Interface Matériel Logiciel I. Le Langage Machine

Introduction aux systèmes Informatiques:
Interface Matériel Logiciel
(A3- 2016/2017)
Léon Mugwaneza
Polytech’ Marseseille/Dépt. Informatique
(bureau A118)
[email protected]
I. Le Langage Machine
Exemple : le MIPS R2000 (Architecture MIPS-I)

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MIPS R2000
• MIPS : Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages
– Issu d’un projet de l’université de Stanford
 Architecture MIPS-I (1985)
• Machine 32 bits
– registres de 32 bits (mots de 32 bits)
– little endian ou big endian par configuration
– les instructions sont codées sur un mot et s’exécutent (pour la
plupart) en 1 cycle ==> machine RISC
• Architecture load/store
– machine à registres adressables où seules 2 «instructions» (load et
store) accèdent à la mémoire
» le mot du MIPS est suffisamment large (et le codage suffisamment
«bien fait») pour pouvoir spécifier 3 registres dans certaines
instructions

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Les registres (1/2)
• 32 registres généraux, mais convention de programmation
– $0 ($zero) vaut toujours 0 (donc 31 registres généraux !)
– $1 ($at - assembler temporary) est réservé à l’assembleur
– $2 ($v0) et $3 ($v1) sont destinés à contenir les résultats des fonctions
– $4 à $7 ($a0 à $a3) sont destinés au passage des paramètres
– $8 à $15, $24 et $25 ($t0 à $t9) : temporaires non sauvegardés par les appels de
procédures
– $16 à $23, ($s0 à $s7) : temporaires sauvegardés
– $26 et $27 ($k0 et $k1) sont réservés au noyau du SE (Kernel)
– $28 ($gp) : pointeur sur les données globales (Global Pointer)
– $29 ($sp) : pointeur de pile (Stack Pointer)
– $30 ($fp) : pointeur sur l’environnement d’une fonction (Frame Pointer)
– $31 ($ra) est utilisé à l’appel d’une fonction pour sauvegarder l’adresse de
retour (Return Address)
 Les conventions de programmation sont destinées au programmeur
(et surtout au compilateur) et ne sont pas une contrainte du matériel
(pour la plupart des registres)
 Elles permettent d’utiliser des procédures compilées séparément

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Les registres (2/2)
• registres spécialisés
– le compteur ordinal (PC - Program Counter)
– deux registres Hi (High) et Lo (Low) utilisés (implicitement) par les
instructions de multiplication et division entre entiers
– des registres de contrôle regroupés dans le coprocesseur 0 (jusqu’à 32
pour les versions supérieures). Signalons :
» $12 : le registre d’état (status) (contient le masque d’interruptions, le mode
du processeur, … )
» $13 : le registre cause de l’exception (cause)
» $14 : le registre contenant l’adresse de l’instruction qui a causé l’exception
(EPC - Exception PC)
» $8 : le registre contenant l’adresse mémoire qui a causé une violation de
protection mémoire (BadVAddr - Bad Virtual Address)
– Les registres du coprocesseur flottants (coprocesseur 1)
» 32 registres de 32 bits ($f0 à $f31) utilisés comme 16 registres simples
précision (on n’utilise que les 16 registres de no. pairs), et 16 registres
double précision (par jeu de 2 registres)
» 1 flag code condition pour les instructions de comparaison des flottants

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Formats des instructions
• Format I : utilisé pour des instructions qui manipulent des
constantes, load et store (le déplacement est une constante), et
les instructions de branchement qui utilisent un déplacement
par rapport au compteur ordinal
• Format J : utilisé pour les instructions j et jal (voir plus loin)
• Format R : utilisé pour toutes les autres instructions
– R
– I
– J Op (6)
31 26 0 25
target address (26 bits)
op (6)
31 26 0 15 16 20 21 25
rs (5) rt (5) Immediate (16)
op (6)
31 26 0 15 16 20 21 25
rs(5) rt(5) rd(5)
5 6
10
11
funct(6)
shamt(5)