Системное программное обеспечение (СПО)

Запись на курс.
Раздел - операционные системы
Курс: Основы операционных систем. Практикум.

Уровень: для специалистов || Статус: бесплатный || Опубликован: 16.09.2004
- необходимо проработать и сдать первые шесть занятий , это - материал для практических занятий в сессию. К сожалению, по теоретической части курса на "Интуите" я ничего не нашел, а самому написать ... :-((( Поэтому будем надеяться на сессию. 



Литература

 Л. Бек Введение в системное программирование. М, Мир 1988

 ( Монография учебного характера, написанная толковым специалистом. В ней изложены все основные компоненты системного программного обеспечения. Особое внимание уделено их взаимосвязи с архитектурой вычислительных комплексов. Конкретные реализации компонентов обсуждаются на примере трех современных ( 1988-му году – прим. мое) вычислительных систем: IBM/370, VAX, CYBER . Книга есть в I-net-е )

 Темы, выносимые на экзамен.

1. Классификация систем программирования. Основные характеристики машинно-ориентированной СП.
2. Пример характеристик машинно-ориентированной системы программирования для учебной машины.
3. Относительный, индексный, базовый, косвенный и непосредственный методы адресации памяти в машинно-ориентированных СП и их назначение.
4. Общая характеристика языка Ассемблера. Команды Ассемблера и директивы ассемблирования.
5. Постановка задачи проектирования ассемблера, формат объектного модуля
6. Структуры данных и алгоритмы первого и второго прохода двухпроходного ассемблера
7. Постановка задачи проектирования специализированного системного ПО – загрузчиков. Виды загрузки.
8. Задачи управления загрузкой и соответствующие им директивы
9. Назначение и способ организации оверлейной, динамической и раскручивающей загрузки.
10. Первоначальная загрузка ОС в ЭВМ с архитектурой IBM PC
11. Логическая схема компилятора языка высокого уровня (ЯВУ).
12. Формальная грамматика ЯВУ, ее структура и описание. Деревья грамматического разбора.
13. Задача лексического анализа программы на ЯВУ. Сканирование и внутреннее представление
14. Задача синтаксического анализа программы на ЯВУ. Восходящие и нисходящие методы.
15. Схемы обработки программ на ЯВУ на основе компиляции и интерпретации. Р-код.

Методические указания к выполнению контрольной работы по курсу «Системное программное обеспечение»

1. Цели и задачи.

 Целью контрольной работы является знакомство с системным программированием на уровне машинных команд и языка ассемблера. В качестве примера машинно-ориентированной системы программирования (МО СП) взята система учебной упрощенной машины (УУМ), описаннная в книге Л.Бека «Системное программирование».

Содержанием контрольной работы является составление программы на языке ассемблера УУМ и ручное ассемблирование ее на уровень машинных команд УУМ.

2. Описание процессора УУМ.

В соответствии с правилами описания МО СП приведем следующие ее характеристики:

1.      1.Память – байтовая, 1 машинное слово состоит из 3 байт, адресация слов – по номеру младшего байта.

2.      Регистры общего назначения –аккумулятор А, индексный регистр Х, регистр связи L, программный счетчик РС. Условное изображение процессора приведено на рис.1

3.      Типы данных – 24-разрядные двоичные целые и 1-байтовые символьные (в ASCII-коде)

4.      Структура команд. Команда занимает 1 слово (24 разряда), все команды относятся к типу RM (регистр  - память), во всех операциях в качестве операционного регистра используется регистр А, в котором сохраняется результат выполненной операции. Формат команды и схема адресации памяти (установка эффективного адреса ЕА приведены на рис.2.

CPU

A

SW                   CC

L

PC

X

Р Адреса

Р Данных

Р Команд

Рис.1. Логическая структура процессора УУМ.

Команда УУМ

8	1	7	8
Код операции	x	Адресная часть addr

EA = addr при х=0                 прямая адресация

EA = addr + < X > при х=1   индексная адресация

Рис.2. Формат команды МО СП УУМ.

Система команд учебной упрощенной машины имеет следующий вид:

Мнемоника   код     Смысл (что делает)

ADD  m           18        A:=(A) + (m .. m+2)

AND   m         40        A:=(A) & (m .. m+2)

COMP  m       28        A : (m .. m+2), set CC

DIV  m            24        A:=(A) / (m .. m+2)

  J      m           3C       PC:= m

JEQ  m            30        PC:= m  if  CC set to =

JGT  m 34        PC:= m  if  CC set to >

JLT  m             38        PC:= m  if  CC set to <

JSUB  m          48        (L) := m, PC:= m

LDA  m           00        A:= (m .. m+2)

LDCH  m        50        A[ мл.байт ]:= (m )

LDL  m            08        L:= (m .. m+2)

LDX  m           04        X:= (m .. m+2)

MUL  m          20        A:=(A) * (m .. m+2)

OR   m             44        A:=(A) | (m .. m+2)

RD  m              D8       A[ мл.байт ] := 1 байт с устройства m

RSUB              4C       PC := (L)

STA  m            0C       (m .. m+2):=(A[ мл.байт ])

STCH  m         54        (m ):=(A)

STL  m            14        (m .. m+2):=(L)

STX  m            10        (m .. m+2):=(X)

SUB  m           1C       A:=(A) - (m .. m+2)

TD  m              E0        Установить СС для устройства m

WD  m            DC      A[ мл.байт ] => на устройство m

3. Описание языка ассемблера УУМ.

Формат команды ассемблера   МЕТКА ОПЕРАЦИЯ ОПЕРАНД КОММЕНТАРИЙ

Директивы ассемблирования

START А-начала

END А-точки-входа

WORD число

BYTE `последовательность

RESW число

RESB  число

`

4. Пример программы на языке ассемблера УУМ.

Программа выполняет сложение двух целых чисел, 1 и 2, размещенных в оперативной памяти (ОЗУ)  В таблице 1 приведены команды ассемблера и столбцы для кодов машинных команд. В таблицах SYMTAB (символьных имен) и MOTAB (машинных команд) приведены используемые в примере данные.

Таблица 1. Программа и коды при ручном ассемблировании (заготовка)

Метка	Команда	Операнд	Длина	LC	КОП	Addr
SUMMA	START	100	0	100	-	-	-
ENTRY	STL	RETADR	3	100
	LDA	FIRST	3	103
	ADD	SECONND	…	…
	STA	SUMM
	LDL	RETADR
	RSUB
FIRST	WORD	1
SECOND	WORD	2
SUMM	RESW	1
RETADR	RESW	1
	END	ENTRY

Таблица SYMTAB                                                                    Таблица MOTAB

Имя	Адрес		Мнемоника	КОП	Длина
SUMMA	100		ADD	18	3
ENTRY			LDA	00	3
FIRST			LDL	08	3
SECOND			STA	0C	3
SUMM			STL	14	3
RETADR			RSUB	4C	3

5. Объектный файл.

Объектный файл представляет собой файл, содержащий машинные коды и информацию для загрузчика, на основании которой загрузчик сможет разместить коды в ОЗУ. Объектные файлы в различных системах программирования имеют различный вид. В МО СП УУМ объектный файл в простейшем случае содержит записи трех типов, Н(запись-заголовок), Т (запись, содержащая машинный код) и Е (конечная завершающая запись). Форматы этих записей имеют следующий вид.

H^Имя-программы^А-начала^Длина

Т^А-загрузки^Длина-записи^Коды

Е^Адрес-точки-входа

  

Для рассмотренного ранее примера объектный файл запишется следующим образом.

Н^SUMMA^100^1E

T^100^F^14 01 1B 00 01 12 18 01 15 0C 01 18 08 01 1B

T^10F^9^4C 00 00 00 00 01 00 00 02

E^100

6. Задание для контрольной работы.

В ходе выполнения контрольной работы необходимо составить 2 программы на языке ассемблера, выполнить из ассемблирование вручную и составить соответствующие объектные файлы.

Первая программа описывает вычисление простого выражения с помощью арифметических операций над 2 – 3 переменными, хранимыми в ОЗУ, туда же помещается и результат вычислений. При выполнении этой части контрольной работы следует использовать в качестве образца формы записи, приведенные в пример.

Вторая программа описывает работу с массивами, т.е. данными, расположенными в памяти регулярным образом. При работе с такими данными следует использовать циклические алгоритмы (с командами передачи управления) и индексный способ адресации данных. Предполагается, что все массивы располагаются в ОЗУ и содержат N элементов.

7. Описание вариантов заданий.

Вариант	Первая задача	Вторая задача
1	Х = (а + в )/(а - в)	Найти среднее арифметическое для элементов массива, N= 10
2	Х = (а - в )*(а + в)	Найти наибольший из элементов массива, N= 10
3	Х = (а + в )*(а - в)	Найти наименьший из элементов массива, N= 10
4	Х = (а - в )/(а + в)	Найти наибольший и наименьший из элементов массива, N= 10
5	Х = (а - в )*(2*а * в)	Найти наибольший из элементов массива, N= 15
6	Х = (а + в )/( 2*а * в)	Найти средне значение элементов массива, N= 15
7	Х = (а - в  + с )/ 3	Создать массив, элементы которого являются суммами соответствующих элементов двух других массивов,  N= 10
8	Х = (а + в+ с )*(а +-в)	Создать массив, элементы которого являются разностями соответствующих элементов двух других массивов,  N= 10
9	Х = (а + в+ с)*(а - в)	Создать массив, элементы которого являются произведениями соответствующих элементов двух других массивов,  N= 10
10	Х = (а - в )*( а + в+ с)	Создать массив, элементы которого являются отношениями соответствующих элементов двух других массивов,  N= 10
11	Х = (а - в )*(2*а )	Создать массив, элементы которого являются числами натурального ряда, начиная с 1,  N= 10
12	Х = 2*а * (а - в )	Создать массив, элементы которого являются членами арифметической прогрессии с первым элементом 1 и знаменателем 3,  N= 10
13	Х = 2*а * ( а + в )	Создать массив, элементы которого являются членами геометрической  прогрессии с первым элементом 1 и знаменателем 3,  N= 10
14	Х = (а - в )^2 (возведение в степень)	Создать массив, элементы которого являются членами ряда Фибоначчи с первыми двумя элементами 1 и 1,  N= 10
15	Х = (а +в)^2 (возведение в степень)	Создать массив, элементы которого являются членами ряда Фибоначчи с первыми двумя элементами 1 и 2,  N= 10

6. Рекомендуемые учебные материалы.

1.      Л. Бек Введение в системное программирование. М, Мир 1988.

2.      http://www.mva-zo-it.blogspot.ru/2012/12/blog-post_20.html.