Öncelikle nedir bu assembler?
Assembler Türkçe ismiyle çevirici, Assebmly ile yazılan programları makina diline(ya da obje diline) çeviren bir yazılımdır. Bildiğimiz üzere makina diline en yakın olan dil Assembly dilidir. Makina diline bu kadar yaklaşmışken neden bi tık daha ilerisine bakıp Assemblynin makina diline nasıl çevrildiğini öğrenmeyelim ki?
Yine bildiğimiz üzere assembly dili bilgisayarın mimarisine göre şekil alır ve bu sebeple Assemblerlar ve dolayısıyla ortaya çıkardıkları binary dosyalar da çeşitlilik gösterir. Bu yazıda kullanımı yaygın olan Mips Assembly dilinin çalışma mantığını ve Mips Assemblysinin obje diline çevrilme hikayesine bakacağız hep beraber.
Mips mimarisine kısaca bir göz atmak gerekirse:
* Bütün komutlar 32 bitliktir.
* Bir byte 8 bit, word(kelime) 4 byte, yarı kelime ise 2 bytetır.
* Bir char değişkeni 1 byte, bir integer değişkeni ise 4 byte yer kaplar.
* 32 register vardır. Registerlar isimleriyle ($t1,$sp gibi) ya da karşılık gelen sayılarla ifade edilirler ($1, $21 gibi).
* Mips mimarisi RISC (Reduced Instruction Set Computer) mimarisinin ilk örneklerindendir (RISC ve CISC hakkında daha ayrıntılı bilgiye verdiğim linklerden ulaşabilirsiniz).
Komut Formatları:
Mips mimarisinde 3 farklı komut vardır:
* Register tipi komutlar
* Immediate tipi komutlar
* Jump tipi komutları
Register tipi komutlar:
Registerlar arasında işlem yapılmasını sağlayan komutlardır.Örnek olarak:
add $t0,$t1,$t2
mult $t0,$t2
mfhi $t1
jr $ra
Immediate tipi komutlar:
Sayılarla işlem yapılırken, branch operasyonlarında ve load/store operasyonlarında kullanılan komutlardır. Örnek olarak:
ori $t1,$t2,83
bne $t1,$t3,foo
lw $t1,101($s2)
sw $t3,110($sp)
Jump tipi komutlar:
Fonksiyon çağırmada kullanılan komutlardır:
j label
jal label
Bir komutu assemble etmek için sırasıyla şu adımlar uygulanır:
* Komutun R,I ve J formatlarından hangisi olduğu belirlenir.
* Bütün parçaların değeri hesaplanır.
* Bu değerler binaryye çevrilir.
* Binary değerleri hexadecimale çevrilir.
R-tipi komutların assemble edilmesi :
İlk 6 bit her zaman 0 olmakla birlikte rs, rt, rd (her biri 5 bit) sırayla ikinci, üçüncü ve birinci registerları temsil eder. Shamt(5 bit) ise yapılacak olan shift(kaydırma) sayısıdır ki o kısım da bizim için 0dır. Funct kısmı ise tahmin ettiğiniz üzere uygulanacak olan fonksiyonu (mnemonic) temsil eder. Örnek vermek gerekirse:
add $t1, $t2, $t3
rs = 10
rt = 11
rd = 9
funct = 32 (add fonksiyonun değeri. Diğer fonksiyonlar için yazının sonundaki linke bakabilirsiniz).
shamt = 0 . (Shift yapmadığımız için)
Sonuçta tablomuz:
000000 10 11 9 0 32
Binary karşılığı:
000000 01010 01011 01001 00000 100000
0000 0001 0100 1011 0100 1000 0010 0000
Hexadecimal karşılığı:
0x014B4820
I-tipi komutların assemble edilmesi:
op(6 bit) rs(5 bit) rt(5 bit) adres/değer(16 bit)
Op(6 bit) yapılacak olan operasyondur. rs argüman olarak verilen ilk register, rt ikinci argüman ya da sonucun tutulduğu registerdır. Adres/değer kısmı ise verilen değer ya da adresin kaydedildiği kısımdır.
Örnek olarak:
addi $t4, $t5, 67
op = 8 (addi operasyonun değeri)
rs = 13 ($t5in değeri. İlk argüman olduğu için $t5i aldık).
rt = 12 ($t4ün değeri)
değer = 67
8 13 12 67
Binary karşılığı:
001000 01101 01100 0000000001000011
0010 0001 1010 1100 0000 0000 0100 0101
Hexadecimal karşılığı:
0x21AC0043
J-Tipi komutların assemble edilmesi:
operasyon adres
J-tipi komutlar j ve jrdir. Operasyon kısmına her zamanki gibi operasyona karşılık gelen sayı yazılır. Fakat adres kısmı J-tipi komutlarda biraz daha farklıdır. Adres kısmını doldurmadan önce yaptığımız işlemleri bir örnek üzerinde anlatmak gerekirse:
Adresimiz hexadecimal olarak 0x400004B olsun.
* İlk önce adresin ilk basamağını sileriz: 0x00004B = 04B
* Binaryye çeviririz: 0100 1011
* Son iki bitini atarız: 010010
Örnek olarak fonksiyonun adresi az önce hesapladığımız adres olsun:
j fonksiyon
--
2 010010
--
000010 00 0000 0000 0000 0000 0001 0010
--
0000 1000 0000 0000 0000 0000 0001 0010
--
Hexadecimal değeri ise:
0x08000012
Kaynaklar :
http://web.engr.oregonstate.edu/~walkiner/cs271-wi13/slides/11-MachineCode.pdf
MIPS Quick Tutorial
CISC ve RISC için:
http://xavier.perseguers.ch/fileadmin/download/mips-assembler/rm.pdf
Operasyon kodları için:
http://en.wikibooks.org/wiki/MIPS_Assembly/Instruction_Formats
e-bergi
Assembler Türkçe ismiyle çevirici, Assebmly ile yazılan programları makina diline(ya da obje diline) çeviren bir yazılımdır. Bildiğimiz üzere makina diline en yakın olan dil Assembly dilidir. Makina diline bu kadar yaklaşmışken neden bi tık daha ilerisine bakıp Assemblynin makina diline nasıl çevrildiğini öğrenmeyelim ki?
Yine bildiğimiz üzere assembly dili bilgisayarın mimarisine göre şekil alır ve bu sebeple Assemblerlar ve dolayısıyla ortaya çıkardıkları binary dosyalar da çeşitlilik gösterir. Bu yazıda kullanımı yaygın olan Mips Assembly dilinin çalışma mantığını ve Mips Assemblysinin obje diline çevrilme hikayesine bakacağız hep beraber.
Mips mimarisine kısaca bir göz atmak gerekirse:
* Bütün komutlar 32 bitliktir.
* Bir byte 8 bit, word(kelime) 4 byte, yarı kelime ise 2 bytetır.
* Bir char değişkeni 1 byte, bir integer değişkeni ise 4 byte yer kaplar.
* 32 register vardır. Registerlar isimleriyle ($t1,$sp gibi) ya da karşılık gelen sayılarla ifade edilirler ($1, $21 gibi).
* Mips mimarisi RISC (Reduced Instruction Set Computer) mimarisinin ilk örneklerindendir (RISC ve CISC hakkında daha ayrıntılı bilgiye verdiğim linklerden ulaşabilirsiniz).
Komut Formatları:
Mips mimarisinde 3 farklı komut vardır:
* Register tipi komutlar
* Immediate tipi komutlar
* Jump tipi komutları
Register tipi komutlar:
Registerlar arasında işlem yapılmasını sağlayan komutlardır.Örnek olarak:
add $t0,$t1,$t2
mult $t0,$t2
mfhi $t1
jr $ra
Immediate tipi komutlar:
Sayılarla işlem yapılırken, branch operasyonlarında ve load/store operasyonlarında kullanılan komutlardır. Örnek olarak:
ori $t1,$t2,83
bne $t1,$t3,foo
lw $t1,101($s2)
sw $t3,110($sp)
Jump tipi komutlar:
Fonksiyon çağırmada kullanılan komutlardır:
j label
jal label
Bir komutu assemble etmek için sırasıyla şu adımlar uygulanır:
* Komutun R,I ve J formatlarından hangisi olduğu belirlenir.
* Bütün parçaların değeri hesaplanır.
* Bu değerler binaryye çevrilir.
* Binary değerleri hexadecimale çevrilir.
R-tipi komutların assemble edilmesi :
İlk 6 bit her zaman 0 olmakla birlikte rs, rt, rd (her biri 5 bit) sırayla ikinci, üçüncü ve birinci registerları temsil eder. Shamt(5 bit) ise yapılacak olan shift(kaydırma) sayısıdır ki o kısım da bizim için 0dır. Funct kısmı ise tahmin ettiğiniz üzere uygulanacak olan fonksiyonu (mnemonic) temsil eder. Örnek vermek gerekirse:
add $t1, $t2, $t3
rs = 10
rt = 11
rd = 9
funct = 32 (add fonksiyonun değeri. Diğer fonksiyonlar için yazının sonundaki linke bakabilirsiniz).
shamt = 0 . (Shift yapmadığımız için)
Sonuçta tablomuz:
000000 10 11 9 0 32
Binary karşılığı:
000000 01010 01011 01001 00000 100000
0000 0001 0100 1011 0100 1000 0010 0000
Hexadecimal karşılığı:
0x014B4820
I-tipi komutların assemble edilmesi:
op(6 bit) rs(5 bit) rt(5 bit) adres/değer(16 bit)
Op(6 bit) yapılacak olan operasyondur. rs argüman olarak verilen ilk register, rt ikinci argüman ya da sonucun tutulduğu registerdır. Adres/değer kısmı ise verilen değer ya da adresin kaydedildiği kısımdır.
Örnek olarak:
addi $t4, $t5, 67
op = 8 (addi operasyonun değeri)
rs = 13 ($t5in değeri. İlk argüman olduğu için $t5i aldık).
rt = 12 ($t4ün değeri)
değer = 67
8 13 12 67
Binary karşılığı:
001000 01101 01100 0000000001000011
0010 0001 1010 1100 0000 0000 0100 0101
Hexadecimal karşılığı:
0x21AC0043
J-Tipi komutların assemble edilmesi:
operasyon adres
J-tipi komutlar j ve jrdir. Operasyon kısmına her zamanki gibi operasyona karşılık gelen sayı yazılır. Fakat adres kısmı J-tipi komutlarda biraz daha farklıdır. Adres kısmını doldurmadan önce yaptığımız işlemleri bir örnek üzerinde anlatmak gerekirse:
Adresimiz hexadecimal olarak 0x400004B olsun.
* İlk önce adresin ilk basamağını sileriz: 0x00004B = 04B
* Binaryye çeviririz: 0100 1011
* Son iki bitini atarız: 010010
Örnek olarak fonksiyonun adresi az önce hesapladığımız adres olsun:
j fonksiyon
--
2 010010
--
000010 00 0000 0000 0000 0000 0001 0010
--
0000 1000 0000 0000 0000 0000 0001 0010
--
Hexadecimal değeri ise:
0x08000012
Kaynaklar :
http://web.engr.oregonstate.edu/~walkiner/cs271-wi13/slides/11-MachineCode.pdf
MIPS Quick Tutorial
CISC ve RISC için:
http://xavier.perseguers.ch/fileadmin/download/mips-assembler/rm.pdf
Operasyon kodları için:
http://en.wikibooks.org/wiki/MIPS_Assembly/Instruction_Formats
e-bergi
