR Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡

23 ¡ Indirect ¡Addressing ¡Mode ¡Instructions ¡ ì ADDI ¡ X ¡-­‑ ¡Combina>on ¡of ¡ LOADI ¡ X ¡and ¡ ADD ¡ X : ¡ ì In ¡RTL: ¡ ¡ ADDI X MAR ← X MBR ← M[MAR] MAR ← MBR MBR ← M[MAR] AC ← AC + MBR Computer ¡Systems ¡and ¡Networks ¡ Spring ¡2012 ¡