Befehlsübersicht RISC Simulator

Kompakte Referenz zu den Befehlen des RISC Simulators von Peter Higginson, die für die Aufgaben im Assembler-Dossier gebraucht werden. Offizielle Quellen: Manual und Instruction Set (PDF).

Register: Es gibt acht frei verwendbare Register R0 bis R7 sowie drei Spezialregister:

Flags: Das Flags-Register hält das Ergebnis der letzten ALU-Operation fest. Die Sprungbefehle werten genau diese vier Bits aus.

Speicher: 1 Wort = 16 Bit. Das Programm wird ab Adresse 000 geladen, der Stack beginnt bei 400 und wächst nach unten. Der Bereich dazwischen ist die Heap.

Fast jeder Befehl gibt es in mehreren Varianten. Entscheidend ist, woher der zweite Operand kommt:

Zahlen können überall auch hexadezimal als 0xnnnn geschrieben werden. Ein Immediate ist auf 8 Bit begrenzt, also auf Werte von 0 bis 255 – MOV R1,#1000 funktioniert nicht, dafür braucht es den Umweg über den Speicher.

Kurzform mit zwei Operanden: Der Assembler ergänzt fehlende Register automatisch. ADD R1,R2 bedeutet ADD R1,R1,R2 und LSR R1,#3 bedeutet LSR R1,R1,#3. Ebenso ist (R2) dasselbe wie 0(R2).

LDR, STR und MOV verändern die Flags nicht (MVN schon).

Die Gerätenummer bestimmt das Format der Ausgabe:

Eine Marke ist nichts anderes als ein Name für eine Adresse. Schreibt man sie vor ein DAT, bekommt die reservierte Speicherzelle einen Namen – und damit hat man das, was in Python oder C# eine Variable heisst:

X       DAT 42

Ab jetzt darf überall, wo eine Speicheradresse erwartet wird, X statt der Zahl stehen. Der Assembler setzt beim Übersetzen automatisch die richtige Adresse ein. Es gibt drei Arten, eine solche Variable zu benutzen:

Ein vollständiges Beispiel – es addiert zwei Variablen und legt das Resultat in einer dritten ab:

        LDR R0,zahl1     // R0 = 42
        ADD R0,zahl2     // R0 = 42 + 8
        STR R0,summe     // summe = 50
        OUT R0,4
        HLT
zahl1   DAT 42
zahl2   DAT 8
summe   DAT              // leere Zelle für das Resultat

Drei Dinge sind dabei wichtig:

• Die Daten gehören ans Ende, nach dem HLT. Die CPU arbeitet den Speicher stur von oben nach unten ab und würde ein DAT sonst als Befehl auszuführen versuchen.
• DAT ohne Wert ergibt eine leere Zelle – genau richtig für Resultate, die das Programm erst später berechnet.
• Der Name ersetzt nur die Adresse, nicht den Wert. LDR R0,X holt den Inhalt von X. Eine Verwechslung mit MOV R0,#X (das die Adresse von X ins Register schreibt) ist ein beliebter Fehler.

Die beiden wichtigsten Tricks für 32-Bit-Zahlen:

ADC addiert den Übertrag der vorherigen Addition mit. Damit rechnet man Word für Word: zuerst ADD für das untere Word, dann ADC für das obere.

ADC Rd,R7 addiert nur den Übertrag (0 oder 1), sofern R7 noch den Wert 0 hat. So fängt man den letzten Übertrag in einem eigenen Register auf. Achtung: R7 ist kein echtes Null-Register, es ist nach dem Reset bloss zufällig 0. Wer R7 vorher beschreibt, zerstört den Trick.

MLX liefert das volle 32-Bit-Produkt auf zwei Register verteilt: MLX R1,R0 legt das untere Word in R1 und das obere in R2. MLX rechnet vorzeichenlos und löscht alle Flags ausser Z – ein ADC direkt danach addiert also garantiert eine 0.

Ein Vergleich und der zugehörige Sprung sind immer zwei Befehle: CMP rechnet im Stillen Rb - Operand und setzt nur die Flags, der Branch wertet sie aus.

Sprungziel ist eine Marke (Label), z.B. BGE LOOP.

BGT BGE BLT BLE vergleichen mit Vorzeichen, BHI BHS BLO BLS ohne. BRA Rs springt an die Adresse, die im Register Rs steht.

So sieht eine Zählschleife aus:

        MOV R1,#10
LOOP:   OUT R1,4
        SUB R1,#1
        CMP R1,#0
        BGE LOOP
        HLT

Der Stack arbeitet nach LIFO: zuletzt abgelegt, zuerst geholt. Wer zwei Werte mit PSH R0 und PSH R1 übergibt, muss sie in der Funktion mit POP R1 und POP R0 – in dieser Reihenfolge – wieder abholen.

Bei Rekursion aufpassen: JMS überschreibt LR. Ruft sich eine Funktion selbst auf, ist die ursprüngliche Rücksprungadresse verloren. Deshalb rettet man LR zu Beginn auf den Stack (PSH {R0,LR}) und holt ihn am Ende wieder zurück.

• Flags werden nur von ALU-Operationen gesetzt. LDR, STR und MOV lassen sie unberührt. Ein CMP gehört deshalb unmittelbar vor den Branch – ein LDR dazwischen ist harmlos, ein ADD zerstört den Vergleich.
• Immediates gehen nur bis 255. Grössere Konstanten kommen über DAT in den Speicher und werden mit LDR geholt.
• MUL verliert die oberen 16 Bit. Wer das ganze Produkt braucht, nimmt MLX.
• MLX löscht die Flags (ausser Z). Ein Übertrag aus einer vorherigen Addition ist danach weg.
• R7 ist nur nach dem Reset 0. Der ADC Rd,R7-Trick setzt das voraus.
• JMS überschreibt LR. Ohne Rettung auf den Stack scheitert jede Rekursion.
• Der Stack läuft nach unten und wird nicht umgebrochen. Zu viele POP erzeugen einen Fehler, danach hilft nur Reset.