Практика языка C (МФТИ, 2023-2024). Семинар 6.5. Кросс-ассемблеры, их сходства и различия.

• Последний семинар по ассемблеру.  

• Обсуждение кросс-ассемблеров и различий архитектур.  

• Кросс-компиляция позволяет компилировать программы для разных архитектур.  

• Пример с платой на ARM-процессоре.  

• Кросс-компиляция позволяет использовать компилятор одной архитектуры на другой.  

• Пример с программой для RISC-V и ARM.  

• Использование кросс-компилятора для ARM.  

• Пример компиляции и декомпиляции программы.  

• Бинарный файл ARM-ассемблера и его особенности.  

• Регистры ARM: X, Y, Z.  

• Назначение регистров и их особенности.  

• Регистры X16-X18 и их использование.  

• Регистр X31 как стек-поинтер и регистр с нулями.  

• Экономия на кодировке и использование X31.  

• Пример использования X31 в ассемблере.  

• Пример ассемблерного кода для факториала в ARM.  

• Использование сайта Godbolt для онлайн-компиляции.  

• Различия в синтаксисе ARM и x86.  

• Функция факториала в ARM-ассемблере.  

• Использование регистров Y и Z.  

• Основной цикл функции и его реализация.  

• В ARM есть необычные режимы адресации, такие как LDR и RDR.  

• LDR позволяет загружать значение по адресу в регистр.  

• RDR использует базу и смещение для загрузки данных.  

• Префиксная адресация: сначала инкрементируется адресный регистр, затем загружается значение.  

• Постфиксная адресация: сначала загружается значение, затем изменяется адрес.  

• Адресация со сдвигом: значение сдвигается на определенное количество байт.  

• Адресация с расширением: значение расширяется до нужного регистра и сдвигается.  

• ARM позволяет загружать сразу два регистра по одному адресу.  

• Это полезно для работы с большими структурами данных.  

• Писи-адресация позволяет загружать константы по относительному адресу.  

• Это экономит ресурсы, если константа находится близко к текущему адресу.  

• Адрп загружает адрес страницы памяти, на которой лежит символ.  

• Это позволяет точно загрузить символ с точностью до нижних двенадцати бит.  

• В ARM есть линк-регистр для хранения адреса возврата функции.  

• Это позволяет избежать хранения адресов возврата на стеке, что экономит ресурсы.  

• Линк регистр используется для хранения адреса возврата функций.  

• В ARM есть несколько линк регистров для разных уровней функций.  

• Линк регистр экономит место на стеке, так как адрес возврата можно хранить в регистре.  

• Пример функции, которая переворачивает значения и добавляет их.  

• Использование линк регистра для сохранения адреса возврата.  

• Префиксная и постфиксная адресация в работе со стеком.  

• RISC-V является расширяемым ассемблером с заменяемой основой.  

• Четыре варианта базовой основы: RV32, RV64, RV128.  

• Регистры могут быть 32 или 64 бита в зависимости от базовой основы.  

• Регистры для аргументов и специальные регистры для организации.  

• Использование регистров для организации и адресации.  

• Система команд базовой RISC-V умещается на одном слайде.  

• Дата-флоу операции позволяют обходиться без контрол-флоу.  

• Пример функции, которая возвращает значение на основе сравнения.  

• В RISC-V нет селекта, что требует использования бранчей.  

• В RISC-V нет регистра флагов, что требует больше зависимостей по регистрам.  

• Пример программы без флагов, показывающий, как это работает.  

• Трехадресные инструкции в RISC-V позволяют экономить на кодировке.  

• В ARM и RISC-V используются трехадресные инструкции.  

• Задание для участников: угадать ассемблер ARM и RISC-V.  

• Обсуждение решений и попыток ассемблера.  

• Регистры дешевле в использовании, чем память.  

• Загрузка больших кусков данных в регистры почти так же дешева, как загрузка маленьких кусков.  

• Предложение использовать регистры длиной 128 байт.  

• Загрузка четырех интов за раз и их обработка.  

• Сравнение с конвейерами на заводе волшебных игрушек.  

• Пример с массивами и регистрами.  

• Использование регистров для параллельной обработки данных.  

• Пример с добавлением четырех интов за один такт процессора.  

• Пример с одним конвейером и эльфом.  

• Идея использования длинных регистров для параллельной работы.  

• Пример с поиском слоненка в мешке игрушек.  

• Использование длинных регистров для параллельной работы.  

• Пример с битами и онлайн ассемблером.  

• Идея сравнения четырех элементов одновременно.  

• Объявление переменной и установка значений.  

• Цикл и вычисление маски.  

• Поиск младшего бита маски и обработка результатов.  

• Обсуждение инструкций ассемблера.  

• Пример кода на ассемблере.  

• Бенчмарк и его результаты.  

• Представлен бенчмарк "bench_file.c", который измеряет время выполнения функций.  

• Обсуждается необходимость вызова функций и их оптимизация компилятором.  

• Введение в макросы для предотвращения оптимизации.  

• Макросы создают пустые ассемблерные вставки, которые компилятор не может оптимизировать.  

• Пример использования макроса для измерения времени выполнения функций.  

• Ускорение выполнения функций с помощью конвейеров.  

• Обсуждение векторных расширений в ARM и x86.  

• Примеры использования векторных регистров для ускорения вычислений.  

• История развития векторных расширений в процессорах Intel.  

• Компиляторы не всегда могут оптимизировать векторные инструкции.  

• Необходимость ручной оптимизации для достижения максимальной производительности.  

• Примеры использования векторных инструкций в медиа-кодеках.  

• Рекомендация книг по ассемблеру, включая "The Art of Assembly Language" и "The C++ Programming Language".  

• Личный опыт автора с изучением ассемблера.  

• Объяснение раздельной компиляции и почему ассемблер называется ассемблером.  

• Пример программы, вычисляющей факториал, и её декомпиляция.  

• Демонстрация работы ассемблера и его влияния на код.  

• Обсуждение кодирования инструкций и вызовов функций.  

• Пример с функцией факториала и её вызовом.  

• Объяснение, почему вызов функции пока не работает.  

• Описание процесса компиляции и ассемблирования.  

• Роль компилятора и ассемблера в создании объектного кода.  

• Объяснение работы линкера для объединения объектных файлов.  

• Объяснение, как ассемблер собирает секции релокаций.  

• Пример использования команды objdump для просмотра релокаций.  

• Важность ассемблера для автоматического создания секций релокаций.  

• Объяснение работы библиотек и линковщика.  

• Пример создания и использования собственной библиотеки.  

• Важность понимания структуры толчейна для работы с библиотеками.  

• Обзор финального бинарного файла и его содержимого.  

• Планы на следующее занятие, включая изучение архитектуры и производительности.  

• Призыв к участникам прийти на следующее занятие для более глубокого изучения темы.