Introducción al Lenguaje Ensamblador: Operaciones de la Unidad Aritmético-Lógica (ALU), Apuntes de Ingeniería de Telecomunicaciones

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Instrucciones: El lenguaje del

computador

Katia Leal Algara

[email protected] http://gsyc.escet.urjc.es/~katia/ Departamento de Sistemas Telemáticos y Computación (GSyC)

q Instrucciones : son las palabras que entiende el ordenador q Juego de instrucciones : vocabulario de comandos entendido por una determinada arquitectura q Los lenguajes que hablan los distintos computadores son muy similares q El principal objetivo de un diseñador de computadores es: encontrar un leguaje cuyo hardware y compilador sean sencillos de construir y que al mismo tiempo maximice el rendimiento y minimice el coste y la potencia Introducción El lenguaje del computador

q Von Neumann explicó que una ALU es un requisito fundamental para una computadora porque está garantizado que ésta tendrá que efectuar operaciones matemáticas básicas, incluyendo adición, sustracción, multiplicación, y división Operaciones del hardware del computador: ALU Operaciones aritméticas

q Opera sobre los datos de una instrucción

q Tipo de operaciones: desplazamiento,

lógicas y aritméticas

q En la mayoría de los casos, es un simple

sumador-restador

q Entonces, ¿cómo pueden realizar tantas

operaciones diferentes?

q Descomposición en pasos elementales q Ejecutar rápidamente esos pasos Operaciones del hardware del computador: ALU Unidad artimético-lógica

q Circuito capaz de realizar:

q Operaciones aritméticas de números enteros : sumas, restas, multiplicación y división q Operaciones lógicas de bits : AND, NOT, OR, XOR, NOR q Operaciones de desplazamiento de bits : desplazar o rotar, a izquierda o a derecha, con o sin extensión de signo Operaciones del hardware del computador: ALU Tipos de operadores

Operaciones del hardware del computador: ALU Aspecto de un operador

q Pueda sumar y restar seleccionando la operación mediante la señal de control S/R q A-B consiste en cambiar el signo de B y luego sumar los dos operandos q El cambio de signo dependerá del formato de representación q El Complemento a 2 de B es igual a B + 1 q ¿Valor de S/R para realizar una suma? ¿y una resta? Operaciones del hardware del computador: ALU Sumador-Restador paralelo en Ca

q Sumador-restador + algoritmo q Sólo máquinas muy potentes cuentan con un operador específico Algoritmos q Multiplicación binaria sin signo q Algoritmo de suma-desplazamiento q Algoritmo de sumas y restas q Multiplicación binaria con signo q Algoritmo de Booth q Multiplicadores combinacionales: q Más rápidos pero más complicados q Sólo en máquinas para cálculo matemático intensivo Operaciones del hardware del computador: ALU Operación de multiplicación

add a, b, c

q MIPS emplea una notación rígida:

q Cada instrucción aritmética realiza una única operación q Siempre tiene tres variables

q Si queremos sumar b, c, d y e en a:

add a, b, c #Esto es un comentario

add a, a, d

add a, a, e

q Cada línea de este lenguaje contiene una

única instrucción

Operaciones del hardware del computador Ejemplo operación aritmética

add a, b, c q El hardware para un número variable de operandos es más complicado que el hardware para un número fijo q Cuatro principios de diseño del hardware Principio de diseño I : La simplicidad favorece la estabilidad Operaciones del hardware del computador Principios de diseño del hardware

f = (g + h) - (i + j); q¿Qué genera el compilador de C? add t0, g, h # t0? add t1, i, j # t1? sub f, t0, t1 # f? Operaciones del hardware del computador Compilando una sentencia compleja de C en MIPS

qDada una determinada función, ¿en qué lenguaje de programación contendrá más líneas de código? q Java q C q MIPS Operaciones del hardware del computador Pregunta

q A diferencia de las variables de un programa, los registros tienen un número limitado q En MIPS hay 32 registros de 32 bits q Esta limitación en el número de registro viene impuesta por el:

Principio de diseño II : Más pequeño es más

rápido

q Un mayor número de registros supone incrementar el ciclo de reloj puesto que a las señales electrónicas les lleva más tiempo recorrer distancias más largas Operandos del hardware del computador Operandos y registros

q En lugar de números, la convención MIPS

utiliza el símbolo dólar seguido de dos

caracteres para representar un registro

q Por ejemplo:

q $s0 , $s1, … para registros que

almacenan variables de programas en C

o Java, registros estáticos

q $t0 , $t1, … son registros temporales

necesarios para compilar un programa

en instrucciones MIPS

Operandos del hardware del computador Operandos y registros