Masinakeel

Masinakood on arvutiprogramm, mis on kirjutatud masinakeeles. See kasutab konkreetse arvutiarhitektuuri käsukirjakomplekti. See on tavaliselt kirjutatud binaarses keeles. Masinakood on tarkvara madalaim tase. Muud programmeerimiskeeled tõlgitakse masinkoodiks, et arvuti saaks neid täita.

Käsk ütleb protsessile, millist toimingut sooritada. Iga käsk koosneb opkoodist (operatsioonikood) ja operand(id). Operandid on tavaliselt mäluaadressid või andmed. Käskude komplekt on arvutile kättesaadavate opkoodide loetelu. Masinakood on see, milleks koostekood ja muud programmeerimiskeeled kompileeritakse või milleks neid tõlgitakse.

Programmi koostajad muudavad koodi teise keelde või masinkoodiks. Masinakoodi nimetatakse mõnikord emakeelseks koodiks. Seda kasutatakse, kui räägitakse asjadest, mis töötavad ainult mõnes arvutis.

Masinakoodi kirjutamine

Masinakoodi saab kirjutada erineval kujul:

Kasutades mitmeid lüliteid. See tekitab jada 1 ja 0. Seda kasutati arvutite algusaegadel. Alates 1970. aastatest seda enam ei kasutata.
Hexredaktori kasutamine. See võimaldab käsu numbri asemel kasutada opkoode.
Assembleri kasutamine. Assembleri keeled on lihtsamad kui opkoodid. Nende süntaks on lihtsamini mõistetav kui masinakeel, kuid raskem kui kõrgtasemel keeled. Assembler tõlgib lähtekoodi ise masinkoodiks.
Kõrgetasemelise programmeerimiskeele kasutamine võimaldab programme, mis kasutavad koodi, mida on lihtsam lugeda ja kirjutada. Need programmid tõlgitakse masinkoodiks. Tõlkimine võib toimuda mitmes etapis. Java-programmid optimeeritakse kõigepealt baatkoodiks. Seejärel tõlgitakse see kasutamisel masinakeelde.

Varase minicomputi esipaneel, millel on lülitid masinakoodi sisestamiseks

Tüüpilised masinakoodi juhised

Tavaliselt leidub käsukirjakomplektis palju erinevaid juhiseid:

Aritmeetilised operatsioonid: Liitmine, lahutamine, korrutamine, jagamine.
Loogilised operatsioonid: Konjunktsioon, disjunktsioon, eitus.
Üksikute bittidega toimivad operatsioonid: Bitide nihutamine vasakule või paremale.
Mäluga toimivad operatsioonid: väärtuse kopeerimine ühest registrist teise.
Operatsioonid, mis võrdlevad kahte väärtust: suurem kui, väiksem kui, võrdne.
Operatsioonid, mis kombineerivad teisi operatsioone: liitmine, võrdlemine ja kopeerimine, kui see on võrdne mingi väärtusega (ühe operatsioonina), hüpata programmi mingisse punkti, kui register on null.
Operatsioonid, mis toimivad programmivoolus: hüpata mõnele aadressile.
Operatsioonid, mis teisendavad andmetüüpe: nt 32-bitise täisarvu teisendamine 64-bitiseks täisarvuks, ujukomaarvu teisendamine täisarvuks (kärpimise teel).

Paljud kaasaegsed protsessorid kasutavad mõnede käskude jaoks mikrokoodi. Keerulisemad käsud kipuvad seda kasutama. Seda tehakse sageli CISC-arhitektuuride puhul.

Juhised

Igal protsessoril või protsessoriperekonnal on oma käsukomplekt. Juhised on bittide mustrid, mis vastavad erinevatele käskudele, mida saab masinale anda. Seega on käsukomplekt spetsiifiline protsessoriklassile, mis kasutab (enamasti) sama arhitektuuri.

Uuemad protsessorikonstruktsioonid sisaldavad sageli kõiki eelkäija käske ja võivad lisada täiendavaid käske. Mõnikord kaotab uuem disain või muudab käsu koodi tähendust (tavaliselt seetõttu, et seda on vaja uutel eesmärkidel), mis mõjutab koodi ühilduvust; isegi peaaegu täielikult ühilduvad protsessorid võivad mõne käsu puhul veidi erinevalt käituda, kuid see on harva probleemiks.

Süsteemid võivad erineda ka muude üksikasjade, näiteks mälu paigutuse, operatsioonisüsteemide või välisseadmete poolest. Kuna programm sõltub tavaliselt sellistest teguritest, ei tööta eri süsteemid tavaliselt sama masinkoodi, isegi kui kasutatakse sama tüüpi protsessorit.

Enamikul käskudel on üks või mitu opkoodivälja. Need määravad käsu põhitüübi. Teised väljad võivad anda operandide tüübi, adresseerimisviisi jne. Samuti võib olla erilisi juhiseid, mis sisalduvad opkoodis endas. Neid juhiseid nimetatakse vahetuteks.

Protsessori disain võib olla ka muul viisil erinev. Erinevad juhised võivad olla erineva pikkusega. Samuti võib neil olla sama pikkus. Kui kõik juhised on sama pikkusega, võib see lihtsustada disaini.

Näide

MIPS-arhitektuuril on 32-bitised käsud. Selles jaotises on koodinäited. Käskude üldine tüüp on op (operatsioon) väljal. See on kõrgeim 6 bitti. J-tüüpi (hüpe) ja I-tüüpi (vahetu) juhised on täielikult antud op. R-tüüpi (register) käsud sisaldavad väljal funct. See määrab koodi täpse operatsiooni. Nendes tüüpides kasutatavad väljad on järgmised:

6 5 5 5 5 5 5 6 bitti [ op | rs | rt | rd |shamt| funct] R-tüüp [ op | rs | rt | aadress/immediate] I-tüüp [ op | sihtaadressi ] J-tüüp

rs, rt ja rd tähistavad registrioperandi. shamt annab nihkesumma. Aadressi või vahetu väljad sisaldavad otse operandi.

Näide: lisada registrid 1 ja 2. Tulemus paigutatakse registrisse 6. See on kodeeritud:

[ op | rs | rt | rd |shamt| funct] 0 1 2 6 0 0 32 detsimaalselt 000000 00001 00010 00110 00000 100000 binaarselt

Laadige väärtus registrisse 8. Võtke see mälurakust 68 rakku pärast registris 3 loetletud asukohta:

[ op | rs | rt | address/immediate] 35 3 8 68 detsimaalselt 100011 00011 01000 00000 00001 000100 binaarselt

Hüppa aadressile 1024:

[ op | sihtaadressi ] 2 1024 kümnendsüsteemi 000010 00000 00000 00000 00000 10000 000000 binaarsüsteemi

Seotud leheküljed

Binaarne numbrite süsteem
Kvantarvutid
Käskude komplekt
Vähendatud käsureaga arvuti

Küsimused ja vastused

K: Mis on masinakood?

V: Masinakood on arvutiprogramm, mis on kirjutatud masinakeeles, kasutades konkreetse arvutiarhitektuuri käsukirjakomplekti, ja on tavaliselt kirjutatud binaarselt.

K: Mis on tarkvara madalaim tase?

V: Masinakood on tarkvara madalaim tase.

K: Kuidas täidavad arvutid teisi programmeerimiskeeli?

V: Muud programmeerimiskeeled tõlgitakse masinkoodiks, mida arvuti saab täita.

K: Millest koosneb käsk masinkoodis?

V: Käsk masinakoodis koosneb opkoodist (operatsioonikoodist) ja operand(idest). Operandid on tavaliselt mäluaadressid või andmed.

K: Mis on käskude kogum?

V: Käskude komplekt on arvutile kättesaadavate opkoodide loetelu.

K: Mida teevad programmi koostajad koodiga?

V: Programmi koostajad muudavad koodi teiseks keeleks või masinkoodiks.

K: Mis on masinkoodi teine nimetus?

V: Masinakoodi nimetatakse mõnikord emakeelseks koodiks, mida kasutatakse, kui räägitakse asjadest, mis töötavad ainult mõnes arvutis.