[밑바닥부터 만드는 컴퓨팅] 프로젝트04 어셈블리
개요
해당 내용은 ‘밑바닥부터 만드는 컴퓨팅 시스템’ 책의 프로젝트 04 의 내용을 정리하려 합니다. 혹시나 따라하실 분은 실습준비 포스팅을 참고해서 프로그램을 다운받아주시면 됩니다.
프로그램 실행
다운받은 프로그램에서 Assembler.bat 를 실행해줍니다.
왼쪽의 문서 버튼을 눌러 파일을 열 수 있고, 그 옆에 화살표 버튼을 눌러 어셈블리를 실행할 수 있습니다.
작성한 asm 파일을 연 뒤 실행 버튼을 누르면 프로그램에서 어셈블리를 읽어 우측에 기계어로 출력합니다. 출력된 기계어는 hack 파일로 저장됩니다.
이제 CPUEmulator.bat 를 실행해줍니다.
왼쪽의 문서 버튼을 눌러 파일을 열고 , 그 옆에 화살표 버튼을 눌러 어셈블리를 실행할 수 있습니다.
이전에 생성된 hack 파일과 스크립트를 읽은 뒤 프로그램을 실행버튼을 누르면 프로그램이 수행됩니다. 프로그램이 다 실행되면 out 파일이 생성되며, 이를 cmp 파일과 비교하여 프로그램이 정상적인지 확인할 수 있습니다.
multi 어셈블리 작성
multi 는 곱셈을 수행하는 연산입니다.
Mult.asm 파일을 열어 곱셈 연산을 수행하는 어셈블리를 작성하면 됩니다.
파일을 열어 상단에 작성된 주석을 확인해보도록 하겠습니다.
Multiplies R0 and R1 and stores the result in R2.
(R0, R1, R2 refer to RAM[0], RAM[1], and RAM[2], respectively.)
This program only needs to handle arguments that satisfy
R0 >= 0, R1 >= 0, and R0*R1 < 32768.
----------------------------------------------------------------
R0과 R1을 곱하고, 그 결과를 R2 에 저장합니다.
(R0, R1, R2는 각각 RAM[0], RAM[1], RAM[2]를 나타냅니다.)
이 프로그램은 다음을 만족하는 인수를 처리하면 됩니다.
R0 >= 0, R1 >= 0 그리고 R0 * R1 < 32768
주석을 확인해보면 R0과 R1메모리를 읽어 두 값을 곱한 뒤 R2 메모리에 저장하면 됩니다. 작성한 어셈블리는 아래와 같습니다.
@R2
M=0 // R2=0
(LOOP)
D=M[R1]
@END // if(R1==0)
D;JEQ // goto END
@R0
D=M // D=R0
@R2
M=M+D // R2=R2+R0
@R1
M=M-1 // R1--
@LOOP
0;JMP // goto (LOOP)
(END)
저도 어셈블리가 친숙하지는 않지만, 한줄한줄씩 보도록 하겠습니다.
@R2
M=0 // R2=0
@R2 를 작성하면 M 이 R2 의 메모리 주소로 변경됩니다.
이후 M=0을 작성하면 R2의 메모리에 값을 0으로 저장합니다.
다음에 보이는 (LOOP) 와 (END) 는 jump 하기 위한 메모리 주소를 가리킵니다.
C언어의 goto문과 유사하다고 보시면 됩니다.
D=M[R1] 은 D레지스터에 R1의 값을 저장하게 됩니다.
@END // if(R1==0)
D;JEQ // goto END
이 구문은 조건을 만족하였을 때 주소를 jump 하게 되는 코드입니다.
D의 값이 0인 경우 jump를 하게 되는데, jump하는 위치는 윗 라인에서 작성한 (END)입니다.
위에서 D레지스터에 R1의 값을 셋팅하였으니, 이는 즉 R1의 값이 0이 되면 (END)로 jump하여 프로그램이 종료하게 됩니다.
@R0
D=M // D=R0
@R0 을 입력하면 M 이 R0의 메모리 주소로 변경됩니다.
이후 D=M 을 입력하면 D레지스터에 R0 메모리의 값이 셋팅됩니다.
@R2
M=M+D // R2=R2+R0
@R2 를 입력하면 M이 R2 의 주소로 변경합니다.
M에 R2가 셋팅되어있고, 위에서 D레지스터에는 R0의 값을 입력하였습니다.
따라서 M=M+D 를 입력하면 R2 = R2 + R1 이 수행되게 됩니다.
@R1
M=M-1 // R1--
@R1 을 입력하면 M이 R1의 메모리 주소로 변경됩니다.
이후 M=M-1 을 입력하면 R1 메모리의 값에서 1을 빼어 다시 R1 메모리에 저장합니다.
@LOOP
0;JMP // goto (LOOP)
이 구문은 loop로 jump 하는 로직입니다. 조건에 관계없이 무조건 loop로 이동합니다.
위를 다시 보면 R1 이 0이 될때까지 R2에 R0의 값을 더하고 R1 의 값을 1씩뺍니다.
즉, R0을 R1 번 더하게 됩니다.
C 코드로 작성하면 아래와 같게 됩니다.
r2 = 0;
while(true) {
if (r1 == 0)
break;
r2 = r2 + r0;
r1 = r1 - 1;
}
더 심플하게 작성할 수도 있지만 최대한 위의 어셈블리와 비슷하게 작성해보았습니다. 참고용으로 봐주시면 되겠습니다.
fill 어셈블리 작성
다음으로 fill.asm 파일을 열어 어셈블리를 작성하시면 됩니다. 이번에도 역시 파일을 열어 작성되어 있는 주석 메시지를 확인해보도록 하겠습니다. (번역기의 힘을 빌려…!)
Runs an infinite loop that listens to the keyboard input.
When a key is pressed (any key), the program blackens the screen,
i.e. writes "black" in every pixel;
the screen should remain fully black as long as the key is pressed.
When no key is pressed, the program clears the screen, i.e. writes
"white" in every pixel;
the screen should remain fully clear as long as no key is pressed.
------------------------------------------------------------------
키보드 입력을 수신하는 무한 루프를 실행합니다.
키를 누르면 (아무 키나) 프로그램의 화면 을 검게, 즉 모든 픽셀을 검정색으로 씁니다.
키를 누르고 있는 동안은 완전히 검은색으로 유지되어야 합니다.
아무 키도 누르지 않으면 프로그램이 화면을 깨끗하게, 즉 모든 픽셀을 흰색으로 씁니다.
아무키도 누르지 않는 한 화면은 완전히 깨끗한 상태를 유지해야 합니다.
이번 프로그램은 무한루프를 반복하는 프로그램입니다. 키보드에 값이 입력되었다면 모든 픽셀의 값을 검정색으로 쓰고, 값이 입력되지 않았다면 흰색 값으로 쓰면 됩니다.
전체 코드는 다음과 같습니다.
@color // declare color variable
M=0 // by default is white
(loop)
@SCREEN // RAM address 16384
D=A
@pixels
M=D // pixel address (starting point: 16384, max: 16384+8192=24576)
@KBD // D = ascii code of a keyboard input
D=M
@black
D;JGT // if(keyboard > 0) goto black
@color
M=0 // otherwise white
@color_screen
0;JMP // jump to subroutine that actually changes the color of screen
(black)
@color
M=-1 // set to black
(color_screen)
@color
D=M
@pixels
A=M
M=D // M[pixels] = @color
@pixels
M=M+1
D=M
@24576 // loop until end of pixels
D=D-A
@color_screen
D;JLT
@loop
0;JMP // infinite loop
이번에도 라인 단위로 살펴보도록 하겠습니다.
@color // declare color variable
M=0 // by default is white
@color 입력하여 메모리 주소를 이동한 메모리 위치의 값을 0으로 설정합니다.
다음의 @LOOP 는 jump하기 위한 주소를 가르킨다고 보시면 됩니다.
@SCREEN // RAM address 16384
D=A
@pixels
M=D // pixel address (starting point: 16384, max: 16384+8192=24576)
먼저 @SCREEN 의 주소를 D레지스터에 입력합니다.
이후 @pixels의 메모리 주소에 D레지스터의 값을 입력합니다.
이렇게 되면 @pixels 에 메모리에 @SEREEN 의 주소값이 저장되게 됩니다.
@KBD // D = ascii code of a keyboard input
D=M
@black
D;JGT // if(keyboard > 0) goto black
@KBD는 키보드 입력 값이 기록되는 메모리 주소입니다.
키보드에 입력된 값을 D 레지스터에 저장합니다.
이후 D 의 값이 0이라면 (black) 부분으로 jump를 합니다.
키보드의 입력이 없다면 메모리 주소에 0이 입력되고, 아니라면 키보드의 아스키코드 값이 입력됩니다.
즉, D의 값이 0이 아니라면 (black) 부분으로 jump를 하고, 아니라면 아래로 이동하게 됩니다.
@color
M=0 // otherwise white
@color_screen
0;JMP // jump to subroutine that actually changes the color of screen
이 전 확인한 코드에서 키보드 입력이 없었다면 jump를 하지 않기 때문에 위에 보이는 코드로 이동하게 됩니다.
@color 부분의 메모리 값을 0으로 변경한 뒤 @color_screen 의 주소로 jump 하게 됩니다.
(black)
@color
M=-1 // set to black
다음으로는 이전의 코드에서 키보드 입력이 되었을 때 jump하여 이동되는 부분입니다.
이 코드에서는 @color 메모리의 값을 -1로 변경하게 됩니다.
(color_screen)
@color
D=M
@pixels
A=M
M=D // M[pixels] = @color
@pixels
M=M+1
D=M
@24576 // loop until end of pixels
D=D-A
@color_screen
D;JLT
다음으로는 @color_screen 의 메모리 주소 부분입니다.
해당 부분에서는 위에서 설정된 @color의 값으로 화면을 체우는 부분입니다.
@color의 값은 키보드가 입력된 상태라면 -1이고 아니라면 0 으로 설정되어 있을것입니다.
먼저 @color 메모리 주소의 값을 읽어 D레지스터에 저장합니다.
다음으로 @pixels에는 위에서 @SCREEN 의 주소가 저장되어 있습니다.
@pixels 의 값을 A=M 로 입력하면 @pixels의 값에 저장된 메모리 주소로 이동하게 됩니다.
이후 M=D 입력시 해당 주소 값에 D의 값, 즉 @color 의 값이 입력됩니다.
다음으로 @pixels 에 저장된 값을 1 증가시킨 후 D레지스터에 그 값을 입력합니다.
24576 은 스크린 메모리의 마지막 주소를 뜻합니다.
D 레지스터와 24576 의 값을 빼줍니다.
이때 값이 0이 아니라면 @color_screen 으로 이동합니다.
@color_screen 의 부분은 스크린 메모리 주소의 값을 1씩 증가시키면서 해당 메모리의 값을 @color 값으로 입력하여 화면을 체워나가게 됩니다.
참고
- https://github.com/simulacre7/nand2tetris
Leave a comment