Assembler

Už jsme se setkali s problematikou grafického subsystému. Dnes si ukážeme využití VBE (VESA BIOS Extension) pro nastavení grafických režimů s vyšším rozlišením a/nebo počtem barev, než nabízel standard VGA.

Jaký byl největší problém systému DOS? Neexistence pokročilejších funkcí, nutnost explicitní konfigurace hardwaru, či něco jiného? Z pohledu programátorů se jednalo o práci s pamětí organizované systémem segment:offset.

Dnes si představíme knihovnu nazvanou PeachPy, která umožňuje realizovat kooperaci mezi skripty v Pythonu a strojovým kódem zapsaným formou strojových instrukcí. PeachPy je v praxi relativně často používána pro „místní“ optimalizace.

Už jsme se setkali s propojením Pythonu s nativními knihovnami naprogramovanými (například) v jazyku C. Dnes si ukážeme jeden z alternativních způsobů, kterým lze z Pythonu volat podprogramy (subrutiny, funkce) v assembleru.

Prozatím jsme se zaměřili na assembler. Proč se však více nepoužívaly překladače vyšších programovacích jazyků? Dnes se na tuto otázku pokusíme částečně odpovědět otestováním několika dobových překladačů jazyka C.

Dnes si ukážeme základy práce s instrukcemi AVX v assembleru, konkrétně v Netwide Assembleru běžícího v Linuxu. Samotné AVX (Advanced Vector Extensions) rozšiřuje možnosti vektorových instrukcí na x86 i x86–64.

Na předchozí dvojici článků o rozšíření instrukční sady SSE2 dnes navážeme. Popíšeme si zbývající instrukce ze sady SSE2, které slouží pro operace prokládání prvků, extrakci či naopak spojování prvků vektorů a podobně.

Dnes si popíšeme a zejména otestujeme vybrané instrukce ze sady SSE2. Řekneme si, jaký je rozdíl mezi trojicí PAND, ANDNPS a ANDPD, způsob provedení bitových a bajtových posunů, ale i specifické vlastnosti vybraných konverzních instrukcí.

Dnes se budeme zabývat vektorizací smyček, v nichž se zpracovávají pole (vektory), což vyžaduje instrukce SSE2 nebo AVX. Důležité bude taktéž zjištění, jak je vektorizován přístup k prvkům pole s volitelným krokem (stride).

Na úvodní článek o automatických vektorizacích prováděných překladači dnes navážeme. Opět se zaměříme na autovektorizace prováděné překladačem GCC, dnes si ale otestujeme poněkud komplikovanější funkce, které se mají optimalizovat.

Proč se většina nově přidaných instrukcí SSE omezuje na práci s hodnotami typu single, když je mnoho aplikací založených na celočíselných datech nebo naopak používá typ double? Odpovědí byla instrukční sada SSE2.

Dokončíme popis rozšíření instrukční sady SSE. Ukážeme si některé netriviální operace, které je možné provádět se skaláry a především s vektory. Jedná se o konverzní operace a taktéž o rozbalování a zabalování prvků vektorů.

Popíšeme si zbylé instrukce pro provádění numerických výpočtů. Také se zmíníme o instrukci pro porovnání prvků vektorů, která má celkem osm různých variant. A nezapomeneme ani na problematiku nekonečných hodnot a hodnot NaN.

Ukážeme si základní způsoby komunikace hlavního programu běžícího na mikrořadiči s PIO programy. Pro tyto účely se používají fronty (FIFO) a vstupní i výstupní posuvné registry.

Po úspěšném a navíc i relativně bezproblémovém zavedení rozšíření MMX vzniklo u konkurence (AMD) rozšíření 3DNow!. To sice nebylo příliš populární, ovšem jednalo se o první krok k rozšíření nazvanému SSE (Streaming SIMD Extension).

Dnes si popíšeme zbylé MMX instrukce a většinu instrukcí použijeme v příkladech. Také si popíšeme instrukční sadu 3DNow! společnosti AMD. Ta nebyla přímou konkurencí MMX, ale spíše první vlaštovkou vedoucí k SSE a AVX.

Na úvodní článek o PIO na mikrořadičích Raspberry Pi Pico dnes navážeme. Pokusíme se propojit znalosti o PIO (interní architektura, způsob propojení s mikrořadičem i s GPIO, instrukční soubor) s vlastnostmi MicroPythonu.

Navážeme na článek o vektorových instrukcích na platformě 80×86. Popíšeme si další instrukce MMX, konkrétně všechny aritmetické instrukce, logické instrukce i instrukci, která kombinuje násobení prvků vektorů s jejich součtem.

Dnes se seznámíme s unikátní vlastností Raspberry Pi Pico. Tyto jednodeskové mikropočítače obsahují PIO (Programmable IO), což jsou bloky ovládající vstupně-výstupní piny (GPIO). Ty se chovají jako samostatně programovatelné procesory.

Začneme se seznamovat se SIMD instrukcemi pro platformu 80×86, které jsou souhrnně nazývány, i když ne zcela přesně, vektorové instrukce. První na řadě je technologie MMX.

Práce s hodnotami s plovoucí řádovou čárkou sice může vypadat jednoduše, ovšem není tomu tak, protože se musí pracovat s nekonečny, hodnotami NaN atd. Navíc musí FPU spolupracovat s mikroprocesorem.

Na praktických příkladech si ověříme základní funkce poskytované matematickým koprocesorem Intel 8087, na který navazuje řada čipů 80287 a 80387. Posléze se tyto funkce staly přímo součástí hlavního mikroprocesoru.

Nedílnou součástí prakticky všech procesorů je modul pro operace s plovoucí řádovou čárkou. Na platformě IBM PC se jednalo o řadu matematických koprocesorů označovaných čísly 8087, 80287, 80387 a (nepřesně) 80487.

Seznámíme se s dvěma technologiemi, které byly součástí mikroprocesoru Intel 80386. Tento v několika ohledech přelomový čip totiž kromě dalších vylepšení nabízel možnost stránkování (paging) a nový virtuální režim.

Přechod do chráněného režimu (a zpět) na mikroprocesorech Intel se podobá složitému rituálu. Všechny operace je nutné vykonat v určitém pořadí a naslepo: bez možnosti ladění nebo sledování činnosti PC.

Seznámíme se s vlastnostmi čipů 80286 a 80386, které souvisejí s reálným režimem, nereálným (unreal) režimem a režimem chráněným. Zabývat se budeme cachí s deskriptory segmentů, která se projevuje i v reálném režimu.

Billu Gatesovi se připisuje výrok „640K ought to be enough for anybody“, který ovšem pravděpodobně nikdy neřekl. Na počítačích IBM PC se skutečně dlouhou dobu bojovalo s omezenými možnostmi adresování většího paměťového rozsahu.

Dnes se budeme zabývat těmi novými instrukcemi, které byly přidány do třetí generace mikroprocesorů rodiny 80×86, tj. konkrétně do čipů Intel 80386 (a posléze i Intel 80486). Prozatím se zaměříme především na reálný režim.

Většina příkladů, které jsme si až doposud ukazovali, využívala pouze instrukce a registry dostupné na původních mikroprocesorech 8086 a 8088. Ovšem možnosti instrukčních sad se postupně s příchodem dalších čipů řady x86 rozšiřovaly.

Při programování IBM PC je třeba zajistit volání nějakého podprogramu v pravidelných intervalech. Realizace formou čekacích smyček je většinou nepraktická, proto je výhodnější využít časovač představovaný čipem 8253.