Detail předmětu

Programování na strojové úrovni

FIT-ISUAk. rok: 2022/2023

Číselné soustavy: zobrazování celých čísel bez a se znaménkem, aritmetika ve dvojkové soustavě, reálná čísla ve formátu IEEE-754. Strojový jazyk: jazyk symbolických instrukcí, základní funkce počítače. Konkrétní architektura procesoru: registry, základy organizace paměti, adresování, systém přerušení, práce s koprocesory, soubor instrukcí a jejich formát. Programování na úrovni strojového jazyka: základní programátorské konstrukce, překlad a linkování kódu. Návaznost na vyšší programovací jazyky: standardní předávání řízení a parametrů při volání funkcí, služby operačního systému. Koprocesor: formát čísel, instrukční sada, programování koprocesoru FPU.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

Ing. Filip Orság, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav inteligentních systémů (UITS)

Výsledky učení předmětu

Studenti se seznámí s jednou konkrétní architekturou procesoru. Naučí se používat nejdůležitější instrukce daného procesoru a koprocesoru FPU, jazyk symbolických instrukcí a budou schopni vytvářet jednoduché programy, překládat je a spojovat do spustitelných programů. Získají základní vědomosti o předávání řízení, předávání parametrů, přehled o službách operačního systému a jejich volání a budou schopni tyto získané vědomosti prakticky používat. Studenti získají základní vědomosti o architektuře a činnosti procesoru, které patří k základním znalostem všech odborníků oboru IT. Naučí se řešit jednoduché problémy v jazyku symbolických instrukcí a návaznost na vyšší programovací jazyky.

Prerekvizity

Základní znalost programování v jazyce C.

Způsob a kritéria hodnocení

  • půlsemestrální písemný test
  • testy v počítačových cvičeních
  • minimální počet bodů nutný na získání zápočtu: 20
  • minimální počet bodů u zkoušky: 25

Osnovy výuky

  1. Úvod, číselné soustavy, reprezentace čísel, binární aritmetika.
  2. Základní funkce procesoru, strojový jazyk, jazyk symbolických instrukcí, asembler.
  3. Architektura procesoru - registry, typy operandů, formát instrukcí, adresování paměti, přerušení.
  4. Architektura procesoru - přenosy, aritmetické a logické instrukce.
  5. Architektura procesoru - posuny a rotace, předávání řízení.
  6. Architektura procesoru - další instrukce.
  7. Půlsemestrální test.
  8. Zásady programování ve strojovém jazyku, základní řídící konstrukce.
  9. Funkce, standardní předávání řízení a parametrů.
  10. Programové moduly, knihovny, služby operačního systému.
  11. Koprocesor FPU - architektura, reprezentace reálných čísel, instrukční sada.
  12. Koprocesor FPU - instrukční sada, programování a ukázky použití.
  13. Překladač jazyka symbolických instrukcí - pseudoinstrukce, direktivy, výrazy, operátory, operandy a makra.

Učební cíle

Seznámit s programováním počítačů na nejnižší úrovni se zaměřením na vybranou architekturu. Seznámit a naučit aktivně pracovat s číselnými soustavami, zobrazováním čísel bez a se znaménkem, aritmetikou v dvojkové soustavě a se zobrazováním reálných čísel. Seznámit s vybranou konkrétní architekturou procesorů, formátem instrukcí a adresovacími režimy. Naučit aktivně programovat běžné řídící konstrukce v asembleru s daným souborem instrukcí. Propojit programování v asembleru na nízké úrovni s programovacími jazyky vyšší úrovně knihovnami a službami operačního systému. Naučit používat koprocesor pro práci s reálnými čísly (FPU).

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

  • průběžné bodované testy na počítačových cvičeních
  • testy v počítačových cvičeních zmeškané z důvodu nemoci nebo jiné, řádně doložené absenci lze nahradit v následujícím cvičení případně v jiném termínu domluveném s garantem předmětu

Základní literatura

Intel® 64 and IA-32 architectures software developer’s manual combined volumes: 1, 2A, 2B, 2C, 2D, 3A, 3B, 3C, 3D, and 4. Webové stránky společnosti Intel [online]. [cit. 2022-01-06]. Dostupné z: https://www.intel.com/content/dam/develop/public/us/en/documents/325462-sdm-vol-1-2abcd-3abcd.pdf
The Netwide Assembler: NASM, Quick reference Guide [online]. [cit. 2022-01-06]. Dostupné z: https://www.nasm.us/xdoc/2.15.05/nasmdoc.pdf

Doporučená literatura

Duntemann, Jeff. Assembly language step-by-step: programming with linux. 3rd ed. Indianapolis: Wiley, 2009. ISBN 978-0470497029.
Intel® 64 and IA-32 architectures software developer’s manual combined volumes: 1, 2A, 2B, 2C, 2D, 3A, 3B, 3C, 3D, and 4. Webové stránky společnosti Intel [online]. [cit. 2022-01-06]. Dostupné z: https://www.intel.com/content/dam/develop/public/us/en/documents/325462-sdm-vol-1-2abcd-3abcd.pdf
Irvine, Kip R. Assembly language for x86 processors. Seventh edition. Boston: Pearson, 2015. ISBN 978-0133769401.
Marek, R.: Assembler pro PC - učíme se programovat v jazyce, Computer Press, 2003, ISBN 80-7226-843-0
The Netwide Assembler: NASM, Quick reference Guide [online]. [cit. 2022-01-06]. Dostupné z: https://www.nasm.us/xdoc/2.15.05/nasmdoc.pdf

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BIT bakalářský 1 ročník, letní semestr, povinný
  • Program BIT bakalářský 1 ročník, letní semestr, povinný

  • Program IT-BC-3 bakalářský

    obor BIT , 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Filip Orság, Ph.D.
doc. Dr. Ing. Petr Hanáček

Osnova

  1. Úvod, číselné soustavy, reprezentace čísel, binární aritmetika.
  2. Základní funkce procesoru, strojový jazyk, jazyk symbolických instrukcí, asembler.
  3. Architektura procesoru - registry, typy operandů, formát instrukcí, adresování paměti, přerušení.
  4. Architektura procesoru - přenosy, aritmetické a logické instrukce.
  5. Architektura procesoru - posuny a rotace, předávání řízení.
  6. Architektura procesoru - další instrukce.
  7. Půlsemestrální test.
  8. Zásady programování ve strojovém jazyku, základní řídící konstrukce.
  9. Funkce, standardní předávání řízení a parametrů.
  10. Programové moduly, knihovny, služby operačního systému.
  11. Koprocesor FPU - architektura, reprezentace reálných čísel, instrukční sada.
  12. Koprocesor FPU - instrukční sada, programování a ukázky použití.
  13. Překladač jazyka symbolických instrukcí - pseudoinstrukce, direktivy, výrazy, operátory, operandy a makra.

Cvičení na počítači

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Ondřej Olšák
Ing. Matej Karas
Ing. Lukáš Semerád, Ph.D.
Ing. Jakub Chlebík
Ing. Jiří Hanák
Mgr. Kamil Malinka, Ph.D.
Ing. Martin Sakin
Mgr. Jozef Drga
Ing. František Grézl, Ph.D.
Ing. Filip Orság, Ph.D.
Ing. Štěpán Rydlo
Ing. Jakub Husa, Ph.D.
Ing. Tomáš Goldmann, Ph.D.

Osnova

  1. Číselné soustavy (převody mezi soustavami). 
  2. Překlad, sestavení a spuštění programu v příkazové řádce. Vývojové prostředí pro asemblery. Ladění programu ve vývojovém prostředí a v samostatném nástroji na ladění.
  3. Číselné kódy (reprezentace záporných čísel). Práce s registry a s pamětí (proměnné, pole).
  4. Aritmetické instrukce.
  5. Logické instrukce, instrukce posunů a rotací. Skokové instrukce.
  6. Test.
  7. Volání funkcí a předávání parametrů funkcím registry, knihovna pro vstupní a výstupní operace.
  8. Základní řídicí konstrukce (if-then-else, while, do-while, for, switch-case).
  9. Konvence volání. Volání funkcí jazyka C.
  10. Test.
  11. FPU - základy, aritemtika
  12. FPU - porovnávání hodnot, složitější kódy
  13. Test.

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz