Жүйелік бағдарламалау

2 Дәрістер

Суперскалярлық архитектура. Конвейер – бұл команда орындалуын бірнеше кезеңге бөлетін арнайы құрылғы. i486 бесқадамдық конвейер бар:

- кэш-жадынан не ОЖ команданы таңдау;

• 
  команданы декодтау;
  
• 
  жадыда операнд адресі анықталатын адресті генерлеу;
  
• 
  арифметикалық-қисын құрылғылар (АҚҚ) көмегімен амалдарды орындау;
  
• 
  нәтижені жазу.
  

Кэштеу – «біріңші деңгейлі кэш-жадында» код пен мәліметтердің сирек сақталауына байланысты жадының жұмыс қабілеттілігін көбейтетін тәсіл.

- 16 қолданушылық регистр;

- 16 жүйелік регистр.

Қолданушылық регистрлер.

Қолданушылық регистрлер аталуының себебі, программист оларды өзінің программасын құрастырғанда оларды қолдана алады. Бұл регистрлерге келесі жатады:

- сегіз 32-биттік регистр, олар мәліметтер мен адрестерді сақтау үшін қолданылады: eax/ax/ah/al, ebx/bx/bh/bl, ecx/cx/ch/cl, edx/dx/dh/dl, ebp/bp, esi/si, edi/di, esp/sp;

- алты сегменттік регистрлер: cs, ds, ss, es, fs, gs;

- қалып-күй және басқару регистрлер: eflags/flags флагтар регистрлері және eip/ip командаға нұсқағыш регистрлері.

Осы топтың барлық регистрлері өзінің «кіші» бөліктеріне қатынай алады.

• 
  eax/ax/ah/al - аккумулятор. Аралық мәліметтерді сақтау үшін қолданылады.
  

• 
  ebx/bx/bh/bl – базалық регистр. Жадыда бір объектінің базалық адресін сақтау үшін қолданылады.
  
• 
  ecx/cx/ch/cl - регистр - санауыш. Қайталанатын әрекеттерді орындайтын командаларда қолданылады.
  

• 
  edx/dx/dh/dl – мәліметтер регистрі. Аралық мәліметтерді қолдану үшін.
  

• 
  esi/si – түптек индексі, тізбек-түптекте элементтің ағымды адресін сақтайды;
  
• 
  edi/di – қабылдауыш индексі, тізбек-қабылдауышта элементтің ағымды адресін сақтайды.
  

• 
  esp/sp – стекке нұсқағыш регистрі, стектің ағымдағы сегментінде стек биіктігіне нұсқағыш бар;
  
• 
  ebp/bp – стек кадр базасына нұсқағыш регистрі.
  

Сегменттік регистрлер.

Микропроцессор аппаратты түрде сегмент деп аталатын үш бөлік ретінде программаның құрылымдық ұйымдастырылуын қамтамасыз етеді. Мұндай жадының ұйымдастырылуы сегменттік деп аталады. Сегменттерге көрсету үшін сегменттік регистрлер қолданылады.

Сегменттердің түрлері:

1. 
   Код сегменті. Программа командалары бар; cs – код сегменттік регистрі.
   
2. 
   Мәліметтер сегменті. Программа өңдейтін мәліметтер бар; ds – мәліметтердің сегменттік регистрі.
   
3. 
   Стек сегменті. ss – стектің сегменттік регистрі.
   
4. 
   Мәліметтердің қосымша сегменті.
   

Қалып-күй және басқару регистрлері.

Бұл регистрлерге келесі жатады:

• 
  eflags/flags флагтар регистрі;
  
• 
  eip/ip командаға нұсқағыш регистрі.
  

Флагтарды үш топқа бөлуге болады:

1. 
   Сегіз қалып-күй флагтары (арифметикалық не қисын командаларының нәтижелерін бейнелейді);
   
2. 
   df – басқару флагы. Флагтың мәні элемент бойынша бағытын анықтайды;
   
3. 
   Енгізу-шығаруды басқаратын бес жүйелік флагтар;
   

Қорғалған режимде сегменттер мен оның ішіндегі ығысулар қолданылады. Бірақ сегменттердің бастапқы адрестері сегменттік регистрлердің кестесінен алынады.

Қазіргі уақытта қолданылатын MS-DOS версиясы нақты режимде жұмыс істейді. Сонымен қатар, виртуалды жадыны басқаруға мүмкіндік бермейді.
Әдебиеті:

1 В. Юров, С. Хорошенко "Ассемблер". - С-П: "ПитерКом", 1999.

2 К. Г. Финогенов "Самоучитель по системным функциям MS-DOS".- М.:

"Радио и связь", 1995.

1 ЭЕМ-нің архитектурасы дегеніміз не?

2 Ассемблер тілінің қандай мүмкіндіктерін ата аласыз?

3 Микропроцессорда неше регистр бар?

4 Қорғалған режимде қандай элементтер қолданылады?

Тақырыбы 2 Жадыны ұйымдастыру. Ассемблерде қарапайым

программаны жасау.

Мақсаты: Жадыны ұйымдастыру принциптерімен таныстыру.

Дәріс сұрақтары:

1. Жадыны ұйымдастыру:

1. 
   адрестік кеңістікті үлестіру;
   
2. 
   жадының сегменттелген моделі;
   
3. 
   нақты режимдегі физикалық адрестің қалыптастыруы.
   

• 
  сегменттелген модель. Бұл моделде программа үшін жады бірнеше аймақтарға (сегменттерге) бөлінеді. Ал программаның өзі тек осы сегменттерде орналасқан мәліметтерге ғана қатынай алады.
  
• 
  беттік модель. 4 Кбайт өлшемдес блоктар жинағы ретінде қарастырылады.
  

• 
  нақты адрестер режимі (нақты режим). Бұл режимде i8086 жұмыс жасады.
  
• 
  қорғалған режим. Intel микропроцессор (і80286 бастап) моделінде кірістірілген барлық архитектуралық жобаларын жүзеге асырайды.
  
• 
  8086 виртуалды режимі. і8086 үшін жасалған программаларымен жұмыс істеу мүмкіндігін туғызады.
  

Адрестік кеңістікті үлестіру.

Адрестік кеңістіктің 640 Кбайты (00000h 9FFFFh дейін адрестермен) негізгі оперативті жадыға беріледі. Оперативті жадының бастапқы килобайты үзілімдер векторымен толтырылған (4 байт бойынша 256 векторлар). Үзілімдер векторының соңынан BIOS мәліметтер аймағы орналасқан (00400h 004FFh дейін адрестермен). BIOS мәліметтер аймағы компьютердің бастапқы жүктеу процессі кезінде ақпаратпен толтырылады.

Жад аймағы (500h адресімен) DOS жүйелік мәліметтермен толтырылған. Осының соңында IO.SYS және MSDOS.SYS файлдарынан жүктелетін операциялық жүйе орналасқан. Әдетінше, жүйе бірнеше ондық Кбайтты алады.

Егер CONFIG.SYS файлына DEVICE=... директивалары (ADM.SYS, SMARTDRV.SYS, ЕММ386.ЕХЕ, ANSI.SYS және т.б. драйверлердің жүктемесі) қосылса, онда олар жүйеден кейін жүктеледі. Драйверлерден төмен COMMAND.COM командалық процессордың резидентті бөлігі орналасқан. 3 Кбайтты алады.

Айтылып кеткен операциялық жүйенің компонеттері әдетінше 60-90 Кбайт алады. 640 Кбайт шекарасына дейінгі қалған барлық жады кез келген жүйелік немесе қолданбалы программалардың жүктемесі үшін бос болып келеді.

Адрестік кеңістіктің қалған 384 Кбайты (жоғарғы жады) тұрақты сақтау құрылғылары үшін арналған. Адрестік кеңістіктің соңында (F0000h – FFFFFh) BIOS негізгі ТСҚ (ПЗУ) орналасқан. Жоғарғы жады адрестік кеңістіктің бөлігі бейнебуферді адрестеу үшін беріледі.

PC/AT компьютерлер құрамына кеңейтілген жады кіреді және максималды көлемі процессордың адрестік шина еніне байланысты және 80286 процессорын пайдаланғанда 15 Мбайтқа дейін жету мүмкін. Ал, 80386/486 процесорлары үшін - 4 Гбайт. Бұл жады 100000һ адресінен басталады. Нақты қарағанда, машинада кеңейтілген жадының толық көлемі орнатылмайды, тек қана 2-3 Мбайт.

Кеңейтілген жадының (l00000h-тан 10FFEFh-қа дейін) біріңші 64 Кбайты үлкен жадының аймағы деп аталады (High Memory Area, НМА). Үнсіз келісім бойынша ЕММ386.ЕХЕ драйвері кеңейтілген жадының 128 Кбайтын UMB-ға алмастырып, C000... CFFF адрестері бойынша орналастырады.
Жадының сегменттелген моделі.

Сегменттелу – бұл бірнеше тәуелсіз адрестік кеңістіктердің бір есеп шекарасында ғана емес жалпы жүйеде бар болуымен қамтамасыз ететін адрестеу механизмі. Сегменттелу механизмінде мынадай сегмент түсінігі бар. Сегмент тәуелсіз және аппаратты деңгейде жады блогымен қамтылған.

Сегменттің ішінде программа сегмент басына қатысты адрестеріне қатынайды. Яғни 0-мен басталып сегмент өлшеміне тең адресімен аяқталады. Микропроцессор мәліметтерге қатынаған кезде қолданылатын қатысты адрес эффективті деп аталады.
Нақты режимдегі физикалық адрестің қалыптастыруы.

Физикалық жадының адрестеу механизмінде келесі сипатамалары бар:

• 
  0-ден 1 Мбайтқа дейін диапазонында физикалық адрес өзгертіледі;
  
• 
  сегменттің максималды өлшемі 64 Кбайт;
  

Ең алдымен алгоритмін құрастырамыз. Клавиатурадан ақпаратты енгізу және оны экранға шығару символдық түрде жүзеге асырылады. Бұл ақпараттың кодтауы ASCII кестесіне сәйкес келеді. Егер сандармен жұмыс жүргізілсе, онда символдық ақпаратты машиналық командаларымен қамтамасыз етілетін форматқа түрлендіру қажет. Осындай түрлендіруден кейін қажет есептеулерді жүргізіп, нәтижені қайтадан символдық түрге ауыстыру керек. Содан соң ақпаратты мониторға шығару керек.

1. 
   0...9 оналтылық цифрлері үшін ASCII код сәйкесінше екілік көріністен айырмашылығы бар. Сондықтан ASCII кодын түрлендіру үшін екі жол бар:
   

1. 
   екілік алу амалын орындау: (ASCII код)h – 30h
   
2. 
   ASCII кодында 16-лық цифрімен байттың үлкен тетрадасын нөлге келтіру.
   

2. 
   Түрлендіру алгоритмі 16-лық цифрлердің жолдық және қолмен жазылған әріптік символдары айыру қажет. Және ASCII кодының мәнін 37һ немесе 67һ шамаларына дұрыстау керек.
   

1 В. Юров, С. Хорошенко "Ассемблер". - С-П: "ПитерКом", 2009.

2 К. Г. Финогенов "Самоучитель по системным функциям MS-DOS".- М.:

"Радио и связь", 2005.

1 Микропроцессор аппаратты түрде оперативті жадыны қолданудың неше

моделдерімен қамтиды?

2 Адрестік кеңістік дегеніміз не?

3 Физикалық жадының адрестеу механизмінде қандай сипаттамалары бар?

Тақырыбы 3 Ассемблерде программа құру.

Мақсаты: Ассемблерде программа құру принциптерімен таныстыру.

Дәріс сұрақтары:

1. Трансляция, құрастыру, TurboDebugger жөндеуіші

2. .ЕХЕ және .СОМ түрдес программалар жады мен құрылымы.
1. Төмеңгі деңгей тілдеріне Ассемблер тілі жатады. Өз атауын Ассемблер жүйелі программаның атынан алды. Бұл программа ағымды программаларды машина командаларының кодтарына айналдырады. «Ассемблер» термині assembler (бір бүтінге бөліктерді жинау) ағылшын сөзінен шыққан.

Бастапқы программада немесе бастапқы модульде операторлар бөліктер ретінде қызмет жасайды, ал құрастыру нәтижесі – объект модуль ретіндегі машина командалар тізбегі. Құрастыру процессі ассемблерлеу немесе аудару (трансляция) деп аталады (Сурет 1 қараңыз).

Листинг элементтерінің трансляциясын байқайық (Сурет 2 қараңыз).