Detail předmětu

Programování na strojové úrovni

ISU Ak. rok 2023/2024 letní semestr 6 kreditů

Číselné soustavy: zobrazování celých čísel bez a se znaménkem, aritmetika ve dvojkové soustavě, reálná čísla ve formátu IEEE-754. Strojový jazyk: jazyk symbolických instrukcí, základní funkce počítače. Konkrétní architektura procesoru: registry, základy organizace paměti, adresování, systém přerušení, práce s koprocesory, soubor instrukcí a jejich formát. Programování na úrovni strojového jazyka: základní programátorské konstrukce, překlad a linkování kódu. Návaznost na vyšší programovací jazyky: standardní předávání řízení a parametrů při volání funkcí, služby operačního systému. Koprocesor: formát čísel, instrukční sada, programování koprocesoru FPU.

Garant předmětu

Orság Filip, Ing., Ph.D. (UITS)

Koordinátor předmětu

Goldmann Tomáš, Ing. (UITS)

Jazyk výuky

česky, anglicky

Zakončení

zápočet+zkouška (písemná)

Rozsah

  • 39 hod. přednášky
  • 26 hod. pc laboratoře

Bodové hodnocení

  • 60 bodů závěrečná zkouška (písemná část)
  • 16 bodů půlsemestrální test (písemná část)
  • 24 bodů numerická cvičení

Zajišťuje ústav

Ústav inteligentních systémů (UITS)

Přednášející

Goldmann Tomáš, Ing. (UITS)
Hanáček Petr, doc. Dr. Ing. (UITS)
Husa Jakub, Ing. (UPSY)
Jaroš Marta, Ing., Ph.D. (UPSY)
Orság Filip, Ing., Ph.D. (UITS)

Cvičící

Goldmann Tomáš, Ing. (UITS)
Grézl František, Ing., Ph.D. (UPGM)
Hanák Jiří, Ing. (UPGM)
Husa Jakub, Ing. (UPSY)
Chlebík Jakub, Ing. (UPSY)
Jaroš Marta, Ing., Ph.D. (UPSY)
Karas Matej, Ing.
Klhůfek Jan, Ing. (UPSY)
Malinka Kamil, Mgr., Ph.D. (UITS)
Olšák Ondřej, Ing. (UPSY)
Orság Filip, Ing., Ph.D. (UITS)
Sakin Martin, Ing. (UITS)
Sedlák David, Ing. (UPSY)
Semerád Lukáš, Ing., Ph.D. (UITS)
Setinský Jiří, Ing. (UPSY)

Cíle předmětu

Seznámit s programováním počítačů na nejnižší úrovni se zaměřením na vybranou architekturu. Seznámit a naučit aktivně pracovat s číselnými soustavami, zobrazováním čísel bez a se znaménkem, aritmetikou v dvojkové soustavě a se zobrazováním reálných čísel. Seznámit s vybranou konkrétní architekturou procesorů, formátem instrukcí a adresovacími režimy. Naučit aktivně programovat běžné řídící konstrukce v asembleru s daným souborem instrukcí. Propojit programování v asembleru na nízké úrovni s programovacími jazyky vyšší úrovně knihovnami a službami operačního systému. Naučit používat koprocesor pro práci s reálnými čísly (FPU).
Studenti se seznámí s jednou konkrétní architekturou procesoru. Naučí se používat nejdůležitější instrukce daného procesoru a koprocesoru FPU, jazyk symbolických instrukcí a budou schopni vytvářet jednoduché programy, překládat je a spojovat do spustitelných programů. Získají základní vědomosti o předávání řízení, předávání parametrů, přehled o službách operačního systému a jejich volání a budou schopni tyto získané vědomosti prakticky používat. Studenti získají základní vědomosti o architektuře a činnosti procesoru, které patří k základním znalostem všech odborníků oboru IT. Naučí se řešit jednoduché problémy v jazyku symbolických instrukcí a návaznost na vyšší programovací jazyky.

Proč je předmět vyučován

Elementární znalost fungování procesoru na nízké úrovni z hlediska jeho programování je nepostradatelná dovednost budoucího odborníka z oblasti IT. Každý programátor by měl vědět, jak pracuje procesor a jak se programuje na úrovni instrukční sady.

Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti

Základní znalost programování v jazyce C.

Literatura studijní

  • Marek, R.: Assembler pro PC - učíme se programovat v jazyce, Computer Press, 2003, ISBN 80-7226-843-0
  • Duntemann, Jeff. Assembly language step-by-step: programming with linux. 3rd ed. Indianapolis: Wiley, 2009. ISBN 978-0470497029.
  • Irvine, Kip R. Assembly language for x86 processors. Seventh edition. Boston: Pearson, 2015. ISBN 978-0133769401.
  • Intel® 64 and IA-32 architectures software developer’s manual combined volumes: 1, 2A, 2B, 2C, 2D, 3A, 3B, 3C, 3D, and 4. Webové stránky společnosti Intel [online]. [cit. 2022-01-06]. Dostupné z: https://www.intel.com/content/dam/develop/public/us/en/documents/325462-sdm-vol-1-2abcd-3abcd.pdf
  • The Netwide Assembler: NASM, Quick reference Guide [online]. [cit. 2022-01-06]. Dostupné z: https://www.nasm.us/xdoc/2.15.05/nasmdoc.pdf

Literatura referenční

Osnova přednášek

  1. Úvod, číselné soustavy, reprezentace čísel, binární aritmetika.
  2. Základní funkce procesoru, strojový jazyk, jazyk symbolických instrukcí, asembler.
  3. Architektura procesoru - registry, typy operandů, formát instrukcí, adresování paměti, přerušení.
  4. Architektura procesoru - přenosy, aritmetické a logické instrukce.
  5. Architektura procesoru - posuny a rotace, předávání řízení.
  6. Architektura procesoru - další instrukce.
  7. Půlsemestrální test.
  8. Zásady programování ve strojovém jazyku, základní řídící konstrukce.
  9. Funkce, standardní předávání řízení a parametrů.
  10. Programové moduly, knihovny, služby operačního systému.
  11. Koprocesor FPU - architektura, reprezentace reálných čísel, instrukční sada.
  12. Koprocesor FPU - instrukční sada, programování a ukázky použití.
  13. Překladač jazyka symbolických instrukcí - pseudoinstrukce, direktivy, výrazy, operátory, operandy a makra.

Osnova počítačových cvičení

  1. Číselné soustavy (převody mezi soustavami), číselné kódy (reprezentace záporných čísel).
  2. Překlad, sestavení a spuštění programu v příkazové řádce. Vývojové prostředí pro asemblery. Ladění programu ve vývojovém prostředí a v samostatném nástroji na ladění.
  3. Práce s registry a s pamětí (proměnné, pole).
  4. Aritmetické instrukce.
  5. Logické instrukce, instrukce posunů a rotací.
  6. Skokové instrukce, volání funkcí a předávání parametrů funkcím registry, knihovna pro vstupní a výstupní operace.
  7. Test.
  8. Základní řídicí konstrukce (if-then-else, while, do-while, for, switch-case).
  9. Instrukce pro práci s řetězci (poli).
  10. Test.
  11. Volání funkcí a předávání parametrů funkcím z knihoven vyšších programovacích jazyků.
  12. Práce s koprocesorem FPU.
  13. Test.

Průběžná kontrola studia

  • půlsemestrální písemný test
  • testy v počítačových cvičeních


  • průběžné bodované testy na počítačových cvičeních
  • testy v počítačových cvičeních zmeškané z důvodu nemoci nebo jiné, řádně doložené absenci lze nahradit v následujícím cvičení případně v jiném termínu domluveném s garantem předmětu

Podmínky zápočtu

Nejméně 20 bodů získaných v průběhu semestru.

Rozvrh

DenTypTýdnyMístn.OdDoKapacitaPSKSkupInfo
Po zkouška 2024-05-20 D0206 D0207 D105 E104 E112 09:0011:50 2. termín
Po zkouška 2024-06-03 E104 09:0011:50 3. termín (E104)
Po zkouška 2024-06-03 E112 09:0011:50 3. termín (E112)
Po zkouška 2024-03-18 D105 11:0012:30 Termín D105-11:00
Po přednáška 1., 2., 3., 4., 5., 6., 8., 10., 12., 13. výuky D105 11:0013:50400 1BIB 2BIA 2BIB xx 30 - 49 Orság
Po přednáška 2024-04-15 D105 11:0013:50400 1BIB 2BIA 2BIB xx 30 - 49 Jaroš
Po zkouška 2024-03-18 D105 12:3014:00 Termín D105-12:30
Po zkouška 2024-03-18 D0206 14:0015:30 Termín D206-14:00
Po zkouška 2024-03-18 D105 14:0015:30 Termín D105-14:00
Po zkouška 2024-04-29 D0206 14:0016:50 předtermín 1 (D0206)
Po zkouška 2024-04-29 D105 14:0016:50 předtermín 1 (D105)
Po přednáška 1., 2., 3., 4. výuky D0206 D0207 D105 14:0016:50560 1BIA 2BIA 2BIB xx 10 - 29 Husa
Po přednáška 5., 6., 8., 10., 13. výuky D0206 D0207 D105 14:0016:50560 1BIA 2BIA 2BIB xx 10 - 29 Jaroš
Po přednáška 11., 12. výuky D0206 D0207 D105 14:0016:50560 1BIA 2BIA 2BIB xx 10 - 29 Goldmann
Po zkouška 2024-03-18 D0206 15:3017:00 Termín D206-15:30
Po zkouška 2024-03-18 D105 15:3017:00 Termín D105-15:30
Út poč. lab *) 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9. výuky N105 08:0009:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx
Út poč. lab 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12., 13. výuky N103 08:0009:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Grézl
Út poč. lab výuky N104 08:0009:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Setinský
Út poč. lab 2024-02-06 N103 08:0009:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Orság
Út poč. lab 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 11., 12., 13. výuky N105 10:0011:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Goldmann
Út poč. lab 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12., 13. výuky N103 10:0011:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Grézl
Út poč. lab výuky N104 10:0011:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Setinský
Út poč. lab 2024-02-06 N103 10:0011:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Orság
Út poč. lab 2024-04-09 N105 10:0011:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Orság
Út poč. lab *) výuky N103 12:0013:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx
Út poč. lab *) 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9. výuky N104 12:0013:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx
Út poč. lab 1., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 11., 12., 13. výuky N105 12:0013:5025 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Jaroš
Út poč. lab 2., 3. výuky N105 12:0013:5025 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Olšák
Út poč. lab 2024-04-09 N105 12:0013:5025 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Orság
Út poč. lab 1., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12., 13. výuky N105 14:0015:5020 1BIB xx Jaroš
Út poč. lab 2., 3., 4., 5., 7., 8., 9., 10., 11., 12., 13. výuky N103 14:0015:5020 1BIA 2BIA 2BIB xx Grézl
Út poč. lab výuky N104 14:0015:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Husa
Út poč. lab 1., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12., 13. výuky N105 14:0015:5020 1BIA 2BIA 2BIB xx Jaroš
Út poč. lab 2., 3., 4., 5., 7., 8., 9., 10., 11., 12., 13. výuky N103 14:0015:5020 1BIB xx Grézl
Út poč. lab 2., 3. výuky N105 14:0015:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Olšák
Út poč. lab 2024-02-06 N103 14:0015:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Goldmann
Út poč. lab 2024-03-12 N103 14:0015:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Sedlák
Út poč. lab 1., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12., 13. výuky N105 16:0017:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Jaroš
Út poč. lab 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12., 13. výuky N103 16:0017:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Grézl
Út poč. lab výuky N104 16:0017:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Husa
Út poč. lab 2., 3. výuky N105 16:0017:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Olšák
Út poč. lab 2024-02-06 N103 16:0017:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Klhůfek
Út poč. lab výuky N104 18:0019:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Husa
Út poč. lab *) 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9. výuky N105 18:0019:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx
Út poč. lab 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 10., 11., 12., 13. výuky N103 18:0019:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Klhůfek
Út poč. lab 2024-04-02 N103 18:0019:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Sedlák
St poč. lab *) 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. výuky N103 N104 08:0009:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx
St poč. lab 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 11., 12. výuky N105 08:0009:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Orság
St poč. lab 2024-04-10 N105 08:0009:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Goldmann
St poč. lab *) 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. výuky N103 10:0011:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx
St poč. lab 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 11., 12. výuky N105 10:0011:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Orság
St poč. lab 1., 2., 3., 4., 5., 6., 8., 9., 10., 11., 12. výuky N104 10:0011:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Sedlák
St poč. lab 2024-03-20 N104 10:0011:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Grézl
St poč. lab 2024-04-10 N105 10:0011:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Jaroš
St poč. lab 1., 2., 3., 4., 5., 6., 8., 9., 10., 11., 12. výuky N104 12:0013:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Sedlák
St poč. lab 1., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. výuky N105 12:0013:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Jaroš
St poč. lab 2., 3., 4., 5., 7., 8., 9., 10., 11., 12. výuky N103 12:0013:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Grézl
St poč. lab 2., 3. výuky N105 12:0013:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Olšák
St poč. lab 2024-02-07 N103 12:0013:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Goldmann
St poč. lab 2024-03-13 N103 12:0013:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Sakin
St poč. lab 2024-03-20 N104 12:0013:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Setinský
St poč. lab 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. výuky N104 14:0015:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Husa
St poč. lab 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 10., 11., 12. výuky N103 14:0015:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Klhůfek
St poč. lab 1., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. výuky N105 14:0015:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Jaroš
St poč. lab 2., 3. výuky N105 14:0015:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Olšák
St poč. lab 2024-04-03 N103 14:0015:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Semerád
St poč. lab 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. výuky N103 16:0017:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Semerád
St poč. lab 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. výuky N104 16:0017:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Husa
St poč. lab 1., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. výuky N105 16:0017:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Jaroš
St poč. lab 2., 3. výuky N105 16:0017:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Olšák
St poč. lab 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. výuky N103 18:0019:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Semerád
St poč. lab 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. výuky N104 18:0019:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Husa
St poč. lab 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. výuky N105 18:0019:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Sedlák
Čt poč. lab 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12., 13. výuky N104 08:0009:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Grézl
Čt poč. lab 2024-02-08 N104 08:0009:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Orság
Čt poč. lab 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12., 13. výuky N104 10:0011:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Grézl
Čt poč. lab výuky N105 10:0011:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Orság
Čt poč. lab 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12., 13. výuky N204 10:0011:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Semerád
Čt poč. lab 2024-02-08 N104 10:0011:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Orság
Čt poč. lab 2024-02-08 N204 10:0011:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Sakin
Čt poč. lab výuky N104 14:0015:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Husa
Čt poč. lab výuky N204 14:0015:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Sedlák
Čt poč. lab výuky N103 16:0017:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Sakin
Čt poč. lab výuky N104 16:0017:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Husa
Čt poč. lab výuky N103 18:0019:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Sakin
Čt poč. lab výuky N104 18:0019:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx Husa
Čt poč. lab *) výuky N105 18:0019:5020 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB xx
Pá zkouška 2024-05-03 D0206 10:0012:50 předtermín 2 (D0206)
Pá zkouška 2024-05-03 D105 10:0012:50 předtermín 2 (D105)
Pá zkouška 2024-05-03 E112 10:0012:50 předtermín 2 (E112)
Pá zkouška 2024-05-10 A112 13:0015:50 1. termín (A112)
Pá zkouška 2024-05-10 D0206 13:0015:50 1. termín (D0206)
Pá zkouška 2024-05-10 D0207 13:0015:50 1. termín (D0207)
Pá zkouška 2024-05-10 D105 13:0015:50 1. termín (D105)
Pá zkouška 2024-05-10 E104 13:0015:50 1. termín (E104)
Pá zkouška 2024-05-10 E105 13:0015:50 1. termín (E105)
Pá zkouška 2024-05-10 G202 13:0015:50 1. termín (G202)
Na výuku se nelze registrovat ve Studis. (Termíny cvičení mohou být v případě potřeby otevřeny dodatečně, ale nemusí být využity vůbec.)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru