金門大學資訊工程系 102 學年度下學期系統程式期中考出題者 : 陳鍾誠考生姓名 : 學號 : 得分 : 以下題目均按學號規則推算出指定的題數來做, 學號為奇數者做奇數題, 偶數者做偶數題, 做錯題目則該題不計分, 共 99 分,1 分奉送! 名詞解釋 : 每題 3 分, 做指定的 6 題,

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非择芮
4 years ago
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1 金門大學資訊工程系 102 學年度下學期系統程式期中考出題者 : 陳鍾誠考生姓名 : 學號 : 得分 : 以下題目均按學號規則推算出指定的題數來做, 學號為奇數者做奇數題, 偶數者做偶數題, 做錯題目則該題不計分, 共 99 分,1 分奉送! 名詞解釋 : 每題 3 分, 做指定的 6 題, 共 18 分 1. 目的檔 (object file) : 編譯或組譯後輸出的檔案, 通常包含機器碼與修改描述資訊, 像是函式庫執行檔等都是以目的檔形式存在的 2. objdump : GNU 的目的檔傾印工具, 可以用來列出目的檔資訊並進行反組譯動作 3. 動態連結 (Dynamic Linking) : 在執行時才進行連結動作的一種運作機制, 這讓沒執行到的函式庫可以不需要被載入, 而且很多個程式可以共用一個函式庫, 在記憶體內只需要存在一份, 不需重複 4. 連結器 (Linker) : 用來將很多目的檔連結成一個執行檔或函式庫的工具 5. 組合語言 (Assembly Language) : 一種直接對應到機器碼的文字型語言, 寫完後可透過組譯器轉為目的檔執行檔或機器碼 6. 假指令 (Pseudo Instruction) : 組合語言中, 不是真正對應機器指令的命令, 稱為假指令, 通常是用來提供資訊給組譯器, 作為組譯指引用的 7. make : make 是 GNU 的專案建置工具, 可用來解譯 Makefile 檔案並進行大型專案的自動建置工作 8. gcc : 開源組織 GNU 所推出的 c 語言編譯器, 包含一整套編譯連結工具 9. 暫存器 (register) : CPU 當中用來儲存可直接進行運算資料的地方, 有些暫存器會有特殊用途, 例如程式計數器或連結暫存器等 10. 算術邏輯單元 (ALU) : CPU 當中用來進行運算的核心單元, 通常可以用來進行加減乘除移位或邏輯等等運算 11. 程式計數器 (PC, Program Counter) : 用來儲存擷取指令位址的暫存器, 通常也是用來作相對定址的原點 12. 連結暫存器 (LR, Link Register) : 在副程式呼叫時, 可以用來儲存返回位址的暫存器, 再呼叫返回指令時可以回到副程式後, 讓程式繼續正常執行的暫存器簡答題 : 每題 5 分, 做指定的 4 題, 共 20 分 1. 請畫出一顆 CPU 的架構示意圖, 並說明其中各個元件的功用? 以 CPU0 為例,R0 到 R15 為暫存器單元, 另有輸出入暫存器與 ALU, 以及控制線路所形成的控制單元等 3. 請說明組譯器第一階段的功能? 第一階段 : 計算指令位址, 並且記住所有符號的位址, 建立符號表 4. 請說明組譯器第二階段的功能? 第二階段 : 將組合語言指令轉換成機器碼, 並進行資料編碼的動作 2. 請畫出電腦的馮紐曼架構, 並說明其中各個元件的功用? 記憶體 Memory: 儲存程式和資料, 以供 CPU 讀取或寫入 CPU : 電腦指令運作的核心, 可以解讀指令並執行對應 1

2 的動作輸出入 : 包含輸出裝置 ( 螢幕硬碟...) 輸入裝置 ( 鍵盤滑鼠硬碟...) 與輸出入控制器 ( 介面卡,...), 讓 CPU 可以達成輸出入動作匯流排 BUS: 連接 CPU, Memory, IO Device 的線路, 可細分為位址資料與控制等三種線路 5. 請寫出 XOR R1, R2, R3 的機器碼 (16 進位寫法 ), 並說明其編碼的原理? 7. 請舉例說明 CPU0 中跳耀指令 JMP 的運作原理查表可知 XOR 為 A 格式, 且 OP 代碼為 1A, 因此編碼如下 : OP Ra, Rb, Rc, Cx XOR R1, R2, R3 1A 請寫出 SHL R1, R2, 4 的機器碼 (16 進位寫法 ), 並說明其編碼的原理? 查表可知 XOR 為 A 格式, 且 OP 代碼為 1E, 因此編碼如下 : OP Ra, Rb, Rc, Cx SHL R1, R2, 4 1A

3 3 8. 請舉例說明 CPU0 中儲存指令 ST 的運作原理

4 考生姓名 : 學號 : 程式題 ( 請以 CPU0 的組合語言撰寫 ): 每題 10 分, 做指定的 4 題, 共 40 分 1. 請寫出一個組合語言程式, 可以將變數 X, Y 的相加後放到變數 Z 中 3. 請寫出一個組合語言程式, 可以取得變數 X, Y 中較小的值放入變數 min 中 LD R2, Y ADD R3, R1, R2 ST R3, Z Y: WORD 5 Z: WORD 0 2. 請寫出一個組合語言程式, 可以將變數 X 的內容加 10 後放回 X 中 LDI R2, 10 ADD R3, R1, R2 ST R3, X LD R2, Y CMP R1, R2 JLT ELSE ST R2, min JMP EXIT ELSE: ST R1, min EXIT: Y: WORD 5 min: WORD 0 4. 請寫出一個組合語言程式, 可以取得變數 X, Y 中較大的值放入變數 max 中 LD R2, Y CMP R1, R2 JGT ELSE ST R2, min JMP EXIT ELSE: ST R1, min EXIT: Y: WORD 5 min: WORD 0 5. 請寫出一個組合語言程式, 說明如何透過暫存器傳遞參數下列程式透過暫存器 R1 將參數傳給 double, 並且也透過 R1 取得傳回的兩倍值 CALL double ST R1, Y double: ADD R1, R1, R1 Y: WORD 0 6. 請寫出一個組合語言副程式, 可以設定 R1 為 3 R2 LD R13, SPTR 7. 請寫出一個組合語言程式, 說明如何透過堆疊傳遞參數下列程式先設定好堆疊後, 可以透過堆疊傳入 x, 然後在 f 函數裏取出候在加上五, 最後放在 R1 傳回 LD R13, StackEndPtr LD R2, x PUSH R2 CALL f ST R1, y x: WORD 1 y: RESW 1 Stack: RESW 100 StackEnd: StackEndPtr: StackEnd f: POP R2 LDI R4, 5 4

5 PUSH R14 LDI R2, 3 CALL Power3 POP R14 STACK: WORD 0 SPTR: WORD STACK ADD R1, R2, R4 ST R1, r r: RESW 1 8. 請寫出一個組合語言程式, 說明如何透過堆疊傳遞參數 Power3: LDI R4, 1 ; R4 初始值為 1 LDI R1, 1 ; R1 初始值為 1 LDI R3, 3 ; R3 是常數 3 LDI R5, 1 ; R5 是常數 1 LOOP: CMP R4, R2 ; (R4 < R2)? MUL R1, R1, R3 ; R1=R1*R3 ADD R4, R4, R5 ; R4=R4+1 JLT LOOP ; goto LOOP EXIT: 請寫出下列程式的位址欄與機器碼 ( 每列 3 分, 位址欄 1 分, 機器碼 2 分, 做指定的 7 列, 共 21 分 ) 題號位址欄組合語言機器碼 C C C LDI R1, 1 LD R2, aptr LDI R4, 1 FOR: LDB R3, [R2] CMP R3, R0 JEQ EXIT MUL R4, R4, R3 ADD R2, R2, R1 JMP FOR EXIT: ST R4, f a: BYTE 3, 2, 7, 6, 8, 5, 0 f: WORD 0 aptr: WORD a F002F C FFFFE8 014F000B 2C C 5

類型格式指令 OP 說明語法語意載入儲存運算指令跳躍指令堆疊指令 L LD 00 載入 word LD Ra, [Rb+Cx] Ra [Rb+ Cx] L ST 01 儲存 word ST Ra, [Rb+ Cx] Ra [ Rb+ Cx] L LDB 02 載入 byte LDB Ra, [Rb+ Cx] Ra (byte)[rb+ Cx] L STB 03 儲存 byte STB

6 類型格式指令 OP 說明語法語意載入儲存運算指令跳躍指令堆疊指令 L LD 00 載入 word LD Ra, [Rb+Cx] Ra [Rb+ Cx] L ST 01 儲存 word ST Ra, [Rb+ Cx] Ra [ Rb+ Cx] L LDB 02 載入 byte LDB Ra, [Rb+ Cx] Ra (byte)[rb+ Cx] L STB 03 儲存 byte STB Ra, [Rb+ Cx] Ra (byte)[rb+ Cx] A LDR 04 LD 的暫存器版 LDR Ra, [Rb+Rc] Ra (byte)[rb+ Rc] A STR 05 ST 的暫存器版 STR Ra, [Rb+Rc] Ra [ Rb+ Rc] A LBR 06 LDB 的暫存器版 LBR Ra, [Rb+Rc] Ra (byte)[rb+ Rc] A SBR 07 STB 的暫存器版 SBR Ra, [Rb+Rc] Ra (byte)[rb+ Rc] L LDI 08 立即載入 LDI Ra, Rb+Cx Ra Rb + Cx A CMP 10 比較 CMP Ra, Rb SW Ra >=< Rb A MOV 12 移動 MOV Ra, Rb Ra Rb A ADD 13 加法 ADD Ra, Rb, Rc Ra Rb+Rc A SUB 14 減法 SUB Ra, Rb, Rc Ra Rb-Rc A MUL 15 乘法 MUL Ra, Rb, Rc Ra Rb*Rc A DIV 16 除法 DIV Ra, Rb, Rc Ra Rb/Rc A AND 18 邏輯 AND AND Ra, Rb, Rc Ra Rb and Rc A OR 19 邏輯 OR OR Ra, Rb, Rc Ra Rb or Rc A XOR 1A 邏輯 XOR XOR Ra, Rb, Rc Ra Rb xor Rc A ROL 1C 向左旋轉 ROL Ra, Rb, Cx Ra Rb rol Cx A ROR 1D 向右旋轉 ROR Ra, Rb, Cx Ra Rb ror Cx A SHL 1E 向左移位 SHL Ra, Rb, Cx Ra Rb << Cx A SHR 1F 向右移位 SHR Ra, Rb, Cx Ra Rb >> Cx J JEQ 20 跳躍 ( 相等 ) JEQ Cx if SW(=) PC PC+Cx J JNE 21 跳躍 ( 不相等 ) JNE Cx if SW(!=) PC PC+Cx J JLT 22 跳躍 ( < ) JLT Cx if SW(<) PC PC+Cx J JGT 23 跳躍 ( > ) JGT Cx If SW(>) PC PC+Cx J JLE 24 跳躍 ( <= ) JLE Cx if SW(<=) PC PC+Cx J JGE 25 跳躍 ( >= ) JGE Cx If SW(>=) PC PC+Cx J JMP 26 跳躍 ( 無條件 ) JMP Cx PC PC+Cx J SWI 2A 軟體中斷 SWI Cx LR PC; PC Cx J CALL 2B 跳到副程式 CALL Cx LR PC; PC PC+Cx J 2C 返回 PC LR A PUSH 30 推入 word PUSH Ra SP-=4; [SP] = Ra; A POP 31 彈出 word POP Ra Ra = [SP]; SP+=4; A PUSHB 32 推入 byte PUSHB Ra SP--; [SP] = Ra; (byte) A POPB 33 彈出 byte POPB Ra Ra = [SP]; SP++; (byte) 6

教科書：系統程式 - 第 2 章、電腦的硬體結構

教科書：系統程式 - 第 2 章、電腦的硬體結構第 2 章電腦的硬體結構作者 : 陳鍾誠第 2 章電腦的硬體結構 2.1 CPU0 處理器 2.2 CPU0 的指令集 2.3 CPU0 的運作原理 2.4 CPU0 的程式執行 2.5 實務案例 :IA32 處理器 2.1 CPU0 處理器 CPU0 是筆者所設計的一個簡易的 32 位元處理器, 主要用來說明系統程式的運作原理 CPU0 的設計主要是為了教學考量, 設計重點在於簡單容易理解,