LU-MOP-b

From DiLab

Jump to: navigation, search

Mašīnorientētā programmēšana (MOP)

LU DF bakalaura studiju kurss DatZ4017, meklēt eStudijās.


  • Pasniedzējs: Leo Seļāvo (epasts: vards.uzvards @ gmail.com)
  • Komunikācija ar pasniedzēju iespējama gan kursa forumā, gan pa epastu, vai arī iepriekš sarunājot, klātienē.


Kursa mērķis

Kursa mērķis ir iepazīstināt ar zema līmeņa programmēšanu Asemblerā, lietojot ARM platformu kā konkrētu izstrādes mērķa vidi. Asemblera instrukcijas ir aparatūrai tuvākās procesora izpildes komandas, līdz ar to kursā tiek stāstīts arī par to, kā darbojas procesors un cita aparatūra, kādi ir tā resursi, un kā to ietekmēt ar Asemblera programmām. Tiek apskatīts arī kā veidot saskarni starp Asembleru un augstāka līmeņa programmām, tai skaitā C.

Šis ir nopietns kurss ar būtisku slodzi. Piemēram, varat iepazīties ar to, kā iepriekšējie studenti vērtējuši šo kursu: MOP-m kursa atsauksmes 2013. Veiksmi šajā gadā.

Vērtējums

Gala vērtējums kursā veidosies no sekojošiem faktoriem:

  • Dalība kursā: jautājumi, atbildes, un diskusijas, tai skaitā kursa komunikācijas vietnē.
  • 15% - mazie kontroldarbi (MK: 1+3+3+8)
  • 35% - mājas darbi (MD: 15+20)
  • 25% - semestra vidus kontroldarbs (KD1)
  • 25% - eksāmens (EX). Eksāmena forma: kursa projekts vai rakstisks.


Lai saņemtu sekmīgu vērtējumu kursā, jāsavāc vismaz 40% kopā par visiem kursa darbiem, un jānoliek eksāmens ar vērtējumu vismaz 40%. Tātad, ar eksāmenu vien nepietiek, jāpilda arī citi darbi.

Akadēmiskā goda sistēma - noteikumi, kuriem jums kā studentiem jāpiekrīt lai varētu sekmīgi piedalīties šajā kursā.

Kalendārs

Datums, nedēļa Kursa saturs Uzdevumi

06.02.2017.

Ievads kursā (lekcija). Kursa prasības un uzdevumi. (Slaidi)

Uzdots MD0 mājas darbs, pieejams no pieejams no eStudijām.

13.02.2017.

Iegultās un mazo procesoru sistēmas. ARM arhitektūra. Mācību izstrādes vide. (Slaidi)

20.02.2017.

  • Sešpadsmitnieku un citas skaitīšatas sistēmas datoriem.

(Slaidi) Pārveidojumi starp dažādām sistēmām, aritmētiskās darbības. Biti, baiti, vārdi, nibbles.

  • Skaitļu attēlošana papildkodā.

(Slaidi)

MD0 termiņš

27.02.2017.

Procesora uzbūve. Operatīvā atmiņa. Procesora un atmiņas sadarbība. Adreses. Reģistri. Procesora režīmi.

Programmu izstrādes vide. Serveris praktiskajiem darbiem ("asm1").

Mazais kontroldarbs MK1 un MK2!

06.03.2017.

Programmu izstrādes vide un darba plūsma.

13.03.2017.

Komandu pieraksts, aritmētiskās un bitu operācijas.

Pasludināts MD1.

20.03.2017.

Vadības maiņas komandas, testi, bitu operācijas.

27.03.2017.

Adresācijas režīmi, darbs ar atmiņu.

  • MK3 (pieejams eStudijās no 16:00 līdz 23:59)
  • Pasludināts MD2.

03.04.2017.

Virtuāla lekcija (klasē nenotiek). Ko darīt:

  • Apgūt videomateriālu līdzšinējām lekcijām (estudijās)
  • MD1 skaņošana un pabeigšana (termiņš).
  • Darbs pie MD2
  • Gatavošanās lielajam KD.
  • Termiņš MD1 23:59.59

10.04.2017. - 17.04.2017.

Lieldienu brīvdienas


24.04.2017.

Apakšprogrammu izsaukumi, saskarne ar "C".

Simboliskie dati, kodu tabulas.

  • Termiņš MD2 23:59
  • Lielais kontroldarbs KD1

08.05.2017.

Izteiksmes un makro valoda.

  • Pasludināts kursa projekts KP.

15.05.2017.

Iekļautais asemblers.

Programmatūras izstrādē lietoto rīku darbības principi.

KD1 noskaņto programmēšanas uzdevumu iesniegšanas termiņš līdz 23:59.

22.05.2017.

Koda optimizācijas.

Instrukciju izpildes laiki.

Sistēmas sāknēšana, priviliģētās operācijas.

29.05.2017.

Kursa vielas pārskats.

  • Termiņš eksāmena formas izvēlei KD/KP (23:59)
  • Termiņš visiem iesniedzamajiem darbiem izņemot KP (23:59)

13.06.2017.

10:30 16.aud. Eksāmens - Kontroldarbs KD2

KD2 noskaņtā programmēšanas uzdevuma iesniegšanas termiņš līdz 23:59.

13.06.2017.

10:30 16.aud. Eksāmens - termiņš kursa projektam

 

Pārbaudījumi

Tipiskas kļūdas pārbaudījumos:

  • Ja prasīts izvadīt tikai rezultātu, tad TIKAI rezultātu. Piemēram "17" nevis "summa=17".
  • Uzdevumu iesniedzamo direktoriju vārdi ir "case sensitive". Piemēram, ja prasība ir "md1", tad "MD1" tiks ignorēta.


MK1

Skaitļu formāti un pārveidošana: decimālā, heksadecimālā, oktālā, binārā.

MK2

Skaitļi ar zīmi, divnieka papildkodā, to pārveidošana.

MK3

Asemblera pirmkoda lasīšana un izpratne. Sekot neliela koda fragmentam un noteikt reģistru vērtības pēc tā izpildes.

MD1

Aritmētiskās progresijas summa (apraksts).

MD2

Matricu reizināšana (apraksts).


KD1

Isumā, KD1 paredzami jautājumi un jūsu atbildes, kā arī programmēšanas daļa 1-2 nelieliem uzdevumiem.

Sīkāki komentāri:

Kontroldarba tēmas ir visas lekcijas līdz kontroldarba datumam.

Kontroldarbā paredzami uzdevumi, kas balstīsies gan uz koda izpratni, gan arī programmu rakstīšana asemblerā.

Piemērs kontroldarbam varētu būt sekojošs:

  1. Dots pirmkoda listings ar datu definīcijām. Uzrakstīt, kādās adresēs kādi dati atradīsies. Jāsaprot gan direktīvas pirmkoda izlīdzināšanai, gan datu tipi, tai skaitā simboliskie, piemēram, ascii un asciz, short, word, un tamlīdzīgi.
  2. Dots pirmkods asemblerā (apmēram 8-15 rindiņas) un dažu reģistru saturs. Izsekot programmai un uzrakstīt kāds būs reģistru saturs pēc programmas izpildes. Jums jāatpazīst līdz šim apskatītās instrukcijas, tai skaitā MOV varianti, aritmētiskās, vadības kontroles (piem. BX), steka operāciju instrukcijas (piem. LDMFD), un parējās par ko runāts slaidos un video materiālā. Katram studentam uzdevums atšķirsies.
  3. Uzrakstīt no C izsaucamu asemblera funkciju, kas apstrādā tai padotos datus īpašā veidā.
  4. Uzrakstīt specifisku funkcijas kodu asemblerā kas lietojot "printf" izsaukumu (saskarne ar C, kā lekcijās) izvada tās rezultātu.

Komentāri par 3. un 4.: Kontroldarba laikā netiek sagaidīts, ka jūs pilnībā uzrakstīsiet šo kodu. Tā vietā tiek sagaidīts, ka jūsu rakstītais kods parādīs, ka jums ir skaidrs plāns kā rakstīt šādas programmas, un kā rakstīt saturīgu kodu asemblerā. Savukārt, pēc kontroldarba tiks dots laiks (vismaz nedēļa) lai šīs programmas uzrakstītu līdz galam, un noskaņotu. Tad tās tiek iesniegtas un vērtētas tā pat kā mājas darbi. Termiņi jau ir kursa wiki kalendārī.

Asemblera iemaņas 3. un 4. uzdevumiem nepārsniegs kursā apskatītās tēmas. Cerams, ka mājas darbu pildīšanas laikā būsiet guvuši vērtīgu pieredzi. Bez tās gan būs pagrūti.

Kontroldarba laikā nav aizliegts lietot literatūru. Savukārt, datoru lietot nav atļauts. Šeit es paļaujos uz jūsu goda prātu, kā arī uz Akadēmiskā goda sistēmu.

Kontroldarba izpildei paredzētas 90 minūtes, tā pat kā lekcijas garums LU DF (2x45min).

Pirmā kontroldarba rezultātu uzlabošanas iespēja

KD1 bija divi programmēšanas uzdevumi (3. un 4.). Jums iespēja uzlabot savu rezultātu par šiem uzdevumiem iesniedzot tos elektroniski, līdzīgi kā MD1.

3. uzdevums

Uzrakstīt no “C” izsaucamu ARM asemblera funkciju,

int replace(char *T, char *S0, char *S1);

kas tai padotā simbolu virknē T (patvaļīga garuma, noslēgta ar 0x00 baitu) meklē burtus no parametra "S0" un tos aizstāj T virknē ar simbolu no parametra "S1" (S0 un S1 arī ir simbolu virknes). Aizstāšana ir atkarīga no simbolu pozīcijas S0 un S1 virknēs: ja atrasts n-tais simbols no S0, tas jāaizstāj ar n-to simbolu no S1. Arī S0 un S1 ir noslēgtas ar 0x00 baitu. Funkcija vienmēr atgriež 0.

Piemēram: prog3("ELITE", "IELA","1374") izmainīs pirmo virkni uz "371T3". Pārējos simbolus jāatstāj neskartus.

Funkcija testējama izsaucot to no C valodā rakstītas funkcijas main().

Parametri uzdevuma testēšanai, tātad main() funkcijai, ir trīs simbolu virknes bez tukšumiem un pēdiņām:

  • apstrādājamā virkne (bez tukšumiem)
  • meklējamo simbolu virkne
  • aizvietotāju simbolu virkne

Programmai main() jāizdrukā apstrādātā simbolu virkne (un nekas cits).

Piemēram, programmas izsaukums ar šādām virknēm dod sekojošu rezultātu

$> kd1u3 ELITE IELA 1374
371T3

Asemblera funkcijas nosaukums un specifikācija tieši tā, kā augstāk minēts.

Risinājumu failus kd1u3.s, kd1u3.h un kd1u3_main.c iesniegt direktorijā

~/kd1u3

4. uzdevums

Uzrakstīt no “C” izsaucamu ARM asemblera funkciju

int list_special(unsigned int N);

kas, lietojot C bibliotēkas funkcijas printf() izsaukumu ar formāta virkni "%x\n" (formāts norāda heksadecimāla skaitļa izvadu), drukā visus "īpašos" naturālos skaitļus no 1 līdz N.

Par "īpašiem" sauc tos skaitļus, kuru heksadecimālajā pierakstā ar S cipariem kreiso int(S/2) ciparu summa ir vienāda ar ciparu summu labējiem int(S/2) cipariem. Skaidrībai, visi vien-cipara skaitļi ir īpaši.

Piemēram, skaitlis "1A65" ir īpašs.

Funkcija testējama izsaucot to no C valodā rakstītas funkcijas main().

Parametri uzdevuma testēšanai - main() funkcijai ir decimāls skaitlis N (kā simbolu virkne). Programmai jāizdrukā atrastie skaitļi līdz N, katrs savā rindā, un nekas cits. Tos drukā jūsu asemblera programma, izmantojot printf() saskaņā ar uzdevuma nosacījumiem. Pati main() funkcija neko neizdrukā, bet atgriež 0.

Funkcija list_special vienmēr atgriež 0.

Asemblera funkcijas nosaukums un specifikācija tieši tā, kā augstāk minēts.

Risinājumu failus kd1u4.s, kd1u4.h un kd1u4_main.c iesniegt direktorijā

~/kd1u4

KD2

Jautājumi un atbildes, kā arī programmēšanas daļa nelielam uzdevumam.

9. KD2 programmēšanas uzdevums un iesniegšana

Uzrakstīt no “C” izsaucamu ARM asemblera funkciju

int erase_if_found(char *str, char *set)

kas saņem divas ar 0x00 baitu noslēgtas virknes un dara sekojošo. Tā meklē pirmajā virknē str simbolus no otrās virknes set (izņemot noslēdzošo nulles-baitu, protams) un katru atrasto no str izdzēš, pārvietojot atlikušos simbolus pa kreisi. Funkcijas atgriešanās vērtība ir nodzēsto baitu skaits. Piemēram, ja str ir "eksaamens nr. 1" un set ir "rms", tad str tiek pārtaisīts par "ekaaen n. 1" un atgriešanās vērtība ir 4.


Parametri uzdevuma testēšanai - main() funkcijai ir divas simbolu virknes bez tukšumiem tajās. Pirmā ir "str" un otrā ir "set" parametri. Programmai main() jāizdrukā apstrādātā simbolu virkne. Nodzēsto simbolu skaits nav jāizdrukā.

Asemblera funkcijas nosaukums un specifikācija tieši tā, kā augstāk minēts.

Risinājumu failus kd2u9.s, kd2u9.h un kd2u9_main.c iesniegt direktorijā

~/kd2u9


KP

Kursa projekts.

Grafiskā bibliotēka.

Literatūra

Grāmatas un citi resursi

  • ARM Architecture Reference Manual, (PDF), ARM DDI 0100I, ARM Limited, 2005.
  • ARM DeveloperSuite Assembler Guide: (web), (pdf).
  • Intel R XScaleTM Microarchitecture Assembly Language Quick Reference Card ARM Instruction Set, Intel Corporation, 2001
  • Intel R IXP42X Product Line of Network Processors and IXC1100 Control Plane Processor Developer’s Manual, ON: 252480-006US, Intel Corporation, 2006
  • Patterson and Hennessy, Computer Organization and Design, 4th Edition (@Amazon)


  • Intel XScale R Core Developer’s Manual, ON: 273473-002, Intel Corporation, 2004
    • A.2.1.2—bilde ar procesora instrukciju izpildes “cauruli” un tuvumā esošie teksti, par to, kā pa to virzās instrukcijas;
    • 10.4—par to, cik ātri izpildās instrukcijas, piemēram, reizināšana;
    • 5—par to, kā strādā zarošanās paredzēšanas mehānisms;
    • 4 un 6—ļoti virspusēji, par to, ka cache atmiņa pastāv un noder, un ir atsevišķa gan instrukcijām, gan datiem;
    • A.3–A.5—paanalizējām Intel-a ieteiktās optimizācijas.

Pamācības

Saites

  • Linaro - Open source software for ARM SoCs.

Dažādi

Atziņas

Personal tools