Besprechung des 4. Übungsblattes Was ist MIPS? SPIM-Simulator MIPS-Befehlsformate MIPS-Befehle Assemblerdirektiven Syscalls in MIPS

Transkript

1 Organisatorisches Es gibt kein Übungsblatt zur heutigen Abgabe, da sich durch ausfallende Vorlesungstermine entsprechende Verschiebungen ergeben haben Das jetzige Übungsblatt ist abzugeben bis zum nächsten Freitag

2 Themen heute Besprechung des 4. Übungsblattes Was ist MIPS? SPIM-Simulator MIPS-Befehlsformate MIPS-Befehle Assemblerdirektiven Syscalls in MIPS

3 Besprechung des 4. Übungsblattes Aufgabe 1.2 (Sortier-Aufgabe) Die Wahl des Algorithmus war freigestellt, intuitiv hat aber jeder einen der einfachen Algorithmen Bubble- oder Maxsort (= Insertionsort) implementiert Wichtig war: Größe des Arrays ist nicht fest (nicht unbedingt 40 Elemente), denn 0x40 enthält nicht den letzten Wert, sondern die Adresse (Index) von diesem Indirekter Speicherzugriff erforderlich, hierzu bieten sich die vorher entwickelten Befehle LDIV und STIV an Vorgegebene Adressbereiche für Variablen und Startadresse für Code beachten

4 Was ist MIPS? MIPS := Microprocessor Without Interlocked Pipeline Stages Was bedeutet das? Entwickelt ab 1981 in Stanford RISC-Architektur (was heißt das?)

5 SPIM-Simulator SPIM ist ein Simulator für die MIPS-Architektur, der eine virtuelle MIPS-CPU emuliert Verfügbar für Linux, Windows und Mac (Pakete für die üblichen Linuxdistributionen existieren) Offizielle Homepage: Homepage und zusätzliches Material ist auch auf der RO/TI-Seite verlinkt

6 SPIM-Simulator (2) SPIM enthält einen Assemblierer, akzeptiert also Assemblercode (als Textdatei), dem man bei SPIM üblicherweise die Dateiendung.s gibt Dieser Assemblierer nimmt Rücksicht auf die Eigenheiten der Architektur: Wegen IPS können wir die Pipeline nicht anhalten, daher wird bei Lade- und Sprungbefehlen eine Neuanordnung der Befehle vorgenommen ( branch delay slot hinter Sprungbefehlen, der auch bei erfolgtem Sprung ausgeführt wird) Der Assemblierer stellt Pseudobefehle zur Verfügung, die von ihm ähnlich wie Makros auf einen oder mehrere reale Maschinenbefehle umgesetzt werden Immediate-Befehle haben nur ein 16 Bit-Immediate-Argument; bei größeren Werten generiert der Assemblierer automatisch Code, um den Wert zu erzeugen

7 MIPS-Befehlsformat Jeder MIPS-Befehl hat die feste Länge von vier Bytes und beginnt mit einem 6 Bit Opcode Die restlichen 26 Bit hängen vom Befehlstyp ab: R-Typ (Register): 3x 5 Bit Register-Nummer, 5 Bit Shift Amount -Feld (Wozu da?) und 6 Bit Funktion-Feld (Wozu da?) I-Typ (Immediate): 2x 5 Bit Register-Nummer, 16 Bit Immediate-Wert (Wozu da?) J-Typ (Jump): 26 Bit für das Sprungziel

8 MIPS-Befehle Im folgenden wollen wir die wichtigsten MIPS- Befehle nochmal ansprechen, die Liste ist allerdings bei weitem nicht abschließend Es ist nicht nötig, alle Befehle auswendig zu kennen oder zu lernen Die englische Wikipedia enthält eine gute Übersicht über alle MIPS-Befehle

9 MIPS-Befehle (2) Arithmetische Befehle: add $c, $b, $a / addu $c, $b, $a Addition ($c := $b + $a), in Vorzeichen-Version (add) Ausnahme (Trap) beim Überlauf addi $b, $a, imm / addiu $b, $a, imm Addition mit Konstante ($b := $a + imm), in Vorzeichen- Version (addi) Ausnahme beim Überlauf Was ergibt sich für den Spezialfall imm = 0? Subtraktion analog, aber natürlich ohne Immediate- Befehle (hierzu kann man ja addi(u) verwenden)

10 MIPS-Befehle (3) Arithmetische Befehle (Fortsetzung): div $b, $a / divu $b, $a Division und Modulo-Berechnung in einem Es wird $b / $a in $LO und $b % $a in $HI gespeichert Für die Multiplikation existieren Befehle sowohl analog zur Addition als auch zur Division slt $c, $b, $a / slti $c, $a, imm Vergleich $b < $a bzw. $a < imm, Ergebnis nach $c Die gängigen log. Operationen und Shift existieren auch, bedürfen aber keiner weiteren Erläuterung

11 MIPS-Befehle (4) Datentransfer-Befehle: lb $b, C($a) / lh $b, C($a) / lw $b, C($a) Läd ein Byte, Halbwort oder Wort von der Speicheradresse C + $a (das bedeutet C($a) ) in das Register $b und ggf. folgende Register sb $b, C($a) / sh $b, C($a) / sw $b, C($a) Speichert ein Byte, Halbwort oder Wort vom Register $b und ggf. folgende Register auf die Speicheradresse C + $a mfhi $a / mflo $a Holt den Wert aus dem $HI- oder $LO-Register nach $a li imm (Pseudobefehl) Läd imm (bis zu 32 Bit!) nach $1 (warum Pseudobefehl?)

12 MIPS-Befehle (5) Programmfluss-Befehle: j C / jr $a Unbedingter Sprung zu C bzw. zur Adresse im Register $a beq $b, $a, C / bne $b, $a, C Branch (not) equal, testet $b == $a, bzw. $b!= $a jal C Unterprogrammaufruf, vermerkt Rücksprungadresse in $31 bgt, blt, bge, ble, bgtu, bgtz: syscall Pseudobefehle für bedingten Sprung, die intern beq/bne verwenden Führt Systemaufruf durch, Systemaufruf-Nummer muss in $v0 stehen

13 Assemblerdirektiven Eine Assemblerdirektive wird vom Assemblierer nicht in Befehle (Opcodes) umgesetzt, sondern sie dient zur Steuerung der Assemblierers Die wichtigsten:.data /.text (Optional: Angabe von Startadresse möglich) Platziert die folgenden Befehle im Daten- oder Textsegment (was steht in welchem der beiden Segmente?).ascii string /.asciiz string Erzeugt String an Position (Buchstaben-Array), auf Wunsch zeroterminated.byte [a] [, b] [ ] /.half /.word /.float /.double Speichert die entsprechenden Werte an Speicherzellen im angegeben Typ (was bedeuten die fünf Typen?)

14 Assemblerdirektiven (2) Die wichtigsten (Fortsetzung):.space [num] Allokiert [num] Bytes Platz im Datensegment.globl [name] Macht das Symbol mit dem Namen global, es kann also von anderen Dateien referenziert werden.align [wert] Richtet das nächste Datum an einem Vielfachen von 2 wert aus Weitere finden sich auf der Vorlesung und z.b. in der SPIM Quick Reference (SPIM Homepage)

15 Syscalls in MIPS Mit den Syscalls (Systemaufrufen) kann das Programm vorgegebene vom Betriebssystem (bzw. Simulator) angebotene Funktionen nutzen Der Systemaufruf wird über den Befehl syscall ausgelöst, nachdem wir die Nummer der auszuführenden Routine in das Register $v0 geschrieben haben Je nach Syscall werden Parameter in bestimmten Registern erwartet und Rückgabewerte nach der Ausführung in bestimmten Registern zurückgeliefert

16 Syscalls in MIPS (2) Es existieren die folgenden Syscalls unter SPIM: print_int (1), print_float (2), print_double (3), print_string (4): Gibt Gleitkommazahlen in $f12, Int-Wert in $a0 oder Zero-Terminated- String beginnend ab der Adresse in $a0 aus read_int (5), read_float (6), read_double (7): Liest Zahlenwert nach $v0 (int) bzw. $f0 (float/double) read_string (8): sbrk (9): exit (10): Liest String nach Puffer ab $a0, max. Länge $a1 Speicheranforderung über $a0 Bytes, Startadresse des allokierten Speicherblocks wird in $v0 zurückgegeben Beendet die Ausführung

17 Wir sind fertig! Nächstes Mal: MIPS-Aufgaben Quelle: