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서강대학교 23년도 마이크로프로세서응용실험 4주차 Lab04 결과레포트 (A+자료)

"서강대학교 23년도 마이크로프로세서응용실험(마프실) 4주차(Lab04) 결과레포트 (A+자료)"입니다
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최초등록일 2024.03.24 최종저작일 2023.03
서강대 서강대학교 전자공학 전자공학과
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서강대학교 23년도 마이크로프로세서응용실험 4주차 Lab04 결과레포트 (A+자료)
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    • 📚 마이크로프로세서 데이터 처리 명령어의 심층적인 이해 제공
    • 💡 실제 실험을 통한 ARM Cortex-M3 아키텍처 학습
    • 🎯 논리, 산술, 비트 연산의 실무적 구현 방법 상세 설명

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    소개

    "서강대학교 23년도 마이크로프로세서응용실험(마프실) 4주차(Lab04) 결과레포트 (A+자료)"입니다

    목차

    1. 목적
    2. 이론
    3. 실험과정
    4. Exercises
    5. 추가실험
    6. 결론
    7. 참고문헌

    본문내용

    1.목적
    - 논리, 연산, 곱셈, 나눗셈, shift, rotation과 같은 데이터 처리 명령어들을 수행시키며, 레지스터에 저장되는 결과와 flag의 변화를 이해한다.
    - Flag들의 종류와 역할에 대해 이해한다. flag가 set되었을 때의 의미를 이해한다.
    - bit field와 extension과 관련된 bits단위 데이터처리 명령어들의 동작을 확인한다.

    2.이론
    2-1. Number system / ASCII code
    8진수와 16진수는 2진수를 3bits, 4bits 단위로 묶어 표현하는 수체계이다. 이들은 모두 10진수로 상호변환 가능하다. 컴퓨터는 음수를 포함한 signed number를 표현하기 위해, 2’s complement를 사용한다. 2’s complement는 MSB를 sign bit로 간주하여, MSB가 0이면 양수, 1이면 음수로 표현한다. 또한 양수에서 음수로의 변환은 2진수 각 bit를 inverting 후, 1을 도하는 방식으로 이뤄진다. 2’ complement는 뺄셈을 음수와의 덧셈으로 표현할 수 있고, 이에 따라 덧셈과 뺄셈을 수행하기 위한 하드웨어가 동일해지고, unsigned number의 연산 하드웨어를 signed number에도 그대로 적용할 수 있다는 장점이 있기에, 주로 사용된다.

    연산에 사용되거나 주소를 표현할 수 있는 ‘수’와 text 문서를 구성하는 string에서의 ‘표기’를 구분하기 위해 ASCII code가 사용된다. character ‘0’ 같은 경우, 7-bit로 coding되어 0x30을 배정하는 방식이다.

    table 1.1: ASCII code table
    table 1.1과 같이, 0x00~0x1F, 0x7F의 경우 총 33개의 control character로, 나머지는 95개의 printerable character로 구성된다. 0x00은 NULL character에 해당되고, string의 마지막을 표시한다.

    참고자료

    · The Definitive Guide to the ARM Cortex-M3, Second Edition (2010), Joseph You, ch.3 pp.25-42
    · ARM Application Note 33: Fixed Point Arithmetic on the ARM(1996)
    · 마이크로프로세서개론(실험교재, 2023) pp.32-33, 45-47, 53-72
    · ARM(2001). ARM® Developer Suite Version 1.2 Assembler Guide

  • AI와 토픽 톺아보기

    • 1. Number system / ASCII code
      The number system and ASCII code are fundamental concepts in computer science and digital systems. Understanding the binary number system, how it represents data, and the ASCII code that maps characters to numeric values is crucial for working with digital information and programming. These topics provide the foundation for more advanced concepts like data representation, memory management, and low-level programming. Mastering the number system and ASCII code enables developers to better understand how computers process and store information, which is essential for designing efficient and reliable software and hardware systems.
    • 2. Flags / Updating flags
      Flags and flag updating are important concepts in computer architecture and low-level programming. Flags are used to store the results of various operations, such as carry, overflow, and zero, which are essential for conditional branching and control flow. Understanding how to properly update and use flags is crucial for writing efficient and correct assembly language or machine-level code. Flags allow programmers to make decisions based on the outcomes of previous operations, which is a fundamental aspect of computer programming. Mastering flags and flag updating is a valuable skill for anyone working with low-level systems programming or embedded systems.
    • 3. Logical instructions
      Logical instructions, such as AND, OR, XOR, and NOT, are fundamental operations in computer architecture and digital logic. These instructions are used to perform bitwise operations on data, which are essential for tasks like data manipulation, bit masking, and bit-level optimization. Understanding how to effectively use logical instructions is crucial for writing efficient and optimized code, particularly in low-level programming or systems programming. Mastering logical instructions can also help developers gain a deeper understanding of how computers represent and process information at the bit and byte level, which can be valuable for a wide range of applications, from embedded systems to high-performance computing.
    • 4. shift / rotation instructions
      Shift and rotation instructions are powerful tools in computer architecture and low-level programming. They allow for efficient bit manipulation, which is essential for tasks such as scaling, bit packing, and bit field extraction. Understanding how to effectively use shift and rotation instructions is crucial for writing optimized code, particularly in performance-critical applications or embedded systems. These instructions can be used to perform operations like logical shifts, arithmetic shifts, and circular rotations, which can significantly improve the efficiency and performance of certain algorithms. Mastering shift and rotation instructions can also provide valuable insights into how computers represent and process data at the bit level, which can be beneficial for a wide range of programming tasks.
    • 5. arithmetic instructions
      Arithmetic instructions, such as addition, subtraction, multiplication, and division, are fundamental operations in computer architecture and programming. These instructions form the backbone of many algorithms and calculations, and a deep understanding of how they work is essential for writing efficient and correct code. Mastering arithmetic instructions can help developers optimize their code for performance, understand the limitations and quirks of different number representations (e.g., integer, floating-point), and develop a stronger grasp of how computers process and manipulate data. This knowledge can be particularly valuable in domains like scientific computing, financial applications, and embedded systems, where the efficient use of arithmetic operations is crucial for achieving high performance and accuracy.
    • 6. Multiply / Division instructions
      Multiply and division instructions are essential for a wide range of computational tasks, from simple arithmetic to complex mathematical operations. Understanding how these instructions work, their performance characteristics, and their limitations is crucial for writing efficient and optimized code. Mastering multiply and division instructions can help developers choose the most appropriate operations for their specific use cases, optimize algorithms for speed and accuracy, and work with different number representations (e.g., integers, floating-point) more effectively. This knowledge can be particularly valuable in domains like signal processing, image and video processing, scientific computing, and financial applications, where the efficient use of multiplication and division is critical for achieving high performance and accurate results.
    • 7. Bitfield / Sign extension instruction
      Bitfield and sign extension instructions are powerful tools for working with data representation and manipulation in computer architecture and programming. Bitfields allow for efficient storage and access of data within a single word or register, while sign extension instructions are used to preserve the sign information when converting between data types of different sizes. Understanding how to effectively use these instructions is crucial for tasks like bit packing, data compression, and working with fixed-point or mixed-precision arithmetic. Mastering bitfield and sign extension instructions can help developers write more efficient and compact code, particularly in domains like embedded systems, digital signal processing, and low-level system programming, where optimizing data representation and memory usage is critical.
    • 8. Fixed-point arithmetic
      Fixed-point arithmetic is an important concept in computer architecture and programming, particularly in domains where precise numerical calculations are required, such as digital signal processing, control systems, and embedded systems. Understanding the principles of fixed-point representation, the trade-offs between precision and range, and the techniques for performing fixed-point operations efficiently is crucial for developing high-performance and accurate computational algorithms. Mastering fixed-point arithmetic can help developers optimize their code for specific hardware constraints, avoid numerical errors and overflow issues, and achieve better performance and energy efficiency compared to using floating-point arithmetic in certain applications. This knowledge can be particularly valuable for engineers and programmers working on real-time systems, low-power devices, and other resource-constrained environments.
    • 9. Floating-point arithmetic
      Floating-point arithmetic is a fundamental concept in computer science and engineering, as it provides a way to represent and perform calculations on a wide range of numerical values with varying degrees of precision. Understanding the IEEE 754 standard for floating-point representation, the trade-offs between precision and range, and the potential pitfalls of floating-point operations (such as rounding errors and underflow/overflow issues) is crucial for developing accurate and reliable computational algorithms. Mastering floating-point arithmetic can help developers choose the appropriate data types and computational methods for their specific applications, optimize performance, and ensure numerical stability in a wide range of domains, including scientific computing, financial modeling, graphics, and machine learning. This knowledge is essential for anyone working with numerical computations in modern software and hardware systems.
    • 10. Divide by zero
      Divide by zero is a fundamental concept in computer arithmetic that can have significant implications for the correctness and stability of computational algorithms. Understanding how computer systems handle division by zero, the different ways it can be detected and handled, and the potential consequences of unhandled divide-by-zero errors is crucial for writing robust and reliable software. Mastering the handling of divide-by-zero situations can help developers anticipate and mitigate potential issues, implement appropriate error-handling mechanisms, and ensure that their applications behave predictably and gracefully in the face of unexpected or invalid inputs. This knowledge is particularly important in domains like scientific computing, finance, and safety-critical systems, where the correct handling of numerical operations and errors is essential for maintaining the integrity and reliability of the overall system.

  • 자료후기

      Ai 리뷰
      ARM Cortex-M3의 논리, 연산, 곱셈, 나눗셈, shift, rotation 명령어들을 실험하여 동작을 확인하고, 플래그의 변화를 이해하였으며, 실수 연산을 위한 고정 소수점 및 부동소수점 연산을 직접 구현해보았다.

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