Op

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Opérations sur les données

• Laurent JEANPIERRE ltjeanpl_at_iutc3.unicaen.frgt
• Daprès le cours de Pascal FOUGERAY
• IUT de CAEN Campus 3

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Contenu du cours

• Unité Arithmétique et Logique (UAL/ALU)
• Opérations arithmétiques
• Opérations binaires
• Unité Flottante (FPU)
• Opérations de transfert
• Opérations arithmétiques
• Opérations de comparaison
• Opérations de trigonométrie

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LUAL Introduction

• Unité Arithmétique et Logique (ALU)
• Se charge des calculs
• Utilise les registres
• Généraux EAX,EBX,ECX,EDX,ESI,EDI
• Pointeurs ESP, EBP
• Existe en 2 exemplaires
• Depuis le 80486
• Permet les calculs en parallèle

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Contenu du cours

• Unité Arithmétique et Logique (UAL/ALU)
• Opérations arithmétiques
• Opérations binaires
• Unité Flottante (FPU)
• Opérations de transfert
• Opérations arithmétiques
• Opérations de comparaison
• Opérations de trigonométrie

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UAL Arithmétique

• Additions
• add s,d d ? d s
• adc s,d d ? d s C (bit de retenue)
• inc d d ? d 1
• Soustractions
• sub s,d d ? d s
• sbb s,d d ? d s C (bit de retenue)
• dec d d ? d 1
• Negation
• neg d d ? -d

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UAL Arithmétique (2)

• Multiplications non signées
• mulb v AX ? AL v
• mulw v EAX ? AX v
• mull v EDXEAX ? EAX v
• Multiplications signées
• imulb v AX ? AL v
• imulw v EAX ? AX v
• imull v EDXEAX ? EAX v

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UAL Arithmétique (3)

• Divisions non signées
• divb v AL ? AX / v, AH Reste
• divw v AX ? EAX / v, DX Reste
• divl v EAX ? EDXEAX / v, EDX Reste
• Divisions signées
• idivb v AL ? AX / v, AH Reste
• idivw v AX ? EAX / v, DX Reste
• idivl v EAX ? EDXEAX / v, EDX Reste
• Attention Diviser par 0 déclenche
  linterruption logicielle n 0 (division /0)

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UAL Arithmétique (4)

• Décalages non signés
• shl v,1 v ? v 2
• shl v,n v ? v 2n, n sur 8 bits
• shl v, CL v ? v 2CL
• shr v,1 v ? v / 2
• shr v,n v ? v / 2n, n sur 8 bits
• shr v, CL v ? v / 2CL

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UAL Arithmétique (5)

• Décalages signés
• sal v,1 v ? v 2
• sal v,n v ? v 2n, n sur 8 bits
• sal v, CL v ? v 2CL
• sar v,1 v ? v / 2
• sar v,n v ? v / 2n, n sur 8 bits
• sar v, CL v ? v / 2CL

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Contenu du cours

• Unité Arithmétique et Logique (UAL/ALU)
• Opérations arithmétiques
• Opérations binaires
• Unité Flottante (FPU)
• Opérations de transfert
• Opérations arithmétiques
• Opérations de comparaison
• Opérations de trigonométrie

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UAL Opérations binaires

• Rotations
• rol
• ror

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UAL Opérations binaires (2)

• Rotations à travers la retenue
• rcl
• rcr

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UAL Opérations binaires (3)

• Opérations bit à bit
• and s,d d ? d ET s
• andb 0b00001000,al isole le bit 3 de AL
• or s,d d ? d OU s
• orw 0x0F00,bx positionne les bits 8-11
• xor s,d d ? d OU_EXCLUSIF s
• xorb 0b1111, al inverse les bits 0-3
• not d d ? NON d
• notl ecx inverse chaque bit de ECX

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Contenu du cours

• Unité Arithmétique et Logique (UAL/ALU)
• Opérations arithmétiques
• Opérations binaires
• Unité Flottante (FPU)
• Opérations de transfert
• Opérations arithmétiques
• Opérations de comparaison
• Opérations de trigonométrie

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Lunité flottante introduction

• Unité de calcul flottant (FPU)
• Accélère les calculs en virgule flottante
• Dispose de
• Ses propres instructions
• Ses propres registres
• Sa propre ligne dinterruption (matérielle)
• Son propre séquenceur (exécution // processeur)
• Existe en deux exemplaires
• Depuis le Pentium Pro
• ? Calculs parallèles

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FPU Registres

• 8 registres de travail
• st ou st(0), st(1)..st(7)
• Sur 80 bits, avec 64 bits de mantisse
• Organisés en pile dernière valeur lue st
• Registre détat (16 bits)
• Registre de contrôle (16 bits)
• Registres à usage interne
• Tag Word (16 bits)
• Instruction/Operand Pointer (2x 48 bits)

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FPU Données recevables

• Lors des échanges avec le processeur

Donnée Bits Possibilités
Entier word 16 -32768 à 32767
Entier court 32 -2.109 à 2.109
Entier long 64 -9.1018 à 9.1018
Réel court 32 8,43.10-37 à 3,37.1038
Réel long 64 4,19.10-307 à 1,67.10308
Réel temporaire 80 3,4.10-4392 à 1,2.104932
BCD 80 999 999 999 999 999 999
18
FPU Réels spéciaux

• Normalement 1 réel
• Signe 1 bit
• Exposant 15 bits, biaisé (32767)
• Mantisse normalisée 64 bits (1,xxxxxxxx)
• Zero 0/1 00 00 0 ou -0
• Infini 0/1 11 100 8 ou -8
• NaN 0/1 11
• Mantisse ? 100
• Not a Number une erreur sest produiteexemple
  division par 0

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FPU Instructions

• Environ 90 instructions ?
• Transfert de données
• Lecture/écriture/échange
• Opérations arithmétiques
• ,-,,/,exp,log,v, mod, abs
• Opérations trigonométriques
• sin,cos,tan,atan
• Opérations de contrôle
• init, nop, save/restore registres spéciaux

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FPU instructions (2)

• Format des instructions
• Lettre  f 
• Mnémonique FPU
• Taille dopération (sauf entre registres)
• Tailles dopérations
• S flottant 32 bits / entier 16 bits
• L flottant 64 bits / entier 32 bits
• T flottant 80 bits
• Q entier 64 bits

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Contenu du cours

• Unité Arithmétique et Logique (UAL/ALU)
• Opérations arithmétiques
• Opérations binaires
• Unité Flottante (FPU)
• Opérations de transfert
• Opérations arithmétiques
• Opérations de comparaison
• Opérations de trigonométrie

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FPU Opérations de transfert

• Empiler une valeur
• fld un réel
• fild un entier
• fbld un BCD
• Dépiler une valeur
• fstp un réel
• fistp un entier
• fbstp un BCD

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FPU Opérations de transfert (2)

• Lire une valeur (sans dépiler)
• fst un réel
• fist un entier
• Échanger deux registres
• fxch échange st(1) et st(0)
• fxch st(i) échange st(i) et st(0)

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FPU Opérations de transfert (3)

• Empiler une constante
• fldz 0
• fld1 1
• fldpi p
• fldl2t log2 10
• fldl2e log2 e
• fldlg2 log10 2
• fldle2 ln 2

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Contenu du cours

• Unité Arithmétique et Logique (UAL/ALU)
• Opérations arithmétiques
• Opérations binaires
• Unité Flottante (FPU)
• Opérations de transfert
• Opérations arithmétiques
• Opérations de comparaison
• Opérations de trigonométrie

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FPU Arithmétique

• fadd addition
• faddl v1 st ? st v1 (double, 64 bits)
• fadds v1,st(1) st(1) ? st(1) v1 (float, 32b)
• fadd st,st(2) st ? st st(2)
• faddp addition dépile

ST(0) 3.14159
ST(0) 4.14159
faddp
ST(1) 1.0
ST(1) 18.0
ST(2) 18.0
ST(2) ?????
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FPU Arithmétique (2)

• fiadd addition avec un entier
• faddl v1 st ? st v1 (32 bits)
• faddq v1,st(1) st(1) ? st(1) v1 (64 bits)
• fsub(p), fsubr(p) soustraction
• fsub v1 st ? st v1
• fsub st,st(1) st(1) ? st(1) st
• fsubr st,st(1) st(1) ? st st(1)
• fsubp remplace st,st(1) par st-st(1)
• fsubrp remplace st,st(1) par st(1)-st

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FPU Arithmétique (3)

• fisub, fisubr soustraction avec un entier
• fisubs v1 st ? st v1 (16 bits)
• fisubrl v1 st(1) ? v1 (32 bits) st(1)
• fmul, fmulp, fimul multiplication
• fmul st(1),st(2) st(2) ? st(2) st(1)
• fmult v1 st ? st v1 (réel 80 bits)
• fmulp remplace st,st(1) par stst(1)
• fimulq v2,st(3) st(3) ? st(3) v2 (entier 64b)

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FPU Arithmétique (4)

• fdiv, fdivp, fidiv division
• fdiv st(1),st(2) st(2) ? st(2) / st(1)
• fdivl v1 st ? st / v1 (réel 64 bits)
• fdivp remplace st,st(1) par st/st(1)
• fidivl v2,st(3) st(3) ? st(3) / v2 (entier 32b)
• fdivr, fdivrp, fidivr division inversée
• fdivr st(1),st(2) st(2) ? st(1) / st(2)
• fdivrl v1 st ? v1 (réel 64 bits) / st
• fdivrp remplace st,st(1) par st(1)/st(0)
• fidivrs v2,st(3) st(3) ? v2(entier 16b) / st(3)

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FPU Arithmétique (5)

• fabs valeur absolue
• fabs st ? abs(st)
• fchs opposé
• fchs st ? -st
• fsqrt racine carrée
• fsqrt st ? v(st)
• fprem1 modulo
• fprem1 st ? st st1 (reste de la division)
• frndint partie entière
• frndint st ? st

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Contenu du cours

• Unité Arithmétique et Logique (UAL/ALU)
• Opérations arithmétiques
• Opérations binaires
• Unité Flottante (FPU)
• Opérations de transfert
• Opérations arithmétiques
• Opérations de comparaison
• Note sur la précision des calculs

32
FPU Comparaisons

• fcom compare et modifie les flags FPU
• fcom compare st et st(1)
• fcoml v1 compare st et v1 (double)
• fcom st(3) compare st et st(3)
• fcomp fcom dépile
• fcomp compare st et st(1) dépile st
• fcomlp v1 compare st et v1 (double) dépile st
• fcomp st(3) compare st et st(3) dépile st
• fcompp fcom dépile 2 fois
• fcompp compare st et st(1) dépile st et st(1)

33
FPU Comparaisons (2)

• fcomi compare et modifie les flags CPU
• fcomi compare st et st(1)
• fcomi st(3) compare st et st(3)
• fcomip fcomi dépile
• fcomip compare st et st(1) dépile st
• fcomip st(3) compare st et st(3) dépile st

34
FPU Comparaisons (3)

• ficom compare avec un entier et modifie les
  flags FPU
• ficoml v1 compare st et v1 (double)
• ficoms v2 compare st et v2 (float)
• ficomp ficom dépile
• ficompl v1 compare st et v1 (double)
  dépile st
• ficomps v2 compare st et v2 (float) dépile
  st

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FPU Comparaisons (4)

• ftst compare à 0
• ftst compare st(0) à 0
• Dautres instructions existent
• Principalement sur la gestion des NaNs / 8
• Ce nest pas le but de ce cours
• Note finale
• Les flags FPU sont compatibles avec les flags CPU
• fstsw ax range létat du FPU dans AX
• sahf copie AH (flags FPU) dans EFLAGS

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Contenu du cours

• Unité Arithmétique et Logique (UAL/ALU)
• Opérations arithmétiques
• Opérations binaires
• Unité Flottante (FPU)
• Opérations de transfert
• Opérations arithmétiques
• Opérations de comparaison
• Opérations de trigonométrie

37
FPU Trigonométrie

• fsin remplace st par sin(st)
• fcos remplace st par cos(st)
• fsincos remplace st par sin(st) et empile
  cos(st)
• fldl alpha
• fsincos
• ? st(0)cos(alpha)
• ? st(1)sin(alpha)

38
FPU Trigonométrie (2)

• fptan remplace st par tan(st) et empile 1
• fldl alpha
• fptan
• ? st1.0 et st(1)tan(alpha)
• fpatan calcule atan(st(1)/st)
• fldl y
• fldl x
• fpatan
• ? stangle (x,y)

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FPU calculs avancés

• fyl2x remplace st,st(1) par st(1)log2(st)
• fldl abc
• fldl xyz
• fyl2x
• ? st(0) abc log2(xyz)
• fyl2x1 idem avec st(1)log2(1st)
• f2xm1 remplace st avec (2st - 1)

40
FPU calculs avancés (2)

• fscale multiplie par une puissance de 2
• fldl abc
• fldl xyz
• fscale
• ? st(0) xyz 2abc
• ? st(1) abc

41
Conclusion

• Un processeur CISC sait faire beaucoup trop de
  choses inutiles ou presque.
• Rappel
• 20 des opérations
• Utilisées dans 80 des cas
• Il ne faut pas savoir toutes les instructions par
  cœur
• mais savoir les retrouver quand on en a besoin !