MIPS Intermedio - Universidad de Sonora

MIPS Intermedio
Seudo-instrucciones
Son instrucciones que el ensamblador reconoce pero
que no existen en la definición del hardware.
El ensamblador mapea cada seudo-instrucción a dos o
mas instrucciones reales.
Se usan para comodidad de los programadores.
Algunas seudo-instrucciones no son standard.
Dependen de cada ensamblador
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Seudo-instrucciones
Por ejemplo, la seudo-instrucción li (load immediate):
li $t0, 0x12345678
se traduce a:
lui $t0, 0x1234
ori $t0, 0x5678
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Seudo-instrucciones
Lista de algunas seudo-instrucciones:
Nombre
Sintaxis
Significado
Valor absoluto
abs $r, $t
$r = abs ($t)
Carga dirección
la $r, L
$r = L
Carga inmediata
li $r, C
$r = C
Brinca si mayor que
bgt $r, $t, L
Si r > t goto L
Brinca si menor que
blt $r, $t, L
Si r < t goto L
Brinca si mayor que o igual
bge $r, $t, L
Si r >= t goto L
Brinca si menor que o igual
ble $r, $t, L
Si r <= t goto L
Brinca si mayor que sin signo
bgtu $r, $t, L
Si r > t goto L
Brinca si mayor que cero
bgtz $r, L
Si r > 0 goto L
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Registros
Nombre
Número
Uso
¿Salvado por el llamado?
$zero
0
Constante cero
No aplica
$at
1
Reservado
No
$v0-$v1
2-3
Valores de retorno de funciones
No
$a0-$a3
4-7
Argumentos de funciones
No
$t0-$t7
8-15
Temporales
No
$s0-$s7
16-23
Temporales salvados
Si
$t8-$t9
24-25
Temporales
No
$k0-$k1
26-27
Reservados por el kernel del S.O.
No
$gp
28
Apuntador global
Si
$sp
29
Stack pointer
Si
$fp
30
Frame pointer
Si
$ra
31
Dirección de retorno
No aplica
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Registros
Los registros $at (1), $k0 (26), y $k1 (27) están
reservados por el ensamblador y el sistema operativo y
no deben ser usados por programas.
Los registros $a0–$a3 (4–7) se usan para pasar los
primeros cuatro argumentos a las rutinas (los demás
argumentos se pasan en la pila). Los registros $v0 y $v1
(2, 3) se usan para regresar valores de funciones.
Los registros $t0–$t9 (8–15, 24, 25) son registros
salvados por el llamador que se usan para guardar
cantidades temporales que no necesitan ser
preservados entre llamadas.
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Registros
Los registros $s0–$s7 (16–23) son registros salvados
por el llamado que se usan para guardar cantidades
temporales que si necesitan ser preservados entre
llamadas.
El registro $gp (28) es un apuntador global que apunta
a la mitad de un bloque de memoria de 64K en el
segmento de datos estáticos.
El registro $sp (29) es el stack pointer, que apunta al
tope de la pila. El registro $fp (30) es el frame pointer.
La instrucción jal escribe en el registro $ra (31) la
dirección de retorno de una llamada a procedimiento.
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Llamadas a procedimiento
En lenguajes de alto nivel (C, Java) las llamadas a
procedimiento son transparentes al usuario.
En ensamblador, el programador debe implementar las
llamadas y retorno de procedimiento.
Las llamadas y regreso de procedimiento involucran un
bloque de memoria llamado procedure call frame.
Como en la mayoría de los lenguajes las llamadas a
procedimiento siguen un orden LIFO (last-in, firstout), a estos bloques también se les conoce como stack
frames.
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Stack frame
El stack frame guarda:
Argumentos (a partir del quinto) al procedimiento.
Los registros que se deben preservar.
Las variables locales al procedimiento.
El procedimiento llamado utiliza el frame pointer para
accesar la memoria.
lw $v0, 0($fp)
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; $v0 = Memoria[$fp]
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Stack frame
…
Alta memoria
Argumento 6
Argumento 5
$fp
Registros
salvados
La pila
crece
Variables
locales
$sp
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Baja memoria
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Stack frame
Por convención, el tamaño mínimo de un stack frame
es 24 bytes.
16 bytes para guardar $a0-$a3.
8 bytes para guardar $ra alineada a doble palabra.
Por convención, el stack pointer también se mantiene
alineado a doble palabra, es decir, $sp se incrementa de
8 en 8 bytes.
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Antes de la llamada
El llamador hace lo siguiente:
1. Pasar argumentos. Por convención, los primeros 4
argumentos van en $a0-$a3. Los demás argumentos
se pasan en la pila.
2. Guarda los registros. No hay garantía que $a0-$a3 ni
$t0-$t9 mantengan su valor después de la llamada. Si
el llamador espera usar alguno de esos registros, debe
salvarlos en la pila.
3. Ejecuta una instrucción jal. La dirección de regreso se
guarda en $ra automáticamente.
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Después de la llamada
El llamado, antes de correr, hace lo siguiente:
1. Reservar espacio para el frame, restándole al stack
pointer el tamaño del frame.
2. Salvar los registros $s0-$s7 si es que se usan en el
procedimiento. $fp debe salvarse y $ra solo en caso de
que el procedimiento haga a su vez una llamada.
3. Dejar a $fp apuntando al comienzo del frame,
sumando al stack pointer el tamaño del frame menos
4.
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Antes de regresar al llamador
Antes de regresar, el llamado hace lo siguiente:
1. Si el llamado regresa un valor, guardar el valor en $v0.
2. Restaurar los registros que se salvaron al comienzo.
3. Eliminar (pop) el stack frame sumándole el tamaño
del frame al stack pointer.
4. Brincar a la dirección almacenada en $ra.
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Ejemplo
Traducir a MIPS la siguiente función hecha en C:
int foo (int g, int h, int i, int j)
{
int f;
f = (g + h) – (i + j);
return f;
}
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Ejemplo
Reservar espacio en la pila para el frame.
Salvar los registros que se van a usar: $s0, $t0 y $t1.
foo:
addi $sp, $sp, -12
sw $t1, 8($sp)
sw $t0, 4($sp)
sw $s0, 0($sp)
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; El frame ocupa 12 bytes
; Guarda $t1
; Guarda $t0
; Guarda $s0
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Ejemplo
Pila del sistema antes y después de guardar el stack
frame de foo.
Alta memoria
sp
$t1
$t0
sp
$s0
Baja memoria
Antes
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Después
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Ejemplo
Código del procedimiento.
Se asume que los argumentos g, h, i, y j están en $a0,
$a1, $a2 y $a3, respectivamente.
add $t0, $a0, $a1 ; $t0 = g + h
add $t1, $a2, $a3
; $t1 = i + j
sub $s0, $t0, $t1
; $s0 = $t0 - $t1
add $v0, $s0, $zero ; El valor se regresa en $v0
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Ejemplo
Restaurar los valores de $t0, $t1 y $s0 sacándolos de la
pila.
Regresar el control al procedimiento llamador.
lw $s0, 0($sp)
; Restaura $s0
lw $t0, 4($sp)
; Restaura $t0
lw $t1, 8($sp); Restaura $t1
addi $sp, $sp, 12
; Ajusta la pila
jr $ra
; Brinca al llamador
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Ejemplo
Pila del sistema durante y después de la llamada a foo.
Alta memoria
sp
$t1
$t0
sp
$s0
Baja memoria
Durante
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Después
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Resumen
Instrucciones sencillas, todas de 32 bits.
Tres formatos de instrucción:
R – los operandos son registros.
I – un operando es inmediato.
J – brinco.
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Resumen
Arquitectura load/store.
Los datos deben estar en registros para realizar
aritmética.
Las únicas instrucciones que accesan la memoria son las
instrucciones de transferencia de datos.
Byte addressing con memoria alineada.
Las palabras comienzan en direcciones múltiplos de 4.
232 bytes con direcciones de 0 a 232 – 1.
230 palabras con direcciones de 0 a 232 – 4.
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Resumen
El registro $zero siempre contiene valor 0.
Los registro $at, $k0, $k1 están reservados.
Los registros $gp, $sp, $fp y $ra son de propósito
especial.
En particular $sp, $fp y $ra se usan en las llamadas.
Los registros $t0-$t9 son para temporales de vida corta.
Los registros $s0-$s7 son para temporales de vida larga.
Los registros $a0-$a3 se usan para pasar argumentos.
Los registros $v0 y $v1 se usan para regresar valores.
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