Reading assignment Chapter 3.1, 3.2 Chapter 4.1, 4.3 1 - - PowerPoint PPT Presentation

Reading ¡assignment ¡

• Chapter ¡3.1, ¡3.2 ¡
• Chapter ¡4.1, ¡4.3 ¡

1 ¡

Outline ¡

• Introduc5on ¡to ¡assembly ¡programing ¡
• Introduc5on ¡to ¡Y86 ¡
• Y86 ¡instruc5ons, ¡encoding ¡and ¡execu5on ¡

2 ¡

Assembly ¡

• The ¡CPU ¡uses ¡machine ¡language ¡to ¡perform ¡all ¡its ¡opera5ons ¡ ¡
• Machine ¡code ¡(pure ¡numbers) ¡is ¡generated ¡by ¡transla5ng ¡

each ¡instruc5on ¡into ¡binary ¡numbers ¡that ¡the ¡CPU ¡uses ¡ ¡

• This ¡process ¡is ¡called ¡"assembling"; ¡conversely, ¡we ¡can ¡take ¡

assembled ¡code ¡and ¡disassemble ¡it ¡into ¡(mostly) ¡human ¡ readable ¡assembly ¡language ¡ ¡

• Assembly ¡is ¡a ¡much ¡more ¡readable ¡transla5on ¡of ¡machine ¡

language, ¡and ¡it ¡is ¡what ¡we ¡work ¡with ¡if ¡we ¡need ¡to ¡see ¡what ¡ the ¡computer ¡is ¡doing ¡ ¡

• There ¡are ¡many ¡different ¡kinds ¡of ¡assembly ¡languages; ¡we'll ¡

focus ¡on ¡the ¡Y86/IA32 ¡language ¡as ¡defined ¡in ¡the ¡text ¡and ¡on ¡

• ur ¡system ¡(also ¡SPARC ¡and ¡MIPS) ¡

3 ¡

Assembly ¡opera5ons ¡

• Perform ¡arithme5c ¡func5on ¡on ¡register ¡or ¡

memory ¡data ¡

• Transfer ¡data ¡between ¡memory ¡and ¡register ¡

– Load ¡data ¡from ¡memory ¡into ¡register ¡(read) ¡ – Store ¡register ¡data ¡into ¡memory ¡(write) ¡

• Transfer ¡control ¡

– Uncondi5onal ¡jumps ¡to/from ¡procedures ¡(calls) ¡ – Condi5onal ¡branches ¡(if, ¡switch, ¡for, ¡while, ¡etc) ¡

4 ¡

ISA ¡– ¡Instruc5on ¡Set ¡Architecture ¡

5 ¡

ISA-­‑More ¡explana5ons ¡

• ISA ¡– ¡instruc5on ¡set ¡architecture ¡

– Format ¡and ¡behavior ¡of ¡a ¡machine ¡level ¡program ¡ Defines: ¡

• The ¡processor ¡state ¡(see ¡the ¡CPU ¡fetch-­‑execute ¡cycle) ¡
• The ¡format ¡of ¡the ¡instruc5ons ¡
• The ¡effect ¡of ¡each ¡of ¡these ¡instruc5ons ¡on ¡the ¡state ¡

– Abstrac5ons ¡

• Instruc5on ¡executed ¡“in ¡sequence” ¡

– Technically ¡defined ¡to ¡be ¡comple5ng ¡one ¡instruc5on ¡before ¡star5ng ¡the ¡next ¡ – Pipelining ¡ – Concurrent ¡execu5on ¡(but ¡not ¡really) ¡

• Memory ¡addresses ¡are ¡virtual ¡addresses ¡

– Very ¡large ¡byte-­‑addressable ¡array ¡ – Address ¡space ¡managed ¡by ¡the ¡OS ¡(virtual ¡à ¡physical) ¡ – Contains ¡both ¡executable ¡code ¡of ¡the ¡program ¡AND ¡its ¡data ¡ » Run-­‑5me ¡stack ¡ » Block ¡of ¡memory ¡for ¡user ¡(global ¡and ¡heap) ¡

6 ¡

Generic ¡Instruc5on ¡Cycle ¡

An ¡instruc5on ¡cycle ¡is ¡the ¡basic ¡opera5on ¡cycle ¡of ¡a ¡

• computer. ¡It ¡is ¡the ¡process ¡by ¡which ¡a ¡computer ¡retrieves ¡a ¡

program ¡instruc5on ¡from ¡its ¡memory, ¡determines ¡what ¡ ac5ons ¡the ¡instruc5on ¡requires, ¡and ¡carries ¡out ¡those ¡

• ac5ons. ¡This ¡cycle ¡is ¡repeated ¡con5nuously ¡by ¡the ¡central ¡

processing ¡unit ¡(CPU), ¡from ¡bootup ¡to ¡when ¡the ¡computer ¡is ¡ shut ¡down. ¡ ¡

• 1. ¡Fetching ¡the ¡instruc5on ¡
• 2. ¡Decode ¡the ¡instruc5on ¡
• 3. ¡Memory ¡and ¡addressing ¡issues ¡
• 4. ¡Execute ¡the ¡instruc5on ¡

7 ¡

Hardware ¡abstrac5ons ¡

• Program ¡Counter ¡(PC) ¡

– Register ¡%eip ¡(X86-­‑64) ¡ – Address ¡in ¡memory ¡of ¡the ¡next ¡instruc5on ¡to ¡be ¡executed ¡

• Integer ¡Register ¡File ¡

– Contains ¡eight ¡named ¡loca5ons ¡for ¡storing ¡32-­‑bit ¡values ¡

• Can ¡hold ¡addresses ¡(C ¡pointers) ¡or ¡integer ¡data ¡
• Have ¡other ¡special ¡du5es ¡
• Floa5ng ¡point ¡registers ¡
• Condi5on ¡Code ¡registers ¡

– Hold ¡status ¡informa5on ¡

• About ¡arithme5c ¡or ¡logical ¡instruc5on ¡executed ¡

– CF ¡(carry ¡flag) ¡ – OF ¡(overflow ¡flag) ¡ – SF ¡(sign ¡flag) ¡ – ZF ¡(zero ¡flag) ¡

• Memory ¡

8 ¡

Machine ¡instruc5on ¡example ¡

• C ¡code ¡

– Add ¡two ¡signed ¡integers ¡

• Assembly ¡

– Add ¡2 ¡4-­‑byte ¡integers ¡

• Operands ¡

– X: ¡register ¡%eax ¡ – Y: ¡memory ¡M[%ebp+8] ¡ – T: ¡register ¡%eax ¡ – Return ¡func5on ¡value ¡in ¡%eax ¡

• Object ¡code ¡

– 3 ¡byte ¡instruc5on ¡ – Stored ¡at ¡address: ¡0x???????? ¡

9 ¡

int ¡ ¡t ¡= ¡x ¡+ ¡y; ¡ ¡ addl ¡8(%ebp),%eax ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 03 ¡45 ¡08 ¡ ¡

Outline ¡

• Introduc5on ¡to ¡assembly ¡programing ¡
• Introduc5on ¡to ¡Y86 ¡
• Y86 ¡instruc5ons, ¡encoding ¡and ¡execu5on ¡

10 ¡

Y86: ¡A ¡simpler ¡instruc5on ¡set ¡

• IA32 ¡has ¡a ¡lot ¡more ¡instruc5ons ¡
• IA32 ¡has ¡a ¡lot ¡of ¡quirks ¡
• Y86 ¡is ¡a ¡subset ¡of ¡IA32 ¡instruc5ons ¡
• Y86 ¡has ¡a ¡simpler ¡encoding ¡scheme ¡than ¡IA32 ¡
• Y86 ¡is ¡easier ¡to ¡reason ¡about ¡
• hardware ¡ ¡
• first ¡5me ¡programming ¡in ¡assembly ¡language ¡

11 ¡

Y86 ¡abstrac5ons ¡

• The ¡Y86 ¡has ¡ ¡

– 8 ¡32-­‑bit ¡registers ¡with ¡the ¡same ¡names ¡as ¡the ¡IA32 ¡32-­‑bit ¡ registers ¡ ¡ – 3 ¡condi5on ¡codes: ¡ZF, ¡SF, ¡OF ¡ ¡

• no ¡carry ¡flag ¡ ¡
• interprets ¡integers ¡as ¡signed ¡

– a ¡program ¡counter ¡(PC) ¡ ¡ – a ¡program ¡status ¡byte: ¡AOK, ¡HLT, ¡ADR, ¡INS ¡ ¡ – memory: ¡up ¡to ¡4 ¡GB ¡to ¡hold ¡program ¡and ¡data ¡ ¡

• The ¡Y86 ¡does ¡not ¡have: ¡ ¡

– floa5ng ¡point ¡registers ¡or ¡instruc5ons ¡ ¡

12 ¡

hsp://voices.yahoo.com/the-­‑y86-­‑processor-­‑simulator-­‑770435.html?cat=15 ¡ hsp://y86tutoring.wordpress.com/ ¡

Y86 ¡Memory ¡and ¡Stack ¡ ¡

13 ¡

Y86 ¡Code ¡ Y86 ¡Stack ¡

low ¡address ¡ high ¡address ¡ 1. A ¡huge ¡array ¡of ¡bytes; ¡ 2. Set ¡the ¡bosom ¡of ¡the ¡stack ¡ far ¡enough ¡away ¡from ¡the ¡ code; ¡ 3. The ¡loca5on ¡of ¡your ¡code ¡ should ¡always ¡start ¡from ¡

• 0x0. ¡

¡ How ¡to ¡set ¡up ¡the ¡star5ng ¡point ¡

• f ¡stack ¡and ¡code? ¡

direc5ve: ¡.pos ¡address-­‑in-­‑hex ¡

YIS ¡and ¡YAS ¡and ¡the ¡Y86 ¡simulator ¡

• Check: ¡1) ¡How ¡to ¡set ¡up ¡$PATH; ¡2) ¡How ¡to ¡connect ¡Linux ¡with ¡X ¡display ¡ ¡ ¡
• Add ¡these ¡variables ¡to ¡your ¡$PATH: ¡

– /home/f85/bren/Sovware/sim/misc ¡ – /home/f85/bren/Sovware/sim/pipe ¡ – /home/f85/bren/Sovware/sim/seq ¡ – The ¡example ¡code ¡was ¡assembled ¡during ¡the ¡build ¡process ¡and ¡is ¡in ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡/home/f85/bren/Sovware/sim/y86-­‑code. ¡ ¡

• HOW ¡TO: ¡

– %yas ¡prog.ys ¡

• Assembles ¡the ¡program ¡
• Creates ¡a ¡*.yo ¡file ¡

– %yis ¡prog.yo ¡

• Instruc5on ¡set ¡simulator ¡– ¡gives ¡output ¡and ¡changes ¡

– %ssim ¡–g ¡ ¡prog.yo ¡& ¡

• SimGuide ¡

– linkà ¡ ¡hsp://csapp.cs.cmu.edu/public/simguide.pdf ¡

14 ¡

Run ¡Y86 ¡program ¡

irmovl ¡$55,%edx ¡ rrmovl ¡%edx, ¡%ebx ¡ irmovl ¡Array, ¡%eax ¡ rmmovl ¡%ebx,4(%eax) ¡ mrmovl ¡0(%eax),%ecx ¡ halt ¡ .align ¡4 ¡ Array: ¡ .long ¡0x6f ¡ .long ¡0x84 ¡

15 ¡

% ¡yas ¡y86prog1.ys ¡ % ¡yis ¡y86prog1.yo ¡ Stopped ¡in ¡6 ¡steps ¡at ¡PC ¡= ¡0x1a. ¡ Status ¡'HLT' ¡ CC ¡Z=1 ¡S=0 ¡O=0 ¡ Changes ¡to ¡registers: ¡ %eax: ¡0x00000000 ¡0x0000001c ¡ %ecx: ¡0x00000000 ¡0x0000006f ¡ %edx: ¡0x00000000 ¡0x00000037 ¡ %ebx: ¡0x00000000 ¡0x00000037 ¡ ¡ Changes ¡to ¡memory: ¡ 0x0020: ¡0x00000084 ¡0x00000037 ¡

y86prog1.ys ¡

Y86 ¡Simulator ¡program ¡code ¡

16 ¡

Y86 ¡Simulator ¡

• Contents ¡of ¡

memory ¡

• Processor ¡State ¡

– The ¡fetch-­‑ execute ¡loop ¡

• Register ¡file ¡
• Status ¡
• Condi5on ¡Codes ¡

17 ¡

Y86 ¡take-­‑home ¡notes ¡

• Y86 ¡is ¡an ¡assembly ¡language ¡instruc5on ¡set ¡simpler ¡than ¡but ¡similar ¡to ¡

IA32; ¡but ¡not ¡as ¡compact ¡(as ¡we ¡will ¡see) ¡

• The ¡Y86 ¡has: ¡ ¡

– 8 ¡32-­‑bit ¡registers ¡with ¡the ¡same ¡names ¡as ¡the ¡IA32 ¡32-­‑bit ¡registers ¡ ¡ – 3 ¡condi5on ¡codes: ¡ZF, ¡SF, ¡OF ¡ ¡

• no ¡carry ¡flag ¡-­‑ ¡interpret ¡integers ¡as ¡signed ¡

– a ¡program ¡counter ¡(PC) ¡

• Holds ¡the ¡address ¡of ¡the ¡instruc5on ¡currently ¡being ¡executed ¡

– a ¡program ¡status ¡byte: ¡AOK, ¡HLT, ¡ADR, ¡INS ¡ ¡

• State ¡of ¡program ¡execu5on ¡

– memory: ¡up ¡to ¡4 ¡GB ¡to ¡hold ¡program ¡and ¡data ¡

18 ¡

%eax %ecx %edx %ebx %esi %edi %esp %ebp RF: Program registers ZF SF OF

CC: Condition codes PC

DMEM: Memory

Stat: Program Status

Outline ¡

• Introduc5on ¡to ¡assembly ¡programing ¡
• Introduc5on ¡to ¡Y86 ¡
• Y86 ¡instruc5ons, ¡encoding ¡and ¡execu5on ¡

19 ¡

Learning ¡Y86 ¡

• Assembler ¡direc5ves ¡
• Status ¡condi5ons ¡and ¡Excep5ons ¡
• Instruc5ons ¡

– Opera5ons ¡ – Branches ¡ – Moves ¡

• Addressing ¡Modes ¡
• Stack ¡opera5ons ¡
• Subrou5ne ¡call/return ¡
• How ¡to ¡encode ¡each ¡instruc5on ¡

20 ¡

Y86 ¡Assembler ¡direc5ves ¡

21 ¡

Status ¡condi5ons ¡

22 ¡

Y86 ¡Excep5ons ¡

• What ¡happens ¡when ¡an ¡invalid ¡assembly ¡instruc5on ¡is ¡found? ¡

– How ¡would ¡this ¡happen? ¡ – This ¡generates ¡an ¡excep5on. ¡

• In ¡Y86 ¡an ¡excep5on ¡halts ¡the ¡machine, ¡it ¡stops ¡execu5ng. ¡

– On ¡a ¡real ¡system, ¡this ¡would ¡be ¡handled ¡by ¡the ¡OS ¡and ¡only ¡the ¡current ¡process ¡ would ¡be ¡terminated. ¡

• What ¡are ¡some ¡possible ¡causes ¡of ¡excep5ons? ¡ ¡

– Invalid ¡opera5on ¡ ¡ – Divide ¡by ¡0 ¡ ¡ – sqrt ¡of ¡nega5ve ¡number ¡ ¡ – Memory ¡access ¡error ¡(address ¡too ¡large) ¡ ¡ – Hardware ¡error ¡ ¡

• Y86 ¡handles ¡3 ¡types ¡of ¡excep5ons: ¡ ¡

– HLT ¡instruc5on ¡executed ¡ ¡ – Invalid ¡address ¡encountered ¡ ¡ – Invalid ¡instruc5on ¡encountered ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡In ¡each ¡case ¡the ¡status ¡is ¡set ¡

23 ¡

Y86 ¡Instruc5ons ¡

• Each ¡accesses ¡and ¡modifies ¡some ¡part(s) ¡of ¡the ¡program ¡state ¡
• Largely ¡a ¡subset ¡of ¡the ¡IA32 ¡instruc5on ¡set ¡

– Includes ¡only ¡4-­‑byte ¡integer ¡opera5ons ¡à ¡“word” ¡ – Has ¡fewer ¡addressing ¡modes ¡ – Smaller ¡set ¡of ¡opera5ons ¡

• Format ¡

– 1–6 ¡bytes ¡of ¡informa5on ¡read ¡from ¡memory ¡

• Can ¡determine ¡the ¡type ¡of ¡instruc5on ¡from ¡first ¡byte ¡
• Can ¡determine ¡instruc5on ¡length ¡from ¡first ¡byte ¡
• Not ¡as ¡many ¡instruc5on ¡types ¡
• Simpler ¡encoding ¡than ¡with ¡IA32 ¡
• Registers ¡

– rA ¡or ¡rB ¡represent ¡one ¡of ¡the ¡registers ¡(0-­‑7) ¡ – 0xF ¡denotes ¡no ¡register ¡(when ¡needed) ¡ – No ¡par5al ¡register ¡op5ons ¡(must ¡be ¡a ¡byte) ¡

24 ¡

Move ¡opera5on ¡

25 ¡

Move ¡opera5on ¡

• Different ¡opcodes ¡for ¡4 ¡types ¡of ¡moves ¡

– register ¡to ¡register ¡ ¡(opcode ¡= ¡2) ¡

• No5ce ¡condi5onal ¡move ¡has ¡opcode ¡2 ¡as ¡well ¡

– immediate ¡to ¡register ¡ ¡(opcode ¡= ¡3) ¡ – register ¡to ¡memory ¡ ¡(opcode ¡= ¡4) ¡ – memory ¡to ¡register ¡ ¡(opcode ¡= ¡5) ¡

• The ¡only ¡memory ¡addressing ¡mode ¡is ¡base ¡register ¡+ ¡displacement ¡ ¡
• Memory ¡opera5ons ¡always ¡move ¡4 ¡bytes ¡(no ¡byte ¡or ¡word ¡memory ¡
• pera5ons ¡ ¡i.e. ¡no ¡8/16-­‑bit ¡move) ¡ ¡
• Source ¡or ¡des5na5on ¡of ¡memory ¡move ¡must ¡be ¡a ¡register. ¡ ¡

26 ¡

CORRECTION ¡= ¡F ¡

Supported ¡Opera5ons ¡

• OP1 ¡(opcode ¡= ¡6) ¡

– Only ¡take ¡registers ¡as ¡operands ¡ – Only ¡work ¡on ¡32 ¡bits ¡ – Note: ¡no ¡“or” ¡and ¡“not” ¡ops ¡ – Only ¡instruc5ons ¡to ¡set ¡CC ¡

• Star5ng ¡point ¡ZF=1, ¡SF=0, ¡OF=0 ¡
• Arithme5c ¡instruc5ons ¡

– addl ¡rA, ¡rB ¡R[rB] ¡← ¡R[rB] ¡+ ¡R[rA] ¡ – subl ¡rA, ¡rB ¡R[rB] ¡← ¡R[rB] ¡− ¡R[rA] ¡ – andl ¡rA, ¡rB ¡R[rB] ¡← ¡R[rB] ¡& ¡R[rA] ¡ – xorl ¡rA, ¡rB ¡R[rB] ¡← ¡R[rB] ¡^ ¡R[rA] ¡

27 ¡

# ¡y86cc.ys ¡ .pos ¡0x0 ¡ irmovl ¡ ¡ ¡$1, ¡%eax ¡ irmovl ¡ ¡ ¡$0, ¡%ebx ¡ irmovl ¡ ¡ ¡$1, ¡%ecx ¡ addl ¡%eax, ¡%eax ¡ andl ¡%ebx, ¡%ebx ¡ subl ¡%eax, ¡%ecx ¡ irmovl ¡ ¡$0x7fffffff, ¡%edx ¡ addl ¡%edx, ¡%edx ¡ halt ¡

Jump ¡instruc5ons ¡

• Jump ¡instruc5ons ¡(opcode ¡= ¡7) ¡

– fn ¡= ¡0 ¡for ¡uncondi5onal ¡jump ¡ – fn ¡=1-­‑6 ¡for ¡ ¡<= ¡ ¡ ¡< ¡ ¡ ¡= ¡ ¡ ¡!= ¡ ¡ ¡>= ¡ ¡ ¡> ¡ – Refer ¡to ¡generically ¡as ¡“jXX” ¡ – Encodings ¡differ ¡only ¡by ¡“func5on ¡code” ¡ – Based ¡on ¡values ¡of ¡condi5on ¡codes ¡ – Same ¡as ¡IA32 ¡counterparts ¡ – Encode ¡full ¡des5na5on ¡address ¡

• Unlike ¡PC-­‑rela5ve ¡addressing ¡seen ¡in ¡IA32 ¡

28 ¡

Jump ¡instruc5on ¡types ¡

• Uncondi5onal ¡jumps ¡

– jmp ¡Dest ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡PC ¡← ¡Dest ¡

• Condi5onal ¡jumps ¡

– jle ¡Dest ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡PC ¡← ¡Dest ¡if ¡last ¡result ¡≤ ¡0 ¡

• SF=1 ¡or ¡ZF=1 ¡

– jl ¡Dest ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡PC ¡← ¡Dest ¡if ¡last ¡result ¡< ¡0 ¡ ¡

• SF=1 ¡and ¡ZF=0 ¡

– je ¡Dest ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡PC ¡← ¡Dest ¡if ¡last ¡result ¡= ¡0 ¡

• ZF=1 ¡

– jne ¡Dest ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡PC ¡← ¡Dest ¡if ¡last ¡result ¡≠ ¡0 ¡

• ZF=0 ¡

– jge ¡Dest ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡PC ¡← ¡Dest ¡if ¡last ¡result ¡≥ ¡0 ¡

• SF=0 ¡or ¡ZF=1 ¡

– jg ¡Dest ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡PC ¡← ¡Dest ¡if ¡last ¡result ¡> ¡0 ¡

• SF=0 ¡and ¡ZF=0 ¡

29 ¡

If ¡the ¡last ¡ result ¡is ¡not ¡ what ¡is ¡ specified, ¡ then ¡the ¡jump ¡ is ¡not ¡taken; ¡ and ¡the ¡next ¡ sequen5al ¡ instruc5on ¡is ¡ executed ¡i.e. ¡ PC ¡= ¡PC ¡+ ¡ jump ¡ instruc5on ¡ size ¡vice ¡Dest ¡

What ¡about ¡checking ¡ OF? ¡

Y86 ¡example ¡program ¡w/ ¡loop ¡

30 ¡

# ¡y86loop.ys ¡ .pos ¡0x0 ¡ ¡irmovl ¡$0,%eax ¡ ¡# ¡sum ¡= ¡0 ¡ ¡irmovl ¡$1,%ecx ¡ ¡# ¡num ¡= ¡1 ¡ Loop: ¡ ¡addl ¡%ecx,%eax ¡ ¡# ¡sum ¡+= ¡num ¡ ¡irmovl ¡$1,%edx ¡ ¡# ¡tmp ¡= ¡1 ¡ ¡addl ¡%edx,%ecx ¡ ¡# ¡num++ ¡ ¡irmovl ¡$1000,%edx ¡ ¡# ¡lim ¡= ¡1000 ¡ ¡subl ¡%ecx,%edx ¡ ¡# ¡if ¡lim ¡-­‑ ¡num ¡>= ¡0 ¡ ¡jge ¡Loop ¡ ¡ ¡# ¡loop ¡again ¡ ¡irmovl ¡$10,%edx ¡ ¡# ¡ch ¡= ¡'\n' ¡ ¡halt ¡

Which ¡instruc5ons ¡set ¡the ¡CC ¡bits? ¡ What ¡are ¡the ¡flags ¡set ¡to ¡ for ¡each ¡instruc5on? ¡

Condi5onal ¡move ¡

• Refer ¡to ¡generically ¡

as ¡“cmovXX” ¡

• Encodings ¡differ ¡only ¡

by ¡“func5on ¡code” ¡

• Based ¡on ¡values ¡of ¡

condi5on ¡codes ¡

• Variants ¡of ¡rrmovl ¡

instruc5on ¡

– (condi5onally) ¡copy ¡ value ¡from ¡source ¡ to ¡des5na5on ¡ register ¡

31 ¡

Condi5onal ¡move ¡examples ¡

32 ¡

# ¡y86ccmov.ys ¡ .pos ¡0x0 ¡ irmovl ¡ ¡ ¡$1, ¡%eax ¡ cmove ¡ ¡%eax,%ecx ¡ irmovl ¡ ¡ ¡ ¡0, ¡%ebx ¡ addl ¡%eax, ¡%eax ¡ cmovg ¡%eax, ¡%ebx ¡ andl ¡%ebx, ¡%ebx ¡ subl ¡%eax, ¡%ecx ¡ cmovg ¡%ecx, ¡%edx ¡ irmovl ¡ ¡$0x7fffffff, ¡%edx ¡ addl ¡%edx, ¡%edx ¡ halt ¡

The ¡cmovxx ¡statement ¡only ¡moves ¡ the ¡source ¡register ¡value ¡to ¡the ¡ des5na5on ¡register ¡if ¡“the ¡ condi5on ¡is ¡true”, ¡so: ¡ ¡ If ¡the ¡condi5on ¡is ¡“equal”, ¡that ¡ means ¡the ¡CC ¡bits ¡have ¡the ¡ZF ¡set ¡ to ¡1 ¡i.e. ¡the ¡previous ¡result ¡was ¡ equal ¡to ¡zero, ¡ ¡ cmovg ¡– ¡checks ¡if ¡the ¡previous ¡ result ¡was ¡greater ¡than ¡zero ¡(i.e. ¡ SF=0) ¡and ¡if ¡so, ¡moves ¡the ¡source ¡ register ¡value ¡to ¡the ¡des5na5on ¡ register ¡ ¡ ETC ¡

Y86 ¡Program ¡Stack ¡

• Region ¡of ¡memory ¡holding ¡

program ¡data ¡

• Used ¡in ¡Y86 ¡(and ¡IA32) ¡for ¡

suppor5ng ¡procedure ¡calls ¡

• Stack ¡top ¡indicated ¡by ¡

%esp

– Address ¡of ¡top ¡stack ¡ element ¡

• Stack ¡grows ¡toward ¡lower ¡

addresses ¡

– Top ¡element ¡is ¡at ¡highest ¡ address ¡in ¡the ¡stack ¡ – When ¡pushing, ¡must ¡first ¡ decrement ¡stack ¡pointer ¡ – When ¡popping, ¡increment ¡ stack ¡pointer ¡

33 ¡

%esp

• Increasing ¡

Addresses ¡

Stack ¡“Top” ¡ Stack ¡ “Bosom” ¡ %esp

• Increasing ¡

Addresses ¡

Stack ¡“Bosom” ¡ Stack ¡“Top” ¡

Stack ¡Opera5ons ¡

Stack ¡for ¡Y86 ¡works ¡just ¡ the ¡same ¡as ¡with ¡IA32 ¡

34 ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ rA ¡ <-­‑-­‑ ¡%esp-­‑4 ¡ Stack: ¡ ¡ ¡ <-­‑-­‑ ¡%esp ¡ pushl ¡rA ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ value ¡ <-­‑-­‑ ¡%esp ¡ Stack: ¡ ¡ ¡ <-­‑-­‑ ¡%esp+4 ¡ popl ¡rA ¡ rA ¡<-­‑-­‑ ¡value ¡ R[rA]←M[R[%esp]] ¡ R[%esp]←R[%esp]+4 ¡ R[%esp]←R[%esp]-­‑4 ¡ M[R[%esp]]←R[rA] ¡

Subrou5ne ¡call ¡and ¡return ¡

35 ¡

Note: ¡call ¡uses ¡absolute ¡addressing ¡

Procedure ¡calls ¡and ¡return ¡support ¡

• Call ¡pushes ¡the ¡PC ¡value ¡(already ¡point ¡to ¡

next ¡instruc5on) ¡onto ¡the ¡top ¡of ¡the ¡stack ¡ ¡

– Dest ¡R[%esp]←R[%esp]-­‑4 ¡

• Make ¡space ¡on ¡the ¡stack ¡

– M[R[%esp]]←PC ¡

• Move ¡the ¡value ¡of ¡the ¡PC, ¡which ¡has ¡been ¡

incremented ¡to ¡the ¡next ¡instruc5on, ¡and ¡store ¡it ¡ in ¡the ¡memory ¡loca5on ¡pointed ¡to ¡by ¡reg ¡%esp ¡

– PC←Dest ¡

• Move ¡the ¡des5na5on ¡address ¡of ¡the ¡rou5ne ¡

being ¡called ¡into ¡the ¡PC ¡

• ret ¡ ¡

– PC←M[R[%esp]] ¡

• Get ¡the ¡return ¡address ¡off ¡the ¡stack ¡

– R[%esp]←R[%esp]+4 ¡

• Adjust ¡the ¡stack ¡pointer ¡

36 ¡

%esp

• Increasing ¡

Addresses ¡

Stack ¡“Top” ¡

Miscellaneous ¡instruc5ons ¡

37 ¡

Y86 ¡Instruc5on ¡Set ¡

• Encoding ¡of ¡each ¡instruc5on ¡
• SEQ ¡Hardware ¡Structure ¡
• SEE ¡HANDOUT ¡

38 ¡

SEQ ¡Hardware ¡Structure ¡ ¡ Abstract ¡and ¡Stages ¡

39 ¡

u State ¡

• Program ¡counter ¡reg ¡(PC) ¡
• Condi5on ¡code ¡reg ¡(CC) ¡
• Register ¡File ¡
• Memories ¡

Data: ¡read ¡and ¡write ¡ Instruc5on: ¡read ¡

u Instruc5on ¡Flow ¡

• Read ¡instruc5on ¡at ¡address ¡

specified ¡by ¡PC ¡

• Process ¡through ¡stages ¡
• Update ¡program ¡counter ¡

u Fetch ¡

• Read ¡instruc5on ¡from ¡

instruc5on ¡memory ¡

• If ¡PC ¡points ¡to ¡it, ¡we ¡view ¡it ¡

as ¡instruc5on ¡

u Decode ¡

• Read ¡program ¡registers ¡

u Execute ¡

• Compute ¡value ¡or ¡address ¡

u Memory ¡

• Read ¡or ¡write ¡data ¡

u Write ¡Back ¡

• Write ¡program ¡registers ¡

u PC ¡

• Update ¡program ¡counter ¡

Execu5ng ¡à à ¡Arithme5c/Logical ¡Ops ¡ ¡

• Fetch ¡

– Read ¡2 ¡bytes ¡

• Decode ¡

– Read ¡operand ¡ registers ¡

• Execute ¡

– Perform ¡opera5on ¡ – Set ¡condi5on ¡codes ¡

• Memory ¡

– Do ¡nothing ¡

• Write ¡back ¡

– Update ¡register ¡

• PC ¡Update ¡

– Increment ¡PC ¡by ¡2 ¡

40 ¡

Execu5ng ¡à à ¡rmmovl ¡

• Fetch ¡

– Read ¡6 ¡bytes ¡

• Decode ¡

– Read ¡operand ¡ registers ¡

• Execute ¡

– Compute ¡effec5ve ¡ address ¡

• Memory ¡

– Write ¡to ¡memory ¡

• Write ¡back ¡

– Do ¡nothing ¡

• PC ¡Update ¡

– Increment ¡PC ¡by ¡6 ¡

41 ¡

Execu5ng ¡à à ¡popl ¡

42 ¡

Fetch ¡

Read ¡2 ¡bytes ¡

Decode ¡

Read ¡stack ¡ pointer ¡

Execute ¡

Increment ¡stack ¡ pointer ¡by ¡4 ¡

Memory ¡

Read ¡from ¡old ¡ stack ¡pointer ¡

Write ¡back ¡

Update ¡stack ¡ pointer ¡ Write ¡result ¡to ¡ register ¡

PC ¡Update ¡

Increment ¡PC ¡ by ¡2 ¡ F ¡

Execu5ng ¡à à ¡Jumps ¡

43 ¡

Fetch ¡

Read ¡5 ¡bytes ¡ Increment ¡PC ¡by ¡5 ¡

Decode ¡

Do ¡nothing ¡

Execute ¡

Determine ¡ whether ¡to ¡take ¡ branch ¡based ¡on ¡ jump ¡condi5on ¡ and ¡condi5on ¡ codes ¡

Memory ¡

Do ¡nothing ¡

Write ¡back ¡

Do ¡nothing ¡

PC ¡Update ¡

Set ¡PC ¡to ¡Dest ¡if ¡ branch ¡taken ¡or ¡to ¡ incremented ¡PC ¡if ¡ not ¡branch ¡

Execu5ng ¡à à ¡Call ¡

44 ¡

Fetch ¡

Read ¡5 ¡bytes ¡ Increment ¡PC ¡by ¡5 ¡

Decode ¡

Read ¡stack ¡pointer ¡

Execute ¡

Decrement ¡stack ¡ pointer ¡by ¡4 ¡

Memory ¡

Write ¡incremented ¡ PC ¡to ¡new ¡value ¡of ¡ stack ¡pointer ¡

Write ¡back ¡

Update ¡stack ¡ pointer ¡

PC ¡Update ¡

Set ¡PC ¡to ¡Dest ¡

Execu5ng ¡à à ¡ret ¡

45 ¡

Fetch ¡

Read ¡5 ¡bytes ¡ Increment ¡PC ¡by ¡5 ¡

Decode ¡

Read ¡stack ¡pointer ¡

Execute ¡

Decrement ¡stack ¡ pointer ¡by ¡4 ¡

Memory ¡

Write ¡incremented ¡ PC ¡to ¡new ¡value ¡of ¡ stack ¡pointer ¡

Write ¡back ¡

Update ¡stack ¡ pointer ¡

PC ¡Update ¡

Set ¡PC ¡to ¡Dest ¡

Instruc5on ¡encoding ¡prac5ce ¡

46 ¡

Determine ¡the ¡byte ¡encoding ¡of ¡the ¡following ¡Y86 ¡instruc5on ¡ sequence ¡given ¡“.pos ¡0x100” ¡specifies ¡the ¡star5ng ¡address ¡of ¡the ¡

• bject ¡code ¡to ¡be ¡0x100 ¡(prac5ce ¡problem ¡4.1) ¡

¡ .pos ¡0x100 ¡# ¡start ¡code ¡at ¡address ¡0x100 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡irmovl ¡ ¡$15, ¡%ebx ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡# ¡load ¡15 ¡into ¡%ebx ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡rrmovl ¡ ¡%ebx, ¡%ecx ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡# ¡copy ¡15 ¡to ¡%ecx ¡ loop: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡rmmovl ¡ ¡%ecx, ¡-­‑3(%ebx) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡# ¡save ¡%ecx ¡at ¡addr ¡15-­‑3=12 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡addl ¡%ebx, ¡%ecx ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡# ¡increment ¡%ecx ¡by ¡15 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡jmp ¡ ¡ ¡loop ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡# ¡goto ¡loop ¡

Instruc5on ¡encoding ¡prac5ce ¡(cont) ¡

• 0x100: ¡30f3fcffffff ¡ ¡406300080000 ¡ ¡00 ¡

0x100: ¡30f3fcffffff ¡ ¡ ¡irmovl ¡$-­‑4, ¡%ebx ¡ 0x106: ¡406300080000 ¡ ¡rmmovl ¡%esi, ¡0x800(%ebx) ¡ 0x10c: ¡ ¡00 ¡ ¡ ¡ ¡halt ¡

¡ Now ¡you ¡try: ¡

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47 ¡

Summary ¡

Important ¡property ¡of ¡any ¡instruc5on ¡set ¡

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THE ¡BYTE ¡ENCODINGS ¡MUST ¡HAVE ¡A ¡UNIQUE ¡ INTERPRETATION ¡ which ¡

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ENSURES ¡THAT ¡A ¡PROCESSOR ¡CAN ¡EXECUTE ¡ ¡ AN ¡OBJECT-­‑CODE ¡PROGRAM ¡WITHOUT ¡ANY ¡ AMBIGUITY ¡ABOUT ¡THE ¡MEANING ¡OF ¡THE ¡CODE ¡

48 ¡