Assembler *

В 2017 году языку Fortran исполняется 60 лет. За это время язык несколько раз дорабатывался. «Современными» версиями считаются Fortran 90, 95, 2003 и 2008. Если изначально это был язык программирования высокого уровня с чисто структурной парадигмой, то в более поздних версиях появились средства поддержки ООП и параллельного программирования. На сегодняшний день Fortran реализован для большинства платформ.

До появления языка Fortran разработчики программировали, используя машинный код и ассемблер. Язык высокого уровня быстро набрал популярность, так как был прост в изучении и обеспечивал генерацию эффективного исполняемого кода. Это существенно упростило жизнь программистам.

На Geektimes летом была статья про Megaprocessor — процессор из дискретных транзисторов и светодиодов, который весит полтонны и занимает всю гостиную в обычном таунхаусе под Кембриджем. Я решил воспользоваться своей географической близостью к этому мегапроекту, и запрограммировать для него что-нибудь презентабельное — например, спортировать для Megaprocessor мою предыдущую хабрапрограммку «Digital Rain».

Система команд Megaprocessor описана на сайте разработчика.

Большинство команд состоят из одного байта, за которым может следовать непосредственный операнд (один или два байта). Регистров общего назначения всего четыре (R0-R3), при этом они не равноправны: например, для команд доступа к памяти адрес должен быть либо в R2, либо в R3; а операнд — в одном из двух оставшихся регистров.

Программистам, привыкшим к системе команд x86 или ARM, набор команд Megaprocessor покажется крайне бедным: нет ни косвенной адресации «база+смещение», ни непосредственных операндов у арифметических команд (за исключением addq ±1, addq ±2). Зато есть пара неожиданных возможностей: отдельная команда sqrt, и режим .wt для команд сдвига, который заменяет результат суммой выдвинутых битов. Таким образом можно, например, парой команд ld.b r1, #15; lsr.wt r0, r1 вычислить количество единичных битов в r0 (вопрос, столь любимый собеседователями на работу!). Мнемоника ld для команды, загружающей в регистр непосредственное значение (вместо привычной по x86 или ARM мнемоники mov) указывает на способ её выполнения: фактически, с точки зрения процессора, выполняется ld.b r1, (pc++).

Итак, приступим.

Каждый язык программирования хорош по-своему. Однако с этим утверждением согласятся не все. После прочтения следующего материала ряды несогласных могут пополниться. Более того, есть мнение, что некоторые «конструкции» вообще нельзя считать языками программирования.

По мнению «Википедии», язык программирования — формальная знаковая система, предназначенная для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, определяющих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель под её управлением.

Какие-то знаковые системы проще для освоения, какие-то сложнее. Однако среди них есть и весьма причудливые. А есть настолько сложные, что осваивают их только самые хардкорные разработчики.

Господа! Сегодня на 1 сентября, в День Знаний, группа из украинских преподавателей вузов, их аспиранток, а также российских инженеров, решили, по согласованию с британскими издателями Elsevier через компанию Imagination Technologies, сделать небольшой подарок всем учителям компьютерной архитектуры и цифровой схемотехники, особенно тем, которые используют популярный учебник Дэвида Харриса и Сары Харрис.

Просто нажмите вот на эту ссылку и вы получите zip-файл с слайдами для чтения лекций по этому учебнику на русском языке. Причем без регистрации, которая требуется для загрузки учебника как такового.

Слайды могут быть полезны не только учителям, но и любым интересующимся, кто хочет узнать, как своими руками построить микропроцессор, но не хочет пробиваться через 1600 планшетных страниц книги.

Итого, вырезка из слайдов, чтобы вы поняли, о чем идет речь:

Какой язык использовали для написания самых первых программ для самых первых компьютеров с хранимой программой?

Двоичный машинный язык, конечно.

Почему?

Очевидно потому, что не было символьного ассемблера. Первые программы необходимо было писать двоичным кодом.

Насколько легче писать программы на ассемблере, чем на двоичном машинном языке?

Намного легче.

Можно цифру? Во сколько раз легче?

Ну, блин, ассемблер делает всю тяжелейшую «рутинную» работу для вас. Т.е. он рассчитывает все физические адреса. Он составляет все физические машинные команды. Он обеспечивает невозможность выдачи физически нереализуемых команд, например, адресацию за пределы адресного пространства. И затем он создаёт легко загружаемый двоичный вывод.

Экономия объёмов работы огромная.

При заявке на гранты, при презентации проектов инвесторам и начальникам часто рекомендуют подготовить ответы на наборы типичных вопросов.

C использованием комбинации опросников Пирса и Хейлмейера проведено анкетирование разработчиков KolibriOS по активно развивающимся направлениям: поддержке файловых систем, файловому менеджеру Eolite, драйверам для видеокарт, языку программирования Forth, интегрированной среде разработки для ЯВУ, портированию браузера Netsurf. Подробности под катом.

У C репутация негибкого языка. Но вы знаете, что вы можете изменить порядок аргументов функции в C, если он вам не нравится?

#include <math.h>
#include <stdio.h>

double  DoubleToTheInt(double base, int power) {
    return pow(base, power);
}

int main() {
    // приводим к указателю на функуцию с обратным порядком аргументов
    double (*IntPowerOfDouble)(int, double) =
        (double (*)(int, double))&DoubleToTheInt;

    printf("(0.99)^100: %lf \n", DoubleToTheInt(0.99, 100));
    printf("(0.99)^100: %lf \n", IntPowerOfDouble(100, 0.99));
}

Этот код на самом деле никогда не определяет функцию IntPowerOfDouble — потому что функции IntPowerOfDouble не существует. Это переменная, указывающая на DoubleToTheInt, но с типом, который говорит, что ему хочется, чтобы аргумент типа int шел перед аргументом типа double.

Вы могли бы ожидать, что IntPowerOfDouble примет аргументы в том же порядке, что и DoubleToTheInt, но приведет аргументы к другим типам, или что-то типа того. Но это не то, что происходит.

Попробуйте — вы увидите одинаковый результат в обоих строчках.

emiller@gibbon ~> clang something.c 
emiller@gibbon ~> ./a.out 
(0.99)^100: 0.366032 
(0.99)^100: 0.366032 

Господа! Только что на сайте Imagination Technologies вышло исправленное издание бесплатного учебника на русском языке «Цифровая схемотехника и архитектура компьютера» Дэвида Харриса и Сары Харрис (кстати, они не супруги и вообще не родственники – просто так совпало). Предыдущее издание этого учебника вышло год назад, пост о нем собрал 145,000 просмотров на Хабре, количество скачиваний с британского сайта вызвало у его британских админов подозрение, что их атакуют русские хакеры, а впоследствие команду переводчиков лично благодарили за учебник преподаватели МФТИ, МВТУ им. Баумана, харьковского ХНУРЭ и других университетов.



Книжка содержит «введение во все», доступное способному школьнику или младшему студенту, который после ее прочтения может спроектировать, написать на SystemVerilog или VHDL и реализовать на ПЛИС несложный, но при этом совершенно настоящий конвейерный процессор. Книга написана живым языком и для введения концепций, например конечных автоматов, использует примеры типа:

Недавно Лукас Эдер заинтересовался в своём блоге, способен ли JIT-компилятор Java оптимизировать такой код, чтобы убрать ненужный обход списка из одного элемента:

// ... а тут мы "знаем", что список содержит только одно значение
for (Object object : Collections.singletonList("abc")) {
    doSomethingWith(object);
}

Вот мой ответ: JIT может даже больше. Мы будем говорить про HotSpot JVM 64 bit восьмой версии. Давайте рассмотрим вот такой простой метод, который считает суммарную длину строк из переданного списка:

static int testIterator(List<String> list) {
    int sum = 0;
    for (String s : list) {
        sum += s.length();
    }
    return sum;
}

Господа! Мы с Тимуром Палташевым из AMD в Саннивейл, Калифорния, а также с несколькими соратниками из России, Украины и Казахстана решили спланировать несколько семинаров разных форматов, которые покрывают темы на стыке хардвера и софтвера: цифровая логика, Verilog, правила RTL (Register Transfer Level), введение в микроахитектуру (строение конвейера) процессоров, низкоуровневое программирование на ассемблере, использование микроконтроллеров, особенности чипов для интернета вещей, введение в RTOS-ы, лабы на ПЛИС-ах / FPGA, а также (для части аудитории, которая интересуется производством чипов) физические аспекты проектирования и производства на фабрике (для последнего мы решили привлечь материалы от преподавателя курса в Университете Калифорнии Санта Круз, отделение в Silicon Valley).

Цель этого поста — обсудить кому что нравится на основе детального плана первого из таких семинаров, который будет в Казахстане. Идея данного семинара в том, чтобы пригласить некоторое преподавателей казахстанских вузов и сделать для них обзор, чтобы помочь им сориентироваться, в каких местах можно повысить качество их программ в программировании встроенных систем, электронике, а также затронуть связанные области типа интернета вещей и роботики.

Про мифы касательно ГМО здесь уже писали. В дополнение к этому я хотел бы поделиться отличной аналогией с разбором реальных примеров из области реверс-инжиниринга и модификации машинного кода, что будет понятно и близко именно программистам.

«Мутации» машинного кода

В качестве примера возьмём приставку NES (известную у нас как Dendy), в которой используется процессор 6502. Система команд у него очень проста — опкод представлен всегда одним байтом, и каждый из 256 хоть что-то, да делает. Никаких «защит» от дурака не предусмотрено, и почти любой случайный набор байт будет выполняться без сопротивления со стороны процессора. Таким образом, мы можем взять ROM какой-нибудь игры, исправить в нём случайные биты (будем называть это «мутациями») — и после запуска наблюдать забавные глюки в разных неожиданных местах, но при этом в целом игра скорее всего будет работоспособной. Похоже, что на YouTube имеется целый жанр подобного видео. Полученный таким образом машинный код наверняка не очень корректен, но в большинстве случаев процессор сможет его выполнить и что-то сделать.

Как оказалось, такую методику используют не только для веселья (а играть в знакомые игры с неожиданными глюками весьма забавно), но и для полученя вполне себе конкретных модификаций: делают большое количество «мутантов» и ищут тот, в котором проявился нужный эффект. Точь-в-точь как в современных методах селекции, когда зародыши организмов подвергаются воздействию мутагенов (что приводит к случайным изменениям в генетическом коде), а потом из того что смогло вырасти отбираются те, у которых есть нужный признак. Полученные таким образом организмы получают в довесок массу других нежелательных мутаций. Избавляются от них путем постепенного скрещивания c нормальным видом, добиваясь получения более-менее вменяемого организма с нужным признаком и минимумом других мутаций, которые оказались заметны. То же самое можно сделать и с машинным кодом.

Для начала предыстория:

Некоторое время назад я приобрёл на Ebay б/у ноутбук Lenovo Thinkpad W520. Как известно, W-серия — это очень мощные ноутбуки, железки в которых дадут фору многим более современным машинам. Конечно же, я начал его обустраивать под себя, и, в частности, решил проапгрейдить имеющуюся память всем, что было в наличии, а в наличии было немало: 2 свободные планки DDR3-1600 из старого ноута — 4 и 8 гигабайт. Посмотрев на то, что было установлено продавцом, я обнаружил, что из 3 установленных планок 2 — DDR3-1600, а одна — 1333. Учитывая, что первые две были по 8 гигабайт, а последняя — 2 гигабайта, от неё я и решил избавиться. Рассчитывая получить после апгрейда 8+8+8+4=28 гигабайт DDR3-1600 в рабочем ноуте, я залил всё слюной и всё это быстренько подключил. И получил 28 гигабайт… DDR3-1333. «Что за...», подумал я и полез в гугл.

После непродолжительных поисков я обнаружил, что как официально, так и неофициально W520 поддерживает только DDR3-1333, а владельцы более быстрой памяти зря тратили на неё деньги. Мне стало немного обидно за всех таких владельцев, и я решил попробовать избавиться от этой несправедливости, тем более, что контроллер памяти, нынче, как известно, в процессоре, и установленный в моей модели Intel Core i7 2720QM официально поддерживает DDR3-1600.

Признаться, я играю в игры не чаще, чем пишу на хабре, но к жанру «ритмических» всегда питал некую слабость. В своё время мне очень нравилась Audiosurf, позже сталкивался с разными её клонами, Beat Hazard, osu. Ещё позже наткнулся в App Store на Deemo и Duet, от которых получил немало приятных минут.

Во время бесконечного бессонного вечера, блуждая в полудрёме по разным сайтам, я заметил вещицу, которая входила в круг моих интересов. Бесплатная загрузка, знакомая компания, ага, значит будет куча платного контента. С другой стороны, во что-нибудь поиграть наверняка дадут за просто так. Сделав напрашивающийся вывод, я скачал игру… и узрел девственно белый экран.

Дальнейшее изложение пойдёт не о том, какие озлобленные чувства у меня вызвала халатность издателей, потерявших код и/или забивших на обновление, а о получении желаемого в ситуации лёгкой безысходности.

..., даже если проект не планируется развивать и вы не собираетесь делиться исходными кодами, потому что через 20 лет какой-нибудь маньяк будет изучать и дорабатывать машинный код вашего продукта, и он может захотеть вас найти.



Вообще я достаточно редко играю в компьютерные игры. Бывало, не играл по несколько лет подряд. Но иногда во мне просыпается маленький реверс-инженер, который мотивирует меня забраться в машинный код какой-нибудь любимой игрушки из прошлого. В последний год я занимался доработкой Need For Speed III: Hot Pursuit (1998 года). Это моя любимая игра в жанре, но теперь я, к своему сожалению, знаю о том, насколько отвратительно она написана. Большое количество маленьких багов в самых неожиданных местах — прямое следствие низкого качества кода.

Очередной выпуска нашего дайджеста с описаниями изменений за последние 3 месяца. Срок короткий, но по событиям он оказался достаточно интересным. Подробности под катом.

Знакомый линуксоид упрекнул меня, мол, в винде ни переключения языка Caps Lock'ом нет, ни даже раскладку нельзя отредактировать. Посмотрел я, и правда, все раскладки содержатся в файлах C:\Windows\System32\kbd*.dll, и редактировать такое hex-редактором ну никак не назвать удобным.

Как достичь удобства? Для переключения раскладок Caps Lock'ом можно использовать всякие навесные программы, тяжёлые вроде Punto Switcher, или простые вроде lswitch. Для редактирования раскладок есть MSKLC, но он малофункционален и неудобен, а аналоги вроде KbdEdit или KLM32 платные.

И тогда я решил написать на flat assembler'е код, собирающий DLL раскладки.

22 апреля объявлены результаты отбора студентов в рамках Google Summer of Code. Этому предшествовали 4 напряженные недели, во время которых менторы на собственной шкуре ознакомились с парадоксом Фредкина (чем больше похожи друг на друга два объекта, тем труднее сделать выбор между ними) и его предельным вариантом — парадоксом Буриданова осла. Это было связано со «взаимозаменяемостью» студентов, которые одинаково хорошо подходили на два разных сетевых проекта.

Британская компания, две американские компании и 18 университетов (включая российские МИЭТ, ИТМО, СГАУ, ННТУ) сотрудничали, чтобы выпустить современный курс по микроконтроллерам c небольшой привязкой к интернету вещей. Об этом – сегодняшний пресс-релиз Imagination Technologies, Microchip Technology и Digilent (отделения National Instruments). Главный автор — профессор Александр Дин из университета Северной Каролины. В отличие от более легковестных курсов интернета вещей, новый курс подводит под предмет твердую инженерную базу – в нем подробно обсуждается использование RTOS-ов, архитектура микропроцессорного ядра микроконтроллера, протоколы периферии и даже оптимизация алгоритмов при программировании.



Скачать курс можно здесь:

https://community.imgtec.com/downloads/connected-microcontroller-lab-v1.2/

В пресс-релизе, помимо цитат из США, Великобритании, Германии, Китая, есть и цитата из России:

“MIET is part of Imagination’s MIPSfpga and Connected MCU Lab beta-testing programs. Our students have benefited from the MIPSfpga hands-on workshops and we are looking forward to implementing the Connected MCU Lab at our university because this course offers an up-to-date and well-structured curriculum for teaching embedded solutions to future engineers.”

– Alexey Pereverzev, Head of Computer Engineering, National Research University of Electronic Technology (MIET), Russia

Пару десятков слайдов из курса, чтобы вы почувствовали его вкус:

Продолжение серии статей, разбирающих идею суперскалярного процессора с
OoO и фронтендом стековой машины. Тема данной статьи — оптимизация обращений к памяти.

Предыдущие статьи:
1 — описание работы на линейном куске
2 — вызов функций, сохраняем регистры
3 — вызов функций, взгляд изнутри

25 марта закончился приём заявок от студентов в рамках Google Summer of Code. Всего подавали заявки 16 человек, причем некоторые студенты подали заявки сразу на несколько проектов. Поступили заявки от студентов из Индии (6), Испании (1), России (7), Украины (1), США (1). И нам надо было определиться с количеством проектов, финансовую поддержку которых мы просим у Google.