egyszerűsített lexikális elemző

Máté: Architektúrák 5. előadás 1

Egyszerűsített lexikális elemző

Feladata, hogy azonosító, szám, speciális jelek és a program vége jel előfordulásakor rendre A, 0, , és . karaktert írjon a képernyőre. Az esetleges hibákat ? jelezze.

XLAT utasítás alkalmazásának tervezése:

Karakter típusok karakterek kód

Hibás karakter 0

Betű A … Z a … z 2

Számjegy 0 … 9 4

Speciális jel , . ; + - ( ) cr lf 6

Vége jel $ 8


data segment para public ’data’

; ugró táblák a szintaktikus helyzetnek megfelelően:

; kezdetben, speciális és hibás karakter után

t_s dw hiba ; hibás kar.: spec. jel szint

dw lev_a ; betű:

dw lev_n ; számjegy:

dw lev_s ; spec. jel:

dw vege ; szöveg vége: program vége


; azonosító szintt_a dw hiba ; hibás kar.: spec. jel szint

dw OK ; betű: nincs teendődw OK ; számjegy: nincs teendődw lev_s ; speciális jel: azonosító végedw vege ; szöveg vége: program vége

; szám szintt_n dw hiba ; hibás kar.: spec. jel szint

dw hiba ; betű: hiba: spec. jel szintdw OK ; számjegy: nincs teendődw lev_s ; speciális jel: szám végedw vege ; szöveg vége: program vége

level dw ? ; az aktuális ugrótábla címe


c_h db 0 ; hibás karakter kódja

c_b db 2 ; betű kódja

c_n db 4 ; számjegy kódja

c_s db 6 ; speciális jel kódja

c_v db 8 ; végjel kódja

specjel db ’ ,. ;+-()’, 13, 10 ; a speciális jelek

vegjel db ’$’ ; vége jel, kihasználjuk,

; hogy itt van!

table db 256 dup (?) ; átkódoló tábla (256 byte)

text db ’a,tz.fea 21 a12 12a $’ ; elemzendő szöveg

DATA ends


code segment para public ’CODE’assume cs:code, ds:data, es:data, ss:stack

Lex proc farpush dsxor ax,axpush ax ; visszatérési cím a verembenmov ax,datamov ds,axmov es,ax ; assume miattcall prepare ; átkódoló tábla elkészítésemov si, offset text ; az elemzendő szöveg

; kezdőcímecall parsing ; elemzésret ; vissza az Op. rendszerhez

Lex endp


prepare proc ; az átkódoló tábla elkészítése

; az eljárás rontja AX, BX, CX, DI, SI tartalmát

cld ; a string műveletek iránya pozitív

mov bx, offset table

mov di,bx

mov al,c_h ; hibás karakter kódja

mov cx,256 ; a tábla hossza

rep stos table; table minden karakter hibás


mov al,c_b ; betű kódja

mov di,’A’ ; A ASCII kódja

add di,bx ; A helyének offset címe

mov cx,’Z’-’A’+1 ; a nagybetűk száma

; a betűk ASCII kódja folyamatos!

rep stosb

mov di,’a’ ; a ASCII kódja

add di,bx ; a helyének offset címe

mov cx,’z’-’a’+1 ; a kisbetűk száma

rep stosb


mov al,c_n ; számjegy kódja

mov di,’0’ ; 0 ASCII kódja

add di,bx ; 0 helyének offset címe

mov cx,’9’-’0’+1 ; a számjegyek száma

; a számjegyek ASCII kódja folyamatos!

rep stosb


mov si,offset specjel; speciális jelek

; feldolgozása

xor ah,ah ; ki fogjuk használni, hogy ax=al

pr1: lods specjel ; speciális jelek olvasása

mov di,ax; ah=0 miatt ax = a spec. jel

cmp al,vegjel ; vegjel közvetlenül a

; speciális jelek után!

je pr2 ; ez már a vegjel

mov al,c_s ; speciális karakter kódja

mov [BX+DI],al ; elhelyezés a táblában

loop pr1 ; ciklus vége


pr2: mov al,c_v ; a végjel kódja

mov [BX+DI],al ; elhelyezés a táblában

ret ; vissza a hívó eljáráshoz

prepare endp


parsing proc ; elemzés; az eljárás rontja AX, BX, CX, DI, SI tartalmát

cld ; a string műveletek iránya pozitívmov bx, offset tablemov di,offset t_s ; spec. jel szint

lv1: mov level,di ; szint beállításxor ah,ah ; kihasználjuk, hogy ax=al

OK: lods text ; a következő karakterXLAT ; AL 0, 2, 4, 6 vagy 8MOV DI,LEVEL ; DI az akt. ugró

; tábla címeADD DI,AX ; DI a megfelelő elem

;címeJMP [DI] ; kapcsoló utasítás


hiba: mov di,offset t_s ; hibás karakter,

; spec. jel szint

mov al,’?’

lv2: mov ah,14 ; BIOS hívás előkészítése

int 10h ; BIOS hívás:

; karakter írás a képernyőre

jmp lv1

lev_a: mov di,offset t_a ; azonosító kezdődik

mov al,’A’

jmp lv2


lev_n: mov di,offset t_n ; szám kezdődikmov al,’0’jmp lv2

lev_s: mov di,offset t_s ; speciális jelmov al,’,’jmp lv2

vege: mov al,’.’ ; szöveg végemov ah,14 ; BIOS hívás előkészítéseint 10h ; BIOS hívás:

; karakter írás a képernyőreret ; elemzés vége, vissza a hívóhoz

parsing endpcode ends


stack segment para stack ’stack’

dw 100 dup (?) ; 100 word legyen a verem

stack ends

end Lex ; modul vége, start cím: Lex


Mikroarchitektúra szint

Feladata az ISA (Instruction Set Architecture) megvalósítása. Nincs rá általánosan elfogadott, egységes elv.

IJVM (Integer Java Virtual Machine): a JVM egész értékű aritmetikát tartalmazó része.

Nem használjuk a C-ben írt SUN JVM interpretert, mert nem elég hatékony az elemi logikai áramkörök kezelésére.

Mikroprogram: betölti, értelmezi és végrehajtja az IJVM utasításokat.


Az ISA-szintű utasítások „függvények”, ezeket egy főprogram hívja meg végtelen ciklusban.

A függvények a mikroarchitektúra szintjén valósulnak meg (mikroprogram).

A mikroprogram változói (a regiszterek) definiálják a számítógép állapotát, pl.: PC (Program Counter, utasításszámláló).

Az IJVM utasítások szerkezete: • az első mező az opcode (Operation Code, műveleti

kód), • az esetleges második mezőben az operandus

meghatározására szolgáló adat van. Betöltés-végrehajtás (fetch-execute) ciklus.


ALU (3.19-20. ábra)

6 vezérlőjel: ENA az A bemenet engedélyése (1)/ tiltása (0), ENB a B bemenet engedélyése (1)/ tiltása (0), INVA: A#. (Ha ENA = 0, akkor #0 = FFFF = – 1)F0, F1 kiválasztja az AND, OR, B#, + művelet

valamelyikét, INC: +1.


Néhány példa (4.2. ábra átrendezve)

A könyvben nem logikus, hibás.

F0 F1 ENA ENB INVA INC Tevékenység

0 0 1 1 0 0 A AND B

0 1 1 1 0 0 A OR B

0 1 1 0 0 0 A

0 1 0 1 0 0 B

0 1 1 0 1 0 #A

1 0 0 1 0 0 #B

1 1 0 0 0 0 0


Néhány példa (4.2. ábra folytatás)

F0 F1 ENA ENB INVA INC Tevékenység

1 1 0 0 0 1 1

1 1 0 0 1 0 – 1

1 1 1 1 0 0 A + B

1 1 1 1 0 1 A + B + 1

1 1 1 0 0 1 A + 1

1 1 0 1 0 1 B + 1

1 1 1 0 1 1 – A

1 1 1 1 1 1 B – A

1 1 0 1 1 0 B – 1


Adatút (Data Path, 4.1. ábra)

32 bites regiszterek, sínek, ALU, léptető (SLL8 8 bittel balra, SRA1 1 bittel jobbra léptet).

ALU bemenetei közül az egyik a H (Holding – tartó), a másik a B sín (9 lehetőség – vezérlőjelek: ).

N 1, ha az eredmény < 0, különben 0,

Z 1, ha az eredmény = 0, különben 0.

Megfelelő időzítéssel egy cikluson belül lehetséges egy regiszterből olvasni és az eredményt akár ugyanoda visszaírni (vezérlőjelek: ) 4.3. ábra.


Memóriaműveletek (4.1. ábra) • Szócímzés (32 bites): adatszó írás, olvasás.

MAR (Memory Address Register): szócím, MDR (Memory Data Register): szó.

• Bájtcímzés: ISA szintű utasítás bájt olvasás.PC (Program Counter): bájtcím,MBR (Memory Byte Register): bájt.

MBR kétfajta értelmezése (két vezérlőjel):• MBR: MBR előjelesen kerül a B sínre,• MBRU: MBR előjel nélkül kerül a B sínre.Byte-szó címek transzformálása: 4.4. ábra.


Az adatút vezérléseÖsszesen 29 jel szükséges (4.1., 5-6. ábra):• 9 jel: regiszterekbe írás a C sínről, • 9 jel: a B sínre írás a regiszterekből,• 8 jel: 6 az ALU és 2 a léptető vezérlésére,• 3 jel: a memória eléréshez (nem ábrázoltuk!)

2 jel: szó íráshoz/olvasáshoz 1 jel: bájt olvasáshoz.

A memória ciklus az adatút végén kezdődik (MAR ill. PC feltöltése után), ezért olvasásnál az eredmény csak két ciklussal később használható, addig MDR ill. MBR régi értéke érhető el.


Mikroutasítások

24 bit: az adatút vezérléséhez (a B sínre csak egy regiszter írhat egyszerre, ezért 9 helyett elég 4 bit),

9 bit: a következő utasítás címének megadásához, 3 bit: a következő utasítás kiválasztásának módjára. Ez adja a 36 bites mikroutasítást: 4.5. ábra.

Mic-1: 4.6. ábra. • 512x36 bites vezérlőtár, a mikroprogramnak,• MPC (MicroProgram Counter): mikroprogram-

utasításszámláló.• MIR (MicroInstruction Register): mikroutasítás-

regiszter.


Mic-1 működéseAdatút ciklus (4.6. ábra): • (MIR feltöltődik a vezérlőtár MPC által mutatott

szavával.) • Kialakul a B sín kívánt tartalma, ALU és a léptető

megtudja, mit kell csinálnia,• Az ALU és a léptető elvégzi a feladatát, a C sín,

N (Negative) és Z (Zero) megkapja az új értékét, • A regiszterek feltöltődnek. MBR/MDR megkapja

az értékét, ha az előző ciklus adatot kért a memóriából.

• Kialakul MPC új értéke.


MPC új tartalma

• A 9 bites következő cím (Addr) az MPC-be kerül.

• JAMN/JAMZ esetén MPC legmagasabb bitjének és az N/Z bitnek logikai vagy kapcsolata képződik MPC legmagasabb helyértékén (elágazás). Pl.:

esetén a következő utasítás Z –től függően a 0x92 vagy 0x192 címen található (feltételes ugrás – elágazás – a mikroprogramban).

Cím Addr JAM Adatútvezérlő bitek

0x75 0x92 001 … JAMZ =1


MPC új tartalma (folytatás)

• JMPC esetén MPC 8 alacsonyabb helyértékű bitjének és MBR 8 bitjének bitenkénti vagy kapcsolata képződik MPC-ben az adatút ciklus vége felé (MBR megérkezése után). Ilyenkor Addr 8 alacsonyabb helyértékű bitje általában 0 (feltétlen ugrás az MBR –ben tárolt címre – kapcsoló utasítás).

Kezdődhet az újabb mikroutasítás végrehajtása.


Mic-1 működése

• (MPC) MIR

• regiszter B sín, Addr MPC

ALU megtudja,

mit kell csináljon,

• eredmény C, N, Z

• C regiszterekbe JAMN, JAMZ (N, Z)

• mem. MDR és/vagy

mem MBR

• JMPC (MBR)


Eljárás: paraméterek, munka terület.

Rekurzív (önmagát hívó) eljárás, pl.:

0! = 1, ha n>0, akkor n! = n*(n-1)!

A hívó és hívott eljárás paraméterei, változói nem lehetnek azonos területen: lokális változók.

Verem (stack): LV (Local Variable), SP (Stack Pointer) verem mutató (4.8. ábra).

A verem operandusok és az eredmény tárolására is használható, pl. (4.9. ábra):

a1 = a2 + a3


Az IJVM memóriamodellje

A 4 GB memória, 1 G szóként is szervezhető.

Funkcionális részei: 4.10. ábra.

• CPP (Constant Pool Pointer): terület a konstansok, mutatók tárolása; tartalma a program betöltésekor alakul ki, ISA utasítások nem írhatják felül.

• LV (Local Variable frame): lokális változók területe

• Operandusverem: a lokális változók területe fölött,

• Metódus terület: itt van a program. PC bájtot címez a metódus területen belül.

IJVM utasításkészlet: 4.11. ábra.


Java IJVM program 4.11., 15. ábra Bin. kódprogram 1 ILOAD j // i = j + k 15 02 2 ILOAD k 15 03i = j + k; 3 IADD 60if(i = = 3) 4 ISTORE i 36 01 k = 0; 5 ILOAD i 15 01else 6 BIPUSH 3 // if(i = = 3) 10 03 j = j – 1; 7 IF_ICMPEQ L1 9F 00 0D 8 ILOAD j // j = j – 1 15 02

9 BIPUSH 1 10 01 10 ISUB 64 11 ISTORE j 36 02 12 GOTO L2 A7 00

0F 13 L1: BIPUSH 0 // k = 0 10 00 14 ISTORE k 36 03 15 L2:


Mic-1 megvalósítása (4.5, 6. ábra)

36 bites bináris utasításokat kellene megadnunk.

Pl.: Egy ciklusban növeljük SP-t 1-gyel és olvasást kezdeményezünk a memóriából, folytatás a 122-es utasításnál. Szimbolikusan ilyesmi:

ReadRegister = SP, ALU = INC, Write SP, Read, NextAddress = 122;

Nehézkes, helyette:

SP = SP + 1; rd

A folytatás címet csak akkor tüntetjük fel, ha az nem a következőként írt mikroutasítás (pl. goto Main1).


MAL (Micro Assembly Language, 4.5-6. ábra)

SOURCE: a B sínre kötött regiszterek bármelyike (MDR, PC, MBR, MBRU, SP, LV, CPP, TOS, OPC). MBRU az előjel nélküli (Unsigned) MBR.

DEST: a C sínre kapcsolt regiszterek bármelyike (MAR, MDR, PC, SP, LV, CPP, TOS, OPC, H). Több regiszter is kaphatja ugyanazt az értéket.

wr: memóriába írás MDR-ből a MAR címre. rd: memóriából olvasás MDR-be a MAR címről.fetch: 8 bites utasításkód betöltése MBR-be a PC

címről.

Megengedett műveletek: 4.16. ábra


Nem megengedett pl. az alábbi utasítás pár: MAR = SP; rdMDR = H // A memóriából is most kapna értéket!

Feltételes elágazás, pl.: Z = TOS // Z=1, ha TOS=0, különben Z=0. if (Z) goto L1; else goto L2

A címek különbsége 256 kell legyen (4.7. ábra)!

TOS (Top Of Stack)

A JMPC bit jelentése: goto (MBR OR value)Ilyenkor value általában 0 vagy 0x100.


IJVM megvalósítása Mic-1-en (4.11., 17. ábra) A főciklus a Main1-nél kezdődik; PC a következő

utasítás címét, MBR az utasítást tartalmazza.Előkészület a gép indításakor! Main1 a következő utasítást vagy adatbájtot olvassa.

Címke Műveletek // kommentár

Main1 PC = PC + 1; fetch; goto(MBR)

nop1 goto Main1

iadd1 MAR = SP = SP – 1; rd

iadd2 H = TOS

iadd3 MDR = TOS = MDR + H; wr; goto Main1

egyszerűsített lexikális elemző

Documents