Cours 9 - Université Laval

Ordinateurs, Structure
et Applications
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Cours 9, Branchements et Pile
Etienne Tremblay
Université Laval, Hiver 2012
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Cours 9, p.1
Énoncés conditionnels et sauts, principe
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L’instruction JMP Address permet de mettre IP à la valeur désignée par
Address. JMP permet un saut à l’intérieur du code segment.
Comme les adresses des instructions sont difficiles à retenir et qu’elles
peuvent changer lorsque le programme change, des labels ont été inventés.
Un label est une étiquette remplaçant l’adresse d’une instruction.
L’instruction JMP exécute un saut inconditionnel.
Les instructions JZ, JC, JS exécutent des sauts conditionnels. Elles
changeront la valeur de IP si les drapeaux ont la valeur appropriée. Si les
drapeaux n’ont pas la bonne valeur, l’instruction est ignorée et la prochaine
instruction est exécutée. Par exemple, JZ MonLabel sautera à l’instruction
indiquée par MonLabel si le drapeau Zéro est à 1.
L’instruction CMP A,B a le même effet qu’une soustraction sur les drapeaux,
mais elle ne change pas la valeur de A. Cette instruction est utile pour créer
des énoncés conditionnels du genre if(A != B). if(A != B) se traduirait par
CMP A,B, suivi de JNZ CodeAExecuterSiVrai.
La plupart des instructions de saut n’utilisent qu’un drapeau. Cependant,
certaines comparaisons (<,>) requièrent des tests sur deux drapeaux (Zéro
et (Overflow OU Carry)).
Les drapeaux utilisés pour évaluer une condition peuvent être différents si
les nombres comparés sont signés ou non-signés. Voir JG, JLE, JA…
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Cours 9, p.2
Instructions de saut (1 drapeau seulement)
JZ
Saut si zéro.
JNZ
JE
Saut si égal.
JC
Saut si Retenue (inférieur).
JNC
JB
Saut si inférieur.
JNB
JNAE
Saut si ni supérieur ni égal.
CF = 1
JAE
JS
Saut si signe négatif.
SF = 1
JNS
JO
Saut si débordement.
OF = 1
JNO
JPE
Saut si parité paire.
JP
Saut si parité.
PF = 1
JPO
JNZ
Saut si pas zéro.
JNE
Saut si différent.
JNC
Saut si pas de retenue.
JC
JNB
Saut si pas inférieur.
JB
JAE
Saut si supérieur ou égal.
CF = 0
JNAE
JNS
Saut si aucun signe (positif).
SF = 0
JS
JNO
Saut si pas de débordement.
OF = 0
JO
JPO
Saut si parité impaire.
JNP
Saut si pas de parité.
ZF = 1
JNE
JZ
ZF = 0
JE
JPE
PF = 0
JP
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Cours 9, p.3
Exemple de boucle
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Le code qui suit est un exemple de calcul de factoriel (Le nombre doit être
entre 0 et 8! = 40320 afin d’éviter un Overflow. Le nombre est dans CX au
début et la résultat est dans AX à la fin. Les registres BX et DX sont
modifiés par le programme.
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Cours 9, p.4
Sauts relatifs, absolus et indirects
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L’instruction JMP Address est compilée comme étant une instruction
qui change IP par rapport à sa valeur actuelle: JMP Address est une
instruction qui effectue IP = IP + X, X étant la différence entre
l’adresse de l’instruction JMP Address et l’adresse de la destination
du saut. On parle de saut relatif (à la valeur de IP) parce que le
paramètre Address ne désigne pas une adresse de la mémoire,
mais plutôt un déplacement par rapport à l’adresse actuelle.
Un saut absolu est un saut dans lequel l’adresse de la destination
est indiquée entièrement dans l’instruction de saut (IP = adresse).
Les sauts absolus sont rares par rapport aux sauts relatifs: ils
prennent plus d’espace mémoire (il faut plus de bits pour décrire une
adresse absolue qu’un déplacement) et ils diminuent la modularité
du code.
L’instruction JMP Address est une instruction de saut direct: la
destination du saut est fixe et définie à même l’instruction. Le 8086
permet des sauts indirects, c’est-à-dire des sauts dont l’adresse de
destination est définie par un registre (exemple: JMP AX). Les sauts
indirects permettent d’implémenter plusieurs éléments des langages
de haut niveau comme les “switch case” ou les pointeurs de
fonction.
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Cours 9, p.5
La pile et les sous-routines
• Voir le document de monsieur Philippe Leray, INSA
(ASI) de Rouen: Pile_SousRoutines_Ints.pdf
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Tous les langages de programmation permettent de construire des
sous-routines, c’est-à-dire des fonctions qui peuvent être appelées
de plusieurs endroits dans le code. Les sous-routines permettent
d’éviter la duplication de code lorsque des opérations identiques
sont effectuées à des endroits différents dans un programme.
En assembleur 8086, une sous-routine est appelée avec
l’instruction CALL (exemple CALL MaFonction). L’instruction CALL
a deux effets:
– Sauvegarder l’adresse de retour sur la pile
– Changer IP (IP = adresse de MaFonction)
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En assembleur 8086, une sous-routine est habituellement terminée
par l’instruction RET. L’instruction RET a deux effets:
– Récupérer l’adresse de retour sur la pile
– Changer IP (IP = adresse de retour)
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L’adresse de retour est l’adresse de l’instruction qui suit l’instruction
CALL.
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Cours 9, p.6
La pile et les sous-routines
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Voir le document de monsieur Philippe Leray, INSA (ASI) de
Rouen: Pile_SousRoutines_Ints.pdf
La pile est une structure de donnée qui permet d’empiler et de
dépiler des données. Le pile est un espace de la mémoire qui est
géré comme une pile de feuilles: mettre ou retirer une donnée se
fait toujours à partir du dessus de la pile.
L’instruction PUSH permet de mettre une donnée sur la pile.
L’instruction PUSH met 2 octets sur la pile.
L’instruction POP permet de récupérer une donnée de la pile.
L’instruction POP retire 2 octets de la pile.
La pile du 8086 est une pile descendante: les données sont
empilées du haut de la mémoire vers le bas de la mémoire. La pile
est construite ainsi parce que les instructions et les données d’un
programme sont habituellement dans le bas de la mémoire et la
pile, dans le haut de la mémoire.
Le registre SP (Stack Pointer) désigne l’adresse du dessus de la
pile. Il est modifié automatiquement par le microprocesseur lors de
PUSH, POP, CALL, RET et autres instructions qui utilisent la pile.
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Cours 9, p.7
La pile et les sous-routines
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Voir les supports de monsieur Philippe Leray, INSA (ASI) de Rouen:
Pile_SousRoutines_Ints.pdf
Des mots réservés permettent de déclarer une procédure: ces mots
permettent de rattacher une étiquette ou un nom de fonction à l’adresse
d’une sous-routine.
Plusieurs sous-routines ou fonctions reçoivent des paramètres d’entrées et
produisent un résultat: par exemple la sous-routine Moyenne reçoit des
nombres en entrée et retourne la moyenne en sortie. En assembleur, il y a
plusieurs façons de passer des paramètres: par registre, par la pile et par
variables globales.
– Passage de paramètres par registre: les valeurs traitées par la fonction et le
résultat du calcul sont dans des registres prédéterminés.
– Passage de paramètres par la pile: les valeurs traitées par la fonction et le
résultat du calcul sont placés sur la pile à des endroits relatifs au pointeur de
pile, prédéterminés.
– Passage de paramètres par variable globale: les valeurs traitées par la fonction
et le résultat du calcul sont placés dans la mémoire à des endroits
prédéterminés.
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Les paramètres d’une fonction peuvent être des valeurs ou bien des
adresses. Lorsque les paramètres sont des adresses, on parle de passage
de paramètres par référence.
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Cours 9, p.8
Macros
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Une macro est une série d’instructions prédéfinies, à l’instar d’une sousroutine.
Lors du pré assemblage, le code contenu dans la macro est copié à tous les
endroits où apparaissent la macro alors que le code d’une sous-routine n’est
habituellement qu’à un seul endroit de la mémoire.
Il est possible de voir une macro comme une constante, mais pour du code:
lors du pré assemblage, les constantes sont remplacées par leur valeurs et
les macros sont remplacées par des instructions.
Les macros servent à éviter de écrire plusieurs fois du code qui revient
souvent dans le programme mais pour lequel on ne veut pas faire de
procédure afin de gagner du temps de calcul (éviter l’appel de la procédure ,
le passage de paramètres,, etc.). Comme le code contenu dans une macro
est copié pour toutes les instances de la macro, un programme avec des
macros sera habituellement plus gros qu’un programme avec des
procédures.
L’instruction pour définir une macro est:
– nom MACRO [paramètres,...]
• <instructions>
– ENDM
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Cours 9, p.9
Exemple de macro
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Le programme qui suit met d’abord 1, 2 et 3 dans AX,BX et CX
respectivement. Ensuite, il met 4, 5 et DX dans AX,BX et CX
respectivement.
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MyMacro MACRO p1, p2, p3
– MOV AX, p1
– MOV BX, p2
– MOV CX, p3
ENDM
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ORG 100h
MyMacro 1, 2, 3
MyMacro 4, 5, DX
RET
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Cours 9, p.10
Instructions d’I/Os (IN, OUT)
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Le 8086 peut accéder à 64K adresses pour les I/Os (Registres de 16bits!!!)
Le processus pour accéder aux I/Os est le même à l’intérieur de l’ordinateur
que pour accéder à la mémoire: les mêmes lignes d’adresse sont utilisées
(du moins 16 sur 20), les mêmes lignes de données sont utilisées et les
lignes de lecture/écriture servent dans les deux cas. Une ligne additionnelle
M/IO* sert à déterminer si la mémoire ou des I/O sont adressés.
Pour accéder à un périphérique, les instructions IN et OUT sont utilisées. IN
et OUT ont deux opérandes (adresse de I/O –port- et destination/source.
Adresse peut être une valeur immédiate de 8bits ou le registre DX (16bits).
– Notez que l’opcode de IN ou de OUT n’a qu’un seul paramètre (le port choisi) ou
aucun. AX ou AL est toujours utilisé comme source ou destination. Lorsqu’on
veut spécifier un port avec un registre, DX est automatiquement choisi. En raison
de son implémentation dans le 8086, seuls AX et DX peuvent être utilisés avec IN
et OUT.
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Exemples:
– IN dst, adresse
• IN AL, 10
• IN AX, DX
;Met dans AL les 8 bits donnés par l’I/O à l’adresse 10d.
;Met dans AX les 16 bits donnés par l’I/O à l’adresse
pointée par DX
– OUT adresse, src
• OUT 4, AX
• OUT DX, AL
;Met les 16 bits de AX dans l’I/O à l’adresse 4.
;Met les 8 bits de AL dans l’I/O à l’adresse pointée par DX.
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Cours 9, p.11
Références et exercices
• Références
– Irv Englander: chapitre 7 (7.8 plus particulièrement), chapitre 12
(jusqu’à la page 351).
– http://www.commentcamarche.net/asm/assembleur.php3
– http://www.ifrance.com/zarbi-os/DOCS/chap2.htm (très bon
résumé)
– Didacticiel de EMU8086
– datasheet du 8086 sur le site web du cours
– Pile_SousRoutines_Ints.pdf de monsieur Philippe Leray
• Exercices
– Lire le didacticiel de EMU8086
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Cours 9, p.12
Annexe A: Autres Microprocesseurs
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Le 8086 supporte des instructions qui accède à la mémoire tout en faisant des
opérations mathématiques. Dans la plupart des microprocesseurs modernes, seules
les instructions LOAD et STORE permettent de lire ou écrire la mémoire. Cela
simplifie grandement le design du microprocesseur et permet un pipeline
d’instructions fonctionnel.
La plupart des microprocesseurs modernes supportent des instructions arithmétiques
avec trois opérandes. Par exemple, ADD R1, R2, R3 permettra d’effectuer R1 = R2 +
R3.
Les instructions de saut conditionnel du 8086 utilisent les drapeaux de l’ALU. Dans la
plupart des microprocesseurs, l’approche utilisée est de tester un registre. À la place
de CMP AX, 0 suivi de JZ qqpart, on retrouvera, par exemple, BZ AX, qqpart. BZ AX,
qqpart signifie: effectue un Branchement vers qqpart si AX est Zéro.
Lorsque le 8086 appelle une fonction avec l’instruction CALL, l’adresse de retour est
mise automatiquement sur la pile par le microprocesseur. Pour éviter cet accès
mémoire, plusieurs microprocesseurs mettent l’adresse de retour dans un registre, le
registre de lien, plutôt que sur la pile. C’est au programmeur de sauvegarder le
registre de lien sur la pile si sa fonction appelle d’autres fonctions.
Les instructions In et Out activent la broche M/IO*. Cette broche sert à distinguer les
adresses de mémoire des adresses de périphériques de telle sorte que l’adresse 0
peut désigner le premier mot de la mémoire ou le premier port de périphérique. Dans
plusieurs systèmes ayant plus d’adresses (32 bits!), la mémoire et les périphériques
partagent le même espace d’adresses: la même instruction (LOAD ou MOV) permet
de lire indifféremment à la mémoire ou un périphérique, en fonction de l’adresse
choisie.
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Cours 9, p.13