מחבר: צוות חינוך טכנולוגי מטח

שנת ההוצאה: תשס"ז - 2006

מילות מפתח: מערכות מחשב ואסמבלי

ספר הלימוד "מבוא למערכות מחשב ואסמבלי" מותאם ליחידת הלימוד החמישית "מערכות מחשב ואסמבלי". הוא כולל 10 פרקים שמקיפים את כל נושאי הלימוד שבתכנית הלימודים. בספר מושם דגש על פיתוח תכניות בשפת אסמבלי, שיטות מיעון והשימוש בהן, אופן הרצת תוכניות הכוללות שגרות, מקרו ופסיקות. כמו כן מושם דגש על תיאור של מבנה מעבד מתקדם, שימוש בצינור הוראות לביצוע תכניות ותיאור השימוש בזיכרונות (מטמון, סגמנטציה, וירטואלי). כל פרק בספר מכיל גם מגוון רחב של דוגמאות ותרגילים. אל הספר

נושא/נושאים: , מדעי המחשב

תוכן הספר:

• מבוא למערכות מחשב ואסמבלי

• תוכן העניינים

• פרק 1 המחשב הדיגיטלי

• 1.1 מבוא

• איור ‭1.1‬ תהליך תרגום תכנית לשפת מכונה

• טבלה ‭1.1‬ קטע תכנית בשפת אסמבלי ובשפת מכונה

• 1.2 מודל מופשט של מחשב

• איור ‭1.2‬ רמות ההפשטה במחשב

• איוו ‭1.3‬ מבנה מחשב בארכיטקטורה של פון ניומן

• 1.3 מבנה מחשב פשוט ואופן ביצוע ההוראות בשפת מכונה

• איור ‭2.4‬ מבנה סכמתי של המחשב הפשוט

• איור ‭1.5‬ תיאור הזיכרון והאוגרים במחשב הפשוט

• נ1בלה ‭1.2‬ הוראות העברה

• טבלה ‭1.3‬ הוראות חיבור

• איור ‭1.6‬ מצב התחלתי של התכנית בדוגמה ‭1.1‬

• איור ‭1.7‬ א סיום שלב ההבאה של ההוראה; ‭04 98 23‬ ב. השלב השני - ביצוע ההוראה

• איור ‭1.7‬ ב סיום שלב הביצוע של ההוראה ‭04 98 23‬

• איור ‭1.8‬ א סיום שלב ההבאה של ההוראה ‭04 99 54‬

• איור ‭1.8‬ ב סיום שלב הביצוע של ההוראה ‭04 99 54‬

• איור ‭1.9‬ סיום מחזור הבאה-ביצוע של ההוראה ‭03 01 98‬

• איור ‭1.10‬ סיום מחזור הבאה-ביצוע של ההוראה ‭03 02 99‬

• איור ‭1.11‬ סיום מחזור הבאה-ביצוע של ההוראה ‭07 01 02‬

• איור ‭1.12‬ סיום מחזור ההבאה-ביצוע של ההוראה ‭05 98 01‬

• טבלה ‭1.3‬ הוראות השוואה

• טבלה ‭1.5‬ הוראות התכנית

• טבלה ‭1.6‬ מסלולי ביצוע של התכנית המממשת מבנה בקרה

• איור ‭1.13‬ מצב התחלתי של האוגרים והזיכרון כאשר ‭A*B‬

• איור ‭1.14‬ סיום מחזור ההבאה-ביצוע של שתי ההוראות הראשונות

• איור ‭1.16‬ סיום מחזור ההבאה-ביצוע של ההוראה ‭10 06‬

• איור ‭1.15‬ סיום מחזור ההבאה-ביצוע של ההוראה ‭09 01 02‬

• אייר ‭1.17‬ סיום מחוור ההבאה-ביצוע של ההוראה ‭04 99 02‬

• א»ור ‭1.18‬ ב סיום שלב הביצוע של ההוראה ‭11 07‬

• א»ור ‭1.18‬ א סיום שלב ההבאה של ההוראה ‭11 07‬

• אייר ‭1.19‬ סיום מחזור ההבאה-ביצוע של שתי ההוראות הראשונות

• איור ‭1.20‬ סיום מחזור הבאה-ביצוע של ההוראה ‭02 01 09‬

• איור ‭1.21‬ סיום מחזור הבאה-ביצוע של ההוראה ‭10 06‬

• 1.4 הקשר בין יחידות המחשב

• איור ‭1.22‬ קריאת הוראה מהזיכרון

• איור ‭1.23‬ כתיבת נתון בזיכרון

• איור ‭1.24‬ אותות שעון

• איור ‭1.25‬ חיבור יחידות המחשב לאפיקים

• פרק 2 ייצוג מידע במחשב

• 2.1 מבוא

• 2.2 ייצוג מספרים שלמים

• טבלה ‭2.1‬ ערך המיקום של הספרות במספר 5827 10

• טבלה ‭2.2‬ הערכים המיקומים של המספר 100101 2

• טבלה ‭2.3‬ המרה של ‭100101,‬ למספר עשרוני

• טבלה ‭2.4‬ ערכי החזקות של 2

• טבלה ‭2.5‬ המרת המספר 1010010 למספר עשרוני 2

• טבלה ‭2.6‬ ייצוג בינארי של ערכי הספרות בבסיס 8 ובבסיס 16

• 2.3 ייצוג מספרים ממשיים

• 2.4 ייצוג טקסט

• טבלה ‭2.7‬ קוד ASCII

• 2.5 ייצוג תמונה

• איור ‭2.1‬ חלוקה של ציור ל0יקסלים

• איור ‭2.2‬ טבלת הפיקסלים ותמונה על הצג

• 2.6 יחידות זיכרון לאחסון מידע במחשב

• איור ‭2.3‬ בית

• איור ‭2.4‬ מילה

• איור ‭2.5‬ מילה כפולה

• איור ‭2.6‬ מילה מרובעת

• טבלה ‭2.8‬ יחידות מידע במחשב

• נספח ייצוג כללי של מספרים בשיטה מיקומית השונה מ-10 והמרתם לשיטה העשרונית

• פרק 3 פעולות אריתמטיות על ייצוג בינארי במחשב

• 3.1 חיבור וחיסור מספרים בינאריים בלתי מכוונים

• טבלה ‭3.1‬ לוח החיבור הבינארי

• טבלה ‭3.2‬ לוח החיסור הבינארי

• טבלה ‭3.3‬ לוח הכפל הבינארי

• 3.2 שיטות לייצוג מספרים בינאריים מכוונים

• טבלה ‭3.4‬ ייצוג מספרים בשיטת הגודל והסימן

• טבלה ‭3.5‬ ייצוג מספרים בשיטת המשלים ל‭2-‬

• 3.3 חיבור וחיסור מספרים בינאריים שלמים מכוונים

• 3.4 תחום הייצוג של מספרים בינאריים שלמים מכוונים ובלתי מכוונים

• פרק 4 שפת אסמבלי והמודל התכנותי של מעבד 8086

• 4.1 מבוא

• 4.2 המודל התכנותי של ה-8086

• איור ‭4.1‬ האוגרים במעבד 8086

• איור ‭4.2‬ מבנה האוגר AX

• טבלה ‭4.1‬ תיאור הדגלים

• 4.3 ארגון הזיכרון במעבד 8086

• טבלה ‭4.2‬ גדלים סטנדרטיים של זיכרון

• איוו ‭4.3‬ הקשר בין הכתובת הפיזית ‭11 450h‬ והכתובת היחסית ‭450h‬

• אייר ‭4.4‬ חפיפת מקטעים

• איור ‭4.5‬ הקצאת מקטעים לתכנית

• 4.4 כתיבת תכנית בשפת אסמבלי

• 4.5 הגדרת משתנים בשפת אסמבלי

• איור ‭4.6‬ אחסון מילה בזיכרון בשיטה ‭little-endian‬

• איור ‭*.7‬ הקצאת משתנים במקטע הנתונים DS

• 4.6 הצהרה טל קבועים - הנחיית אסמבלר EQUal) EQU או EQUate)

• נספח - תיאור תהליך הרצת התכנית

• טבלה ‭4.3‬ קטע מטבלת סמלים של תכנית

• פרק 5 תכנות בסיסי בשפת אסמבלי

• 5.1 מבוא

• 5.2 הוראות להעברת נתונים

• טבלה ‭5.1‬ צירופי אופרנדים אפשריים בהוראת MOV

• טבלה ‭5.2‬ צירופי אופרנדים אפשריים בהוראת XCHG

• 5.3 הוראות אריתמטיות - חיבור וחיסור

• טבלה ‭5.3‬ צירופי אופרנדים אפשריים בהוראות ‭SUB-1 ADD‬

• איור ‭5.1‬ חיבור מספרים מטיפוס בית

• טבלה ‭5.4‬

• טבלה ‭5.5‬ סוגי אופרנדים אפשרי בהוראות ‭DEC-1 INC‬

• 5.4 הוראות בקרה

• איוו ‭5.2‬א מצב הזיכרון והאתרים לאחר סיום שלב ההבאה של ההוראה ‭jmp next‬

• א>ור ‭5.2‬ ב מצב הזיכרון והאוגרים לאחר סיום ביצוע ההוראה ‭jmp next‬

• טבלה ‭5.6‬ הוראות קפיצה מותנות המותנות במצב דגל

• טבלה ‭5.7‬ הוראות קפיצה מותנות למספרים מכוונים ולמספרים בלתי מכוונים

• טבלה ‭5.8‬ תיאור פונקציה

• טבלה ‭5.10‬ טבלת מעקב אחר ביצוע הלולאה

• 5.5 הוראות כפל וחילוק

• איור ‭5.3‬ כפל מספרים מטיפוס בית

• איור ‭5.5‬ חילוק מספרים מטיפוס בית

• איור ‭5.6‬ חילוק מספרים מטיפוס מילה

• 5.6 הוראות לוגיות

• איור ‭5.7‬ פונקציה לוגית

• איור ‭5.8‬ ייצוג מספרים שנבחרו בהגרלה במילה

• איוי ‭5.9‬ טבלת האמת של פעולת AND

• איור ‭5.10‬ מיסוך אוגר AL עם המסיכה OFh

• איור ‭5.11‬ טבלת האמת של הפונקציה OR

• איור ‭5.12‬ פעולת המיסוך של ההוראה OR

• איור ‭5.13‬ פונקצית OR לאיחוד הפעולות ששני העובדים יודעים לבצע

• איוו ‭5.14‬ דוגמה לאיחוד הפעולות ששני העובדים יודעים לבצע

• איור ‭5.15‬ טבלת האמת של פינקצית XOR

• איור ‭5.16‬ טבלת האמת של פעולת NOT

• איור ‭5.17‬ דוגמה לפעולת NOT

• 5.7 הוראות הזזה וסיבוב

• איור ‭5.18‬ הצגת מספר ‭00001100 2‬ בשיטת מיקומית

• איור ‭5.19‬ הכפלת מספר

• איור ‭5.20‬ חלוקת מספר

• איור ‭5.21‬ הזוה לוגית שמאלה של בית

• איוו ‭5.22‬ הזזה אריתמטית שמאלה של בית

• טבלה ‭5.11‬

• איור ‭5.23‬ הזזה לוגית ימינה של בית

• איור ‭5.24‬ הזזה אריתמטית ימינה של בית

• איור ‭5.25‬ הזזה מעגלית ללא נשא

• איור ‭5.26‬ הזזה מעגלית עם נשא

• פרק 6 שיטות מיעון, מערכים ורשומות

• 6.1 הצהרה על מערכים ורשומות

• איור ‭6.1‬ב' אחסון מערך חד-ממדי בזיכרון (תוכן האיברים מצויין במספרים הקסדצימליים)

• איור ‭6.1‬ א' מערך חד-ממדי (תוכן האיברים מצויין בשיטה העשרונית)

• איור ‭6.2‬ מיפוי מערך דו-ממדי לזיכרון לינארי

• איור ‭6.3‬ א מערך דו-ממדי

• איור ‭6.3‬ ב מיפוי של מערך דו-ממדי לזיכרון לינארי

• 6.2 שיטות מיעון

• 6.3 מיעון מיידי (Immediate addressing)

• 6.4 מיעון אוגר (Register addressing)

• 6.5 מיעון ישיר (Direct addressing mode)

• אי1ר bA שיטת מיעון ישיר

• 6.6 מיעון עקיף בעזרת אוגר (Register Indirect Addressing)

• איור ‭6.5‬ שיטת טיעון עקיף בעזרת אוגר

• 6.7 מיעון אינדקס ישיר (Direct Indexed Addressing)

• איור ‭6.6‬ מיעון אינדקס ישיר

• 6.8 מיעון בסיס (Base Relative Addressing)

• 6.9 מיעון אינדקס-בסיס (Based Indexed Addressing Modes)

• איור ‭6.7‬ מיעון אינדקס-בסיס

• איור ‭6.8‬ מיעון אינדקס-בסיס עם העתק

• פרק 7 מחסנית, שגרות ומקרו

• 7.1 מבוא

• 7.2 כתיבת פרוצדורה וזימונה

• 7.3 המחסנית ומצביע המחסנית

• איור ‭7.1‬

• איור ‭7.2‬ דחיפת שלושה נתונים למחסנית בזה אחר זה

• איור ‭7.3‬ שליפת שלושה נתונים מן המחסנית בזה אחר זה

• איור ‭7.4‬ דחיפת האוגר למחסנית

• איור ‭7.5‬ ביצוע ההוראה ‭pop dx‬

• איור ‭7.6‬ מצב הזיכרון לאחר טעינת התכנית

• איור ‭7.7‬ מצב הזיכרון לאחר ביצוע הקריאה לפרוצדורה ו ‭call initData‬

• איור ‭7.8‬ מצב הזיכרון לאחר ההוראה ret (הוראת החזרה מהפרוצדורה)

• 7.4 העברת פרמטרים

• אייר ‭7.9‬ מצב מקטע הנתונים והמחסנית לאחר זימון הפרוצדורה ‭,swap‬ אך לפני תחילת ביצועה

• איור ‭7.10‬ מצב מקטע הנתונים והמחסנית לאחר זימון פרוצדורה ‭swapByRef‬

• טבלה ‭7.1‬ טבלת מעקב אחר ביצוע הפרוצדורה ‭swapByRef‬

• איור ‭7.11‬ מצב מקטע הנתונים והמחסנית לאחר סיום הפרוצדורה swapByRef

• 7.5 מימוש משתנים מקומיים

• איור ‭7.12‬ מצב מחסנית הכולל פרמטרים ומשתנים מקומיים

• איור ‭7.13‬ מצב מחסנית לאחר הקצאת מקום למשתנה מקומי

• 7.6 העברת מערך כפרמטר לפרוצדורה

• 7.7 מימוש פונקציות

• 7.8 פונקציה רקורסיבית

• איור ‭7.14‬ מצב הזיכרון והמעבד לאחר קריאה לפונקציה ‭example‬

• איור ‭7.15‬ מצב הזיכרון והמעבד לאחר הזימון הרקורסיבי הראשון

• איור ‭7.16‬ מצב הזיכרון והמעבד לאחר הזימון הרקורסיבי השני

• אייר ‭7.17‬ מצב הזיכרון והמעבד לאחר חזרה מהזימון הרקורסיבי השני

• איור ‭7.18‬ מצב הזיכרון והמעבד לאחר הזימון הרקורסיבי הראשון

• א>ור ‭7.19‬ מצב הזיכרון והמעבד לאחר חזרה לתכנית הראשית

• א‭1»‬ר ‭7.20‬ מצב המעבד והזיכרון לאחר שהתכנית הראשית קראה ‭factorial(2)^‬

• איוו־ ‭7.21‬ מצב המעבד והזיכרון לאחר שהתכנית הראשית קראה ‭factorial 1)^‬

• איור ‭7.22‬ מצב המעבד והזיכרון לאחר שהתכנית הראשית קראה ‭factorial(O)^‬

• א>ור ‭7.23‬ מצב המעבד והזיכרון לאחר חזרה מזימון של ‭factorial(O)‬

• איור ‭7.24‬ מצב המעבד והזיכרון לאחר חזרה מזימון של ‭factorial 1 )‬

• איור ‭7.25‬ מצב המעבד והזיכרון לאחר חזרה לתכנית הראשית

• 7.9 מקרו

• פרק 8 עיבוד מחרוזות ובלוקים של נתונים

• 8.1 הגדרת מחרוזות בשפת אסמבלי

• איור ‭8.1‬ מפת זיכרון המכיל מחרוזות

• 8.2 מבנה של הוראות מחרוזת

• 8.3 העתקת מחרוזות - ההוראה MOVS

• 8.4 חזרה על פעולת ההעתקה

• 8.5 כתיבת תווים במחרוזת - ההוראה Store a String) STOS)

• 8.6 קריאת תו ממחרוזת ־ ההוראה Load a String) LODS)

• 8.7 השוואת מחרוזות - ההוראה CoMPare String) CMPS)

• 8.8 חיפוש תו במחרוזת הוראה SCAn String) SCAS)

• 8.9 טבלאות תרגום וההוראה XLAT ("קיצור" של translate)

• פרק 9 פסיקות וקלט-פלט

• 9.1 הוראות קלט-פלט

• 9.2 שימוש בשגרת השירות של DOS

• טבלה ‭9.1‬ מבנה זיכרון הדרוש למחרוזת

• 9.3 מנגנון ביצוע פסיקות במעבד 8086

• איור ‭9.1‬ מצב הזיכרון לאחר ההענות לבקשת פסיקה ב‭8086-‬ (לפני ביצוע שגרת הטיפול עצמה)

• איור ‭9.2‬ א. טבלת וקטור הפסיקות של ה‭;8086-‬ ב. איבר בטבלת וקטור הפסיקות

• טבלה ‭9.2‬ וקטור הפסיקה מסוג 5

• איור ‭9.3‬ היענות לבקשת פסיקה מסוג 5

• איור ‭9.4‬ ביצוע חזרה משגרת טיפול בפסיקות

• 9.4 קריאה ושינוי של פסיקה

• 9.5 הוראות IN ו-OUT

• פרק 10 ארכיטקטורה של מעבדים מתקדמים

• 10.1 ההשפעה של ההתפתחות הטכנולוגית על מבנה מעבדים מתקדמים

• איור ‭10.1‬ התפתחות מעבדי אינטל וחוק מור (נלקח מאתר של אינטל)

• טבלה ‭10.1‬ התפתחות מעבדים ממשפחת ‭80x86‬

• 10.2 מבנה האוגרים במעברים מתקדמים

• איור ‭10.2‬ האתרים לשימוש כללי בפנטיום

• 10.3 ארכיטקטורת "צינור הוראות" (pipelining)

• איור ‭10.3‬ עובד אחד מטפל בארבעה לקוחות

• איור ‭10.4‬ שני עובדים מטפלים בארבע לקוחות

• אי/ד ‭10.5‬ מבנה סכמתי של מרכיבי מעבד 8086

• איוי ‭10.6‬ ארבעה עובדים מטפלים בארבעה לקוחות

• איור ‭10.7‬ מבנה מעבד עם צינור הוראות בן 4 פעולות

• איור ‭10.8‬ תהליך ביצוע הוראות בצינור הוראות בן 4 שלבים

• איור ‭10.9‬ א מצב של ‭structural hazard‬

• איור ‭10.9‬ ב שימוש בהשהיה כדי למנוע מצב ‭structural hazard‬

• איור ‭10.10‬ א מצב של ‭data hazard‬

• איור ‭10.10‬ ב שימוש בהשהיה כדי לפתור מצב של ‭data hazard‬

• א>ור ‭10.11‬ מבנה מעבד הכולל קידום נתונים ‭(data forwarding)‬

• איווי ‭10.12‬ שימוש בקידום נתונים

• איור ‭10.13‬ הכנסת הוראות NOP כדי לפתור את בעיית ‭data hazard‬

• איור ‭10.14‬ א

• איור ‭10.14‬ ב

• איור ‭10.15‬ א

• איור ‭10.15‬ ב

• איור ‭10.16‬

• איור ‭10.17‬ שתי יחידות ביצוע מקבילות

• 10.4 ארגון זיכרון

• טבלה ‭10.2‬ אוגרי המקטע ואוגרי ההיסט בעבודה במצב אמיתי ובעבודה במצב מוגן

• איור ‭10.18‬ היררכיית זכרונות

• איור ‭10.19‬ מבנה אוגר מקטע ‭(selector)‬

• איור ‭10.20‬ תרגום כתובת לוגית לכתובת פיזית

• א>ור ‭10.21‬

עמודים:

1  2  3  4  5  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  
27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  
52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  
77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  
102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  115  116  117  118  119  120  121  122  123  124  125  126  127  
128  129  130  131  132  133  134  135  136  137  138  139  140  141  142  143  144  145  146  147  148  150  151  152  153  
154  155  156  157  158  159  160  161  162  163  164  165  166  167  168  169  170  171  172  173  174  175  176  177  178  
179  180  181  182  183  184  185  186  187  188  189  190  191  192  193  194  195  196  197  198  199  200  201  202  203  
204  205  206  207  208  209  210  211  212  213  215  216  217  218  219  220  221  222  223  224  225  226  227  228  229  
230  231  232  233  234  235  236  237  238  239  240  241  242  243  244  245  246  247  248  249  250  251  252  253  254  
255  256  257  258  259  260  261  262  263  264  265  266  267  268  269  270  271  272  273  274  275  276  277  278  279  
280  281  282  283  284  285  286  287  288  289  290  291  292  293  294  295  296  297  298  299  300  301  302  303  304  
305  306  307  308  309  311  312  313  314  315  316  317  318  319  320  321  322  323  324  325  326  327  328  329  330  
331  332  333  334  335  336  337  338  339  340  341  342  343  345  346  347  348  349  350  351  353  354  355  356  357  
358  359  360  361  362  363  364  365  366  367  368  369  370  371  372  373  374  375  376  377  378  379  380  381  382  
383  384