Język maszynowy

Pisanie kodu maszynowego

Kod maszynowy może być zapisany w różnych formach:

• Użycie pewnej liczby przełączników. Generuje to sekwencję 1 i 0. Było to używane we wczesnych dniach informatyki. Od lat 70-tych nie jest już używane.
• Użycie edytoraHex. Pozwala to na użycie opcodes zamiast numeru polecenia.
• Używanie asemblera. Języki asemblera są prostsze od kodów operacyjnych. Ich składnia jest łatwiejsza do zrozumienia niż języka maszynowego, ale trudniejsza niż języków wysokiego poziomu. Asembler sam przetłumaczy kod źródłowy na kod maszynowy.
• Użycie języka programowania wysokiego poziomu pozwala programom używać kodu, który jest łatwiejszy do czytania i pisania. Programy te są tłumaczone na kod maszynowy. Tłumaczenie może odbywać się w wielu krokach. Programy w Javie są najpierw optymalizowane do postaci kodu bajtowego. Następnie są one tłumaczone na język maszynowy, gdy są używane.

Panel przedni wczesnego minikomputera, z przełącznikami do wprowadzania kodu maszynowego

Typowe instrukcje kodu maszynowego

Istnieje wiele rodzajów instrukcji, które zazwyczaj znajdują się w zestawie instrukcji:

• Działania arytmetyczne: Dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie.
• Operacje logiczne: Koniunkcja, dysjunkcja, negacja.
• Operacje działające na pojedynczych bitach: Przesunięcie bitów w lewo lub w prawo.
• Operacje działające na pamięci: kopiowanie wartości z jednego rejestru do drugiego.
• Operacje, które porównują dwie wartości: większy niż, mniejszy niż, równy.
• Operacje, które łączą w sobie inne operacje: dodawanie, porównywanie i kopiowanie, jeśli są równe jakiejś wartości (jako jedna operacja), skok do jakiegoś punktu programu, jeśli rejestr jest zerowy.
• Operacje, które działają na przepływ programu: skok pod jakiś adres.
• Operacje, które konwertują typy danych: np. konwersja 32-bitowej liczby całkowitej na 64-bitową liczbę całkowitą, konwersja wartości zmiennoprzecinkowej na liczbę całkowitą (przez obcięcie).

Wiele nowoczesnych procesorów używa mikrokodu dla niektórych poleceń. Bardziej złożone komendy mają tendencję do używania go. Jest to często wykonywane w architekturach CISC.

Instrukcje

Każdy procesor lub rodzina procesorów ma swój własny zestaw instrukcji. Instrukcje są wzorcami bitów, które odpowiadają różnym poleceniom, jakie można wydać maszynie. Tak więc zestaw instrukcji jest specyficzny dla klasy procesorów używających (w większości) tej samej architektury.

Nowsze projekty procesorów często zawierają wszystkie instrukcje poprzednika i mogą dodawać dodatkowe instrukcje. Czasami nowszy projekt przerywa lub zmienia znaczenie kodu instrukcji (zazwyczaj dlatego, że jest on potrzebny do nowych celów), wpływając na kompatybilność kodu; nawet prawie całkowicie kompatybilne procesory mogą wykazywać nieco inne zachowanie dla niektórych instrukcji, ale rzadko jest to problem.

Systemy mogą różnić się także innymi szczegółami, takimi jak rozmieszczenie pamięci, systemy operacyjne lub urządzenia peryferyjne. Ponieważ program zazwyczaj opiera się na takich czynnikach, różne systemy zazwyczaj nie wykonują tego samego kodu maszynowego, nawet jeśli używany jest ten sam typ procesora.

Większość instrukcji posiada jedno lub więcej pól opcode. Określają one podstawowy typ instrukcji. Inne pola mogą podawać typ operandów, tryb adresowania, itd. Mogą też istnieć specjalne instrukcje, które są zawarte w samym opcode. Instrukcje te nazywane są bezpośrednimi.

Projekty procesorów mogą się różnić na inne sposoby. Różne instrukcje mogą mieć różną długość. Mogą też mieć taką samą długość. Posiadanie wszystkich instrukcji o tej samej długości może uprościć projekt.

Przykład

Architektura MIPS posiada instrukcje, które mają długość 32 bitów. Ta sekcja zawiera przykłady kodu. Ogólny typ instrukcji znajduje się w polu op (operation). Jest to najwyższe 6 bitów. Instrukcje typu J (skok) oraz I (natychmiastowe) są w całości podawane przez op. Instrukcje typu R (register) zawierają pole funct. Określa ono dokładne działanie kodu. Pola używane w tych typach to:

    6       5              5 5 6 bity [ op | rs | rt | rd |shamt| funct] R-type [ op | rs | rt | adres/immediate] I-type [ op | adres docelowy ] J-type                      

rs, rt, i rd wskazują operandy rejestru. shamt podaje wartość przesunięcia. Pola address lub immediate zawierają bezpośrednio operand.

Przykład: dodaj rejestry 1 i 2. Wynik umieść w rejestrze 6. Jest on zakodowany:

[ op | rs | rt | rd |shamt| funct]      0      1      2      6      0      32      decimal 000000 00001 00010 00110 00000 100000    binary

Załaduj wartość do rejestru 8. Weź ją z komórki pamięci 68 komórek po lokalizacji podanej w rejestrze 3:

[ op | rs | rt | address/immediate]     35      3      8            68            dziesiętnie 100011 00011 01000 00000 00001 000100    binarnie

Przejdź do adresu 1024:

     2                  1024                dziesiętnie 000010 00000 00000 00000 00000 10000 000000    binarnie

Powiązane strony

• System liczb binarnych
• Komputery kwantowe
• Zestaw instrukcji
• Komputer o zredukowanym zestawie instrukcji