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3. INSTRUÇÕES
- Instrução é uma palavra da linguagem de máquina
- Instruction Set do MIPS ( usado pela NEC, Nintendo, Silicon Graphics e Sony.
- Operações
O MIPS trabalha com 3 operandos.
add a,b,c # a Áb + c ( # significa comentário )
Programa em C Assembly MIPS a = b + c; d = a – c;
add a,b,c sub d,a,c f = ( g + h ) – ( i + j ); add t0,g,h add t1,i,j sub f,t0,t 1 o compilador cria t0 e t.
No MIPS são 32 registradores de 32 bits ( $0 .... $31)
Exemplo
Programa em C Assembly MIPS f = ( g + h ) – ( i + j ); add $t0,$s1,$s add $t1,$s3,$s sub $s0,$t0,$t
- Instruções de movimentação de dados Ë load e store
lw Ë instrução de movimentação de dados da memória para registrador ( load word )
sw Ë instrução de movimentação de dados do registrador para a memória ( store word )
Exemplo
Seja A um array de 100 palavras. O compilador associou à variável g o registrador $s1 e a h $s2, além de colocar em $s3 o endereço base do vetor. Traduza o comando em C abaixo.
g = h + A[8];
Solução
Primeiro devemos carregar um registrador temporário com A[8]:
lw $t0, 8($s3) # registrador temporário $t recebe A[8]
Agora basta executar a operação:
add $s1,$s2,$t0 # g = h + A[8]
Exemplo
Supor que o índice seja uma variável:
g = h + A[i]; onde: i é associado a $s4, g a $s1, h a $s2 e endereço base de A a $s3.
Solução
add $t1,$s4,$s add $t1,$t1,$t1 # $t1 recebe 4*i ( porque ??? )
add $t1,$t1,$s3 # $t1 recebe o endereço de A[i]
lw $t0,0($t1) # $t0 recebe a[i] add $s1,$s2,$t
- Figura 3.4 – MIPS architecture
- Formato de instruções - representação de instruções no computador
$s0 .. $s7 Ë 16 .. 23 $t0 .. $t7 Ë 8 .. 15
Exemplo
Formato da instrução add $t0,$s1,$s
- Formato das instruções e seus campos
op Ë operação básica da instrução (opcode) rs Ë o primeiro registrador fonte rt Ë o segundo registrador fonte rd Ë o registrador destino shamt Ë shift amount, para instruções de deslocamento funct Ë function. Seleciona variações das operação especificada pelo opcode
0 17 18 8 0 32
código da adição
$s1 $s2 $t0 não usado nesta instrução
6 5 5 5 5 6 bits bits bits bits bits bits
op rs rt rd shamt funct
6 bits 5 bits 5 bits 5 bits 5 bits 6 bits
- Figura 3.6 – MIPS architecture
- Instruções para tomada de decisões
beq registrador1, registrador2, L1 Ë se o valor do registrador1 for igual ao do registrador2 o programa será desviado para o label L1 ( beq = branch if equal).
bne registrador1, registrador2, L1 Ë se o valor do registrador1 não for igual ao do registrador2 o programa será desviado para o label L1 ( beq = branch if not equal).
Exemplo - Compilando um comando IF.
Seja o comando abaixo:
if ( i == j ) go to L1; f = g + h; L1: f = f - i;
Supondo que as 5 variáveis correspondam aos registradores $s0..$s4, respectivamente, como fica o código MIPS para o comando?
Solução
beq $s3,$s4,L1 # vá para L1 se i = j add $s0,$s1,$s2 # f = g + h, executado se i != j L1: sub $s0,$s0,$s3 # f = f – i, executado se i = j
Solução
Loop: add $t1,$s3,$s3 # $t1 = 2 * i add $t1,$t1,$t1 # $t1 = 4 * i add $t1,$t1,$s5 # $t1 recebe endereço de A[i] lw $t0,0($t1) # $t0 recebe A[i] add $s1,$s1,$t0 # g = g + A[i] add $s3,$s3,$s4 # i = i + j bne $s3,$s2,Loop # se i != h vá para Loop
Exemplo
while (save[i] == k) i = i + j;
Solução
Para i,j e k correspondendo a $s3,$s4 e $s5, respectivamente, e o endereço base do array em $s6, temos:
Loop: add $t1,$s3,$s3 # $t1 = 2 * i add $t1,$t1,$t1 # $t1 = 4 * i add $t1,$t1,$s6 # $t1 = endereço de save[i] lw $t0,0($t1) # $t0 recebe save[i] bne $t0,$s5,Exit # va para Exit se save[i] != k add $s3,$s3,$s4 # i = i + j j Loop Exit:
- Instrução para teste de maior ou menor
slt reg_temp, reg1, reg2 Ë se reg1 é menor que reg2, reg_temp é setado, caso contrário é resetado.
Observação: Para utilizações específicas, os compiladores MIPS associam o registrador $0 ao valor zero ($zero).
Exemplo
Compilando o teste less than
Solução:
slt $t0,$so,$s1 # $t0 é setado se $s0 < $s bne $t0,$zero,Less # vá para Less, se $t0 != 0 , ou seja a<b
Exemplo – Compilando o case/switch
Seja o comando abaixo:
switch (k) { case 0: f = f + j; break; case 1: f = g + h; break; }
- Figura 3.9 – MIPS architecture
- Suporte a procedimentos
- Para a execução de um procedimento deve-se:
- Colocar os parâmetros em um local onde o procedimento possa acessá-los
- Transferir o controle ao procedimento
- Adquirir os recursos necessários ao procedimento
- Executar a tarefa
- Colocar o resultado em um local onde o programa possa acessá-lo
- Retornar o controle ao ponto onde o procedimento foi chamado
- Para este mecanismo, o MIPS aloca seus registradores, para chamada de procedimentos, da seguinte maneira:
- $a0 .. $ a3 Ë 4 registradores para passagem de argumentos
- $v0 .. $v1 Ë para retornar valores
- $ra Ë para guardar o endereço de retorno
- Instrução para chamada de procedimento
jal End_proc - (jump-and-link) Ë desvia para o procedimento e salva o endereço de retorno (PC+4) em $ra (return address - $31)
- Instrução para retorno de chamada de procedimento
jr $ra Ë desvia para o ponto de onde foi chamado o procedimento
Solução:
Os parâmetros g, h, i e j correspondem a $a0 .. $a3, respectivamente e f a $s0. Antes precisaremos salvar $s0, $t0 e $t1 na pilha, pois serão usados no procedimento
sub $sp,$sp,12 # ajuste do sp para empilhar 3 palavras sw $t1,8($sp) # salva $t1 na pilha sw $t0,4($sp) # salva $t0 na pilha sw $s0,0($sp) # salva $s0 na pilha
No procedimento
add $t0,$a0,$a add $t1,$a2,$a sub $s0,$t0,$t
Para retornar o valor f
add $v0,$s0,$zero
Antes do retorno é necessário restaurar os valores dos registradores salvos na pilha
lw $s0, 0($sp) lw $t0, 4($sp) lw $s1, 8($sp) add $sp,$sp,
Retornar
jr $ra
Contents of register $s
Contents of register $t
Contents of register $t
$sp
$sp
$sp
Highaddress
Lowaddress a. b. c. Figura 3.10 – Valores de sp antes, durante e depois da chamada do procedimento
- Observações
- $t0 .. $t9 Ë 10 registradores temporários que não são preservados em uma chamada de procedimento
- $s0 .. $s7 Ë 8 registradores que devem ser preservados em uma chamada de procedimento
Exemplo – procedimento recursivo
_Int fact (int n) { if (n<1) return(1); else return (nfact(n-1)); }_*
- Figura 3.11 – O que é preservado ou não numa chamada de procedimento.
Registradores Preservados Registradores Não Preservados Salvos: $s0-$s7 Temporários: $t0-$t Apontador para pilha: $sp Argumentos: $a0-$a Endereço de retorno: $ra Valores de Retorno: $v0-$v Pilha acima do Apontador para pilha
Pilha abaixo do Apontador para pilha
Saved argument registers (if any)
Local arrays and structures (if any)
Saved saved registers (if any)
Saved return address
b.
$sp
$sp
$sp
c.
$fp
$fp
$fp
a.
High address
Low address
Figura 3.12 – Ilustração da pilha antes, durante e depois da chamada de procedimento.
- Figura 3.13 – Convenção de registradores no MIPS Nome Número Uso Preservado em chamadas? $zero 0 Constante 0 n.d $v0-$v1 2-3 Resultados e avaliações de expressões
Não
$a0-$a3 4-7 Argumentos Sim $t0-$t7 8-15 Temporários Não $s0-$v7 16-23 Salvos Sim $t8-$t9 24-25 Temporários Não $gp 28 Ponteiro global Sim $sp 29 Ponteiro para pilha Sim $fp 30 Ponteiro para frame Sim $ra 31 Endereço de retorno Sim
