Microprocessor Programmeringsfundamenten

De instructieset van een microprocessor is uniek voor elke chip. Bijvoorbeeld, de Intel 80386 gebruikt een andere binaire codering dan de Motorola 68020, wat betekent dat identieke operaties distincte machinecodes vereisen.

Omdat er geen universele standaard is voor instructiesets, vereist low-level programmeren diepe, chip-specifieke kennis.

Wanneer een ontwikkelaar code schrijft die direct een CPU controleert – zoals het aanpassen van een motor's brandstofinjectie – programmeert hij in de processor's native machinetaal, een reeks binaire bits die de CPU's control unit decoderen.

Hoewel machinetaal technisch binair is, schrijven programmeurs het bijna altijd in hexadecimaal voor leesbaarheid. Hieronder staan een paar veelvoorkomende instructies voor de Intel 8080:

 Hexadecimaal Binair Instructie beschrijving ----------- -------- ----------------------------------------- 7B 01111011 Verplaats inhoud van register A naar register E 87 10000111 Tel inhoud van register A op bij register D 1C 00011100 Incrementeer inhoud van register E met 1 D3 11010011 Uitvoer byte data naar databus 

Zelfs met hexadecimale notatie kunnen deze codes verwarrend zijn. Assembly taal biedt een mnemonic afkorting – bijv. 7B wordt MOV A,E – wat nog steeds in binair vertaald wordt door een assembler voordat het uitgevoerd wordt.

Na het schrijven van een programma, moet het in geheugen geladen worden. Voor niet-volatiele opslag schrijft een ROM-programmeerder de binaire image in een ROM-chip; voor volatiel geheugen kan een bootloader of besturingssysteem-routine toetsaanslagen of bestandjes accepteren en de code in RAM plaatsen.

Op een volledig uitgeruste PC schrijft een compiler de geassembleerde code naar een schijfbestand. Bij runtime, het aanroepen van de bestandsnaam zorgt ervoor dat de CPU's program counter naar de eerste instructie wijst en het programma draait.

Hoewel machine- of assembly-programmering hoogst efficiënte code oplevert, is het arbeidsintensief en foutgevoelig. High-level talen (bijv. C, C++, Java) laten ontwikkelaars intentie uitdrukken – zoals print "Hallo, wereld!" – zonder individuele machinestappen te detaileren.

High-level programma's worden omgezet in machinecode door compilers (statische vertaling) of interpreters (runtime vertaling). Gecompileerde code draait sneller omdat geen vertaling tijdens uitvoering plaatsvindt, terwijl geïnterpreteerde code overhead heeft voor elke instructie.

Veelvoorkomende gecompileerde talen zijn C, C++, FORTRAN, en Pascal, terwijl BASIC en FORTH typisch geïnterpreteerd zijn. Omdat instructiesets verschillen over CPU's, moeten compilers en interpreters een specifieke processorarchitectuur targeten.

Fabrikanten zoals Intel en Motorola mitigeren compatibiliteitsissues door nieuwe CPU's backward-compatibel te ontwerpen. Bijvoorbeeld, een Pentium IV processor ondersteunt de volledige 80386 instructieset plus additionele instructies. Code gecompileerd voor een 80386 zal draaien op een Pentium, maar code die Pentium-only instructies gebruikt, zal niet draaien op een 80386.

Compilers laten ontwikkelaars meestal de target CPU selecteren; compileren voor een 80386 garandeert compatibiliteit met oudere hardware, terwijl compileren voor een Pentium nieuwe features kan benutten wanneer beschikbaar.

Gerelateerd Werkblad

• Microprocessor Programmering Werkblad