Transcript 命令の実行 - 九州大学

制御の流れ
（分岐命令）
（教科書3.5節）
プロセッサの基本構成要素
PCの指す番地から取
得した命令を保持
次に実行する命
令の番地を記憶
プロセッサ
命令レジスタ
命令レジスタの内
容（取得した命令）
を解読
PC
デコーダ
ALU
算術演算や論
理演算を実行
プログラムの命令
とデータを格納．
レジスタ
・
・
・
主記憶
ALUで計算される
データを記憶
PC: Program Counter
九州大学工学部電気情報工学科
命令の実行手順
プロセッサ
命令レジスタ
アドレス
PC
0x00104
デコーダ
ALU
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
主記憶
・・・
0x00104
add $t0, $s1, $s2
0x00108
sub $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
3.命令の実行：解読結果に従って実行
九州大学工学部電気情報工学科
命令の実行手順
PCの指す番地から取
得した命令を保持 プロセッサ
命令レジスタ
add $t0, $s1, $s2
実行する命令の
アドレス
アドレス
PC
0x00104
デコーダ
ALU
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
主記憶
・・・
0x00104
add $t0, $s1, $s2
0x00108
sub $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
3.命令の実行：解読結果に従って実行
九州大学工学部電気情報工学科
命令の実行手順
プロセッサ
命令レジスタ
add $t0, $s1, $s2
次命令の取得にそ
なえてPCを更新
アドレス
PC
0x00108
デコーダ
ALU
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
主記憶
・・・
0x00104
add $t0, $s1, $s2
0x00108
sub $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
3.命令の実行：解読結果に従って実行
九州大学工学部電気情報工学科
命令の実行手順
プロセッサ
命令レジスタ
add $t0, $s1, $s2
アドレス
PC
0x00108
デコーダ
ALU
取得した命令を解読
（s1とs2を加算し，t0へ格納）
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
主記憶
・・・
0x00104
add $t0, $s1, $s2
0x00108
sub $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
3.命令の実行：解読結果に従って実行
九州大学工学部電気情報工学科
命令の実行手順
プロセッサ
命令レジスタ
add $t0, $s1, $s2
アドレス
PC
0x00108
デコーダ
加算
ALU
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
主記憶
・・・
0x00104
add $t0, $s1, $s2
0x00108
sub $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
3.命令の実行：解読結果に従って実行
九州大学工学部電気情報工学科
命令の実行手順
PCの指す番地から取
得した命令を保持 プロセッサ
命令レジスタ
sub $t1, $t0, $s3
実行する命令の
アドレス
アドレス
PC
0x00108
デコーダ
ALU
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
主記憶
・・・
0x00104
add $t0, $s1, $s2
0x00108
sub $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
3.命令の実行：解読結果に従って実行
九州大学工学部電気情報工学科
命令の実行手順
プロセッサ
命令レジスタ
sub $t1, $t0, $s3
次命令の取得にそ
なえてPCを更新
アドレス
PC
0x0010c
デコーダ
ALU
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
主記憶
・・・
0x00104
add $t0, $s1, $s2
0x00108
sub $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
3.命令の実行：解読結果に従って実行
九州大学工学部電気情報工学科
命令の実行手順
プロセッサ
命令レジスタ
sub $t1, $t0, $s3
アドレス
PC
0x0010c
デコーダ
ALU
取得した命令を解読
（t0とs3を減算し，t1へ格納）
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
主記憶
・・・
0x00104
add $t0, $s1, $s2
0x00108
sub $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
3.命令の実行：解読結果に従って実行
九州大学工学部電気情報工学科
命令の実行手順
プロセッサ
命令レジスタ
sub $t1, $t0, $s3
アドレス
PC
0x0010c
デコーダ
減算
ALU
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
主記憶
・・・
0x00104
add $t0, $s1, $s2
0x00108
sub $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
3.命令の実行：解読結果に従って実行
九州大学工学部電気情報工学科
命令の実行手順
PCの指す番地から取
得した命令を保持 プロセッサ
命令レジスタ
lw $t1, 320($s4)
実行する命令の
アドレス
PC
0x0010c
・・・
デコーダ
ALU
主記憶
アドレス
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
0x00104
add $t0, $s1, $s2
0x00108
sub $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
3.命令の実行：解読結果に従って実行
以降，繰り返し・・・
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逐次制御だけで十分なのか？
 命令実行に関する基本動作
 主記憶に格納された命令を１個ずつ，順番に実行する（逐次制御）
 全ての場合に対応できるのだろうか？
A[80] = (g + A[2]) – (h + A[i]);
lw $t0, 8 ($s4)
add $t0, $t0, $s1
add $t1, $s3, $s3
add $t1, $t1, $t1
add $t1, $t1, $s4
lw $t1, 0 ($t1)
add $t1, $t1, $s2
sub $t1, $t0, $t1
sw $t1, 320 ($s4)
逐次制御で問題なし！
if (i == j)
f = g + h;
else
f = g – h;
???
逐次制御だけでは対応できない！
条件に応じて分岐する必要がある！
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ＭＩＰＳの命令（一部）
命令
命令区分
算術演算 add
データ転
送
意味
add $s1, $s2, $s3
$s1 = $s2 + $s3
Subtract
sub $s1, $s2, $s3
$s1 = $s2 – $s3
load word
lw $s1, 100($s2)
$s1に，メモリの[$s2+100]番地の
ワードデータを読込み
store word
sw $s1, 100($s2)
メモリの[$s2+100]番地に，$s1の
ワードデータを書込み
beq $s1, $s2, L
もし、$s1==$s2ならLへ分岐
branch on not
equal
bne $s1, $s2, L
もし、$s1!=$s2ならLへ分岐
set on less than
slt $s1, $s2, $s3
もし、$s2<$s3なら$s1=1, 以外なら
$s1=0
jump
jL
Lにジャンプ
jump register
jr $s1
$s1の値が示すアドレスにジャンプ
条件分岐 branch on equal
無条件
ジャンプ
例
$s1～$s3は汎用レジスタ
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ラベル名
ラベル名: 命令やデータが配置されている主記憶上の番地につけ
られた名前．
100
add
$s0, $s0, $s1
add
$s0, $s0, $s1
104
addi
$s4, $zero, 1
addi
$s4, $zero, 1
108
add
$s1, $s1, $s0
add
$s1, $s1, $s0
112
sub
$s0, $s0, $s4
sub
$s0, $s0, $s4
116
bne
$s0, $s4, 108番地
bne
$s0, $s4, L1
L1:
ラベル定義
ラベル参照
ラベル名はアセンブラによって実際の番地に変換される．
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条件分岐命令（1）
条件分岐命令がない場合
①
②
③
④
add $s1, $s2, $s3
add $t0, $s1, $s4
lw $t1, 8 ($s5)
sub $t1, $t1, $t0
命令実行の流れ
条件分岐命令がある場合
① add $s1, $s2, $s3
② beq $s1, $s6, GoTo
add $t0, $s2, $s4
sw $t0, 8 ($s5)
①
②
③
④
GoTo:
③ add $s4, $t4, $t3
④ sw $s4, 8 ($s5)
②で分岐条件が成立
した場合
分岐条件が不成立
の場合
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条件分岐命令（2）
例）
beq $s0, $s1, L1
レジスタ$s0の値と$s1の値を比
較して，同じであればラベルL1
へ分岐（PCの値を設定）
beq: Branch on EQual
bne $s0, $s1, L1
beq
$s0, $s1, L1
$s0 = $s1
Yes
No
次の命令
bne
ラベルL1の番地
$s0, $s1, L2
レジスタ$s0の値と$s1の値を比
較して，同じでなければラベル
L1へ分岐（PCの値を設定）
$s0  $s1
bne: Branch on Not Equal
次の命令
Yes
No
ラベルL2の番地
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条件分岐命令（3）
プロセッサ
命令レジスタ
アドレス
PC
0x00104
デコーダ
ALU
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
主記憶
・・・
0x00104
beq $t0, $s1, L1
0x00108
add $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
L1
・・・
0x00400
lw $t1, 120($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
3.命令の実行：解読結果に従って実行
九州大学工学部電気情報工学科
条件分岐命令（3）
PCの指す番地から取
得した命令を保持 プロセッサ
命令レジスタ
beq $t0, $s1, L1
実行する命令の
アドレス
アドレス
PC
0x00104
デコーダ
ALU
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
主記憶
・・・
0x00104
beq $t0, $s1, L1
0x00108
add $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
L1
・・・
0x00400
lw $t1, 120($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
3.命令の実行：解読結果に従って実行
九州大学工学部電気情報工学科
条件分岐命令（3）
プロセッサ
命令レジスタ
beq $t0, $s1, L1
次命令の取得にそ
なえてPCを更新
アドレス
PC
0x00108
デコーダ
ALU
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
主記憶
・・・
0x00104
beq $t0, $s1, L1
0x00108
add $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
L1
・・・
0x00400
lw $t1, 120($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
3.命令の実行：解読結果に従って実行
九州大学工学部電気情報工学科
条件分岐命令（3）
プロセッサ
命令レジスタ
beq $t0, $s1, L1
アドレス
PC
0x00108
デコーダ
取得した命令を解読
ALU
（t0==s1ならL1へ分岐）
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
主記憶
・・・
0x00104
beq $t0, $s1, L1
0x00108
add $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
L1
・・・
0x00400
lw $t1, 120($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
3.命令の実行：解読結果に従って実行
九州大学工学部電気情報工学科
条件分岐命令（3）
プロセッサ
命令レジスタ
beq $t0, $s1, L1
比較
デコーダ
（結果は一致！）
ALU
アドレス
PC
0x00108
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
主記憶
・・・
0x00104
beq $t0, $s1, L1
0x00108
add $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
L1
・・・
0x00400
lw $t1, 120($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
3.命令の実行：解読結果に従って実行
九州大学工学部電気情報工学科
条件分岐命令（3）
プロセッサ
分岐先アドレスに更新！
命令レジスタ
アドレス
beq $t0, $s1, L1
PC
比較
デコーダ
（結果は一致！）
ALU
0x00400
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
主記憶
・・・
0x00104
beq $t0, $s1, L1
0x00108
add $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
L1
・・・
0x00400
lw $t1, 120($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
3.命令の実行：解読結果に従って実行
九州大学工学部電気情報工学科
条件分岐命令（3）
PCの指す番地から取
得した命令を保持 プロセッサ
命令レジスタ
lw $t1, 120($s4)
実行する命令の
アドレス
アドレス
PC
0x00400
デコーダ
ALU
レジスタ
1.命令の取得：PCが指すアドレスの値をメモリ
から命令レジスタへ取得．同時に，次命令の
取得に備えてPCの値を更新（例えば＋4）
2.命令の解読：命令レジスタの値をデコード
主記憶
・・・
0x00104
beq $t0, $s1, L1
0x00108
add $t1, $t0, $s3
0x0010c
lw $t1, 320($s4)
L1
・・・
0x00400
lw $t1, 120($s4)
・・・
実際には，各命令は2進表現
でメモリに格納されている
3.命令の実行：解読結果に従って実行
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条件分岐命令（4）
例）
slt $s0, $s1, $s2
レジスタ$s1の値と$s2の値を比較
して，$s1<$s2であれば$s0に値
「0」を，そうでなければ値「1」を格
納（分岐条件の設定に利用）
slt: Set on Less Than
Yes
$t0 ← 1
$s1 < $s2
No
$t0 ← 0
九州大学工学部電気情報工学科
無条件分岐命令（1）
分岐命令がない場合
①
②
③
④
add $s1, $s2, $s3
add $t0, $s1, $s4
lw $t1, 8 ($s5)
sub $t1, $t1, $t0
命令実行の流れ
無条件分岐命令がある場合
① add $s1, $s2, $s3
② j GoTo
add $t0, $s2, $s4
sw $t0, 8 ($s5)
GoTo:
③ add $s4, $t4, $t3
④ sw $s4, 8 ($s5)
常に分岐先を実行
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無条件分岐命令（2）
例）
j L1
常にラベルL1へ分岐（PCの値
を設定）
j: Jump
jr $s0
常に$s0に格納されている番地
へ分岐（PCの値を設定）
jr: Jump Register
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アセンブリ言語プログラムを書いてみよう！
問題：以下，4つの場合に関して，slt命令，beq命令，または，
bne命令を用いてアセンブリ言語プログラムを作成せよ．な
お，常にゼロの値を保持するレジスタ（$zero）を用いて良い．
①「$s0 < $s1」 ならラベルLへ分岐
②「$s0 > $s1」 ならラベルLへ分岐
③「$s0 <= $s1」 ならラベルLへ分岐
④「$s0 >= $s1」 ならラベルLへ分岐
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コード例: C言語の goto 文
 ラベル名で指定するところに飛ぶ．
L100:
…
goto L100;
...
xxxx
L100:
j
…
xxxx
L100
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コード例: C言語の if 文（１）
 式の値が真（０以外の整数）ならば else の前を実行する．式の
値が偽（０）ならば else の後を実行する．文が複数ある場合は
中括弧でくくる．
if (式)
文;
else
文;
省略可能
if (式) {
文;
...
}
else {
文;
...
}
 式の値が偽のときに特にすることがなければ，else 以降は省
略してもよい．
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コード例: C言語の if 文（２）
L1:
L1:
if (i == j) goto L1;
f = g + h;
f = f – i;
beq
add
sub
$s3, $s4, L1
$s0, $s1, $s2
$s0, $s0, $s3
変数名
レジスタ
f
$s0
g
$s1
h
$s2
i
$s3
j
$s4
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コード例: C言語の if 文（３）
if (i == j)
f = g + h;
else
f = g – h;
ELSE:
EXIT:
bne
add
j
sub
…
$s3, $s4, ELSE
$s0, $s1, $s2
EXIT
$s0, $s1, $s2
変数名
レジスタ
f
$s0
g
$s1
h
$s2
i
$s3
j
$s4
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コード例: C言語の while 文（１）
1. 条件式を評価する．
2. 条件式の値が真（０以外の整数）ならば文または中括弧の中
を実行する．偽（０）ならば文または中括弧の中を実行せずに
次に進む（＝ループを終了する）．
3. 文または中括弧の中を実行した後は 1. に戻る．
while (条件式)
文;
while (条件式) {
文;
...
}
条件式が「真」の間，
繰り返し実行される
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コード例: C言語の while 文（２）
while (save[i] == k)
i = i + j;
save[i] の番地 = $s6 + $s3 * 4
WHILE:
EXIT:
add
add
add
lw
bne
add
j
…
$t0, $s3, $s3
$t0, $t0, $t0
$t0, $t0, $s6
$t1, 0($t0)
$t1, $s5, EXIT
$s3, $s3, $s4
WHILE
変数名
レジスタ
i
$s3
j
$s4
k
$s5
save[] 先頭番地
$s6
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コード例: C言語の switch 文（１）
 式の値と同じ値の case のところに飛ぶ．該当する case がな
い場合は default のところに飛ぶ．
switch (式) {
case 値1:
...
case 値2:
...
case 値3:
...
default:
...
}
式=値1のとき
式=値2のとき
式=値3のとき
式=その他の値のとき
省略可能
 default 以降は不要ならば省略してもよい．
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コード例: C言語の switch 文（２）
 通常，switch 文の各 case のあとには break 文を入れる．
 switch 文の中括弧の中で break 文を実行すると，中括弧の残
りの実行を打ち切り，switch 文の外に飛ぶ．
switch (式) {
case 値1:
...
break;
case 値2:
...
break;
default:
...
}
式=値1のとき
式=値2のとき
式=その他の値のとき
九州大学工学部電気情報工学科
コード例: C言語の switch 文（３）
switch (k) {
case 0:
f = i + j;
break;
case 1:
f = g + h;
break;
case 2:
f = g – h;
break;
case 3:
f = i – j;
break;
}
•kが「0」の場合
• f=i+j;だけが実行される
•kが「1」の場合
• f=g+h;だけが実行される
•kが「2」の場合
• f=g-h;だけが実行される
•kが「3」の場合
• f=i-j;だけが実行される
•kが「0,1,2,3以外の場合」
• switch本体は実行されない
九州大学工学部電気情報工学科
コード例: C言語の switch 文（４）
k == 0
Yes
f←i+j
No
k == 1
Yes
f←g+h
No
k == 2
Yes
f←g–h
No
k == 3
時間が
かかる!!
No
Yes
f←i–j
九州大学工学部電気情報工学科
コード例: C言語の switch 文（５）
表に登録されている
番地に分岐．
添え字
登録番地
0
L0
1
L1
2
L2
3
L3
k
k == 0
k == 1
k == 2
k == 3
L0: f ← i + j
L1: f ← g + h
L2: f ← g – h
L3: f ← i – j
九州大学工学部電気情報工学科
コード例: C言語の switch 文（６）
範囲検査
多岐分岐
L0:
L1:
L2:
L3:
EXIT:
slt
bne
slt
beq
add
add
add
lw
jr
add
j
add
j
sub
j
sub
…
$t3, $s5, $zero
$t3, $zero, EXIT
$t3, $s5, $t2
$t3, $zero, EXIT
$t0, $s5, $s5
$t0, $t0, $t0
$t0, $s6, $t0
$t1, 0($t0)
$t1
$s0, $s3, $s4
EXIT
$s0, $s1, $s2
EXIT
$s6 →
$s0, $s1, $s2
EXIT
$s0, $s3, $s4
変数名
レジスタ
f
$s0
g
$s1
h
$s2
i
$s3
j
$s4
k
$s5
番地表先頭番地
$s6
定数4
$t2
添え字
登録番地
0
L0
1
L1
2
L2
3
L3
九州大学工学部電気情報工学科
コード例: C言語の for 文（１）
1. 初期化式を評価する．
2. 条件式の値が真（０以外の整数）ならば文または中括弧の中
を実行する．偽（０）ならば文または中括弧の中を実行せずに
次に進む（＝ループを終了する）．
3. 文または中括弧の中を実行した後は，更新式を評価し，2. に
戻る．
for (初期化式; 条件式; 更新式)
文;
条件式が「真」の間，
繰り返し実行される
for (初期化式; 条件式; 更新式) {
文;
...
}
九州大学工学部電気情報工学科
コード例: C言語の for 文（２）
for (i = 0, j = 15; i < j; i++, j--) {
tmp = a[i];
a[i] = a[j];
a[j] = tmp;
}
i
j
a[0]
a[1]
a[2]
a[14]
a[15]
九州大学工学部電気情報工学科
コード例: C言語の for 文（３）
初期化式
条件式 FOR:
tmp = a[i]
a[i] = a[j]
a[j] = tmp
更新式
EXIT:
add
add
slt
beq
add
add
add
lw
add
add
add
lw
sw
sw
add
sub
j
…
$s0, $zero, $zero
$s1, $t4, $zero
$t0, $s0, $s1
$t0, $zero, EXIT
$t1, $s0, $s0
$t1, $t1, $t1
$t1, $s3, $t1
$s2, 0($t1)
$t2, $s1, $s1
$t2, $t2, $t2
$t2, $s3, $t2
$t3, 0($t2)
$t3, 0($t1)
$s2, 0($t2)
$s0, $s0, $t5
$s1, $s1, $t5
FOR
変数名
レジスタ
i
$s0
j
$s1
tmp
$s2
a[] 先頭番地
$s3
定数15
$t4
定数1
$t5
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制御の流れ
（手続き呼出）
（教科書3.6節）
手続き呼出の基本（１）
#include <stdio.h>
int add (int a, int b)
{
int c;
3, 4
a + b を計算して
c に代入
7
c の値を返す
関数 add 呼出
c に結果代入
c = a + b;
return c;
c: 7, d: 0
c, d の値を表示
}
int main ()
{
int c = 0, d = 0;
c: 7, d: 16
c = add (3, 4);
printf (”c: %d, d: %d\n”, c, d);
d = add (c * 2, 2);
printf (”c: %d, d: %d\n”, c, d);
…
}
関数 add
14, 2
a + b を計算して
c に代入
16
c の値を返す
関数 add 呼出
d に結果代入
関数 add
c, d の値を表示
caller
callee
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手続き呼出の基本（２）
#include <stdio.h>
callee の作業：
int add (int a , int b)
{
int c;
1.
2.
3.
c = a + b;
return c;
仮引数
caller の作業：
}
int main ()
{
int c = 0, d = 0;
実引数
c = add (3 , 4);
printf (”c: %d, d: %d\n”, c, d);
d = add (c * 2 , 2);
printf (”c: %d, d: %d\n”, c, d);
…
}
実引数の仮引数への代入．
内部の実行．
復帰： caller へのジャンプ．
1.
2.
3.
実引数式の値の計算．
呼出： callee へのジャンプ．
結果の受け取り．
caller は複数ありうるので単純
なジャンプでは caller へ復帰で
きない．
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手続き呼出の基本（３）
 実引数の受け渡し： レジスタ $a0～$a3 （レジスタ番号 4～7）
を使用．
 結果の受け取り： レジスタ $v0，$v1（レジスタ番号 2，3）を使
用．
 callee へのジャンプ： jal 命令を使用．
 caller へのジャンプ： jr 命令を使用．
jal 命令: レジスタ $ra（レジスタ番号 31）に jal 命令直後の命令
の番地（= PC + 4）を格納し，ラベルで指定される callee へジャン
プ．復帰時は jr 命令で $ra が格納する番地にジャンプ．
jal
jr
callee
$ra
# callee 呼出
# caller へ復帰
九州大学工学部電気情報工学科
手続き呼出の基本（４）
caller 側のコード
int main ()
{
…
c = add (3, 4);
…
d = add (c * 2, 2);
…
}
変数名
レジスタ
c
$s0
d
$s1
…
addi
addi
jal
add
…
add
addi
jal
add
…
第一実引数
$a0, $zero, 3
$a1, $zero, 4
_add
$s0, $v0, $zero
第二実引数
返り値
$a0, $s0, $s0
$a1, $zero, 2
_add
$s1, $v0, $zero
【注意】addi 命令は，レジスタと定数値を加算して，その結果をレジスタに格納
する命令である．（後述）
九州大学工学部電気情報工学科
手続き呼出の基本（５）
callee 側のコード
int add (int a , int b)
{
int c;
_add:
add
add
jr
c = a + b;
return c;
第一仮引数
$s0, $a0, $a1
$v0, $s0, $zero
$ra
第二仮引数
返り値
復帰先番地
}
変数名
レジスタ
c
$s0
caller が，呼出前に復帰先番地を $ra に設定していることに注意すること．
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手続き呼出とスタック（１）
int add (int a, int b)
{
return a + b;
}
 $ra が上書きされ
る．（＝main に戻れ
ない！）
int dbl (int a)
{
int c;
c = add (a, a);
return c;
}
int main ()
{
int c;
…
c = dbl (100);
foo (a, 3, b, 4, c);
…
}
_add:
add
jr
_dbl:
add
 caller で使ってい
たレジスタが上書き
される．
 引数が4つ以
上ある場合は？
$v0, $a0, $a1
$ra
add
jal
add
jr
_main:
…
addi
jal
add
…
#add 第一実引数
$a0, $a0, $zero
#add 第二実引数
$a1, $a0, $zero
_add
$s0, $v0, $zero
$ra
$a0, $zero, 100
_dbl
$s0, $v0, $zero
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手続き呼出とスタック（２）
MIPS のレジスタ使用に関するルール（＝紳士協定！）
レジスタ名
レジスタ番号
用途
$zero
0
$v0～$v1
2～3
関数の返り値
$a0～$a3
4～7
引数用
$t0～$t7
8～15
一時保存用
$s0～$s7
16～23
変数用
$t8～$t9
24～25
一時保存用
$sp
29
スタックポインタ（後述）
不可
$fp
30
フレームポインタ（後述）
不可
$ra
31
戻り番地
不可
定数値 0，不要な結果の破棄
関数呼出時のレジスタ破壊
(NA)
可
不可
可
不可
可
関数呼出時のレジスタ破壊が「不可」のレジスタは，関数呼出直前と復帰直後
の値が同じになることを，プログラマが保証しなければならない．
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手続き呼出とスタック（３）
上書き問題の解決策 ＝ スタックの利用
スタック： 他のデータを後入れ先出し型（LIFO: Last-In First-Out）
で格納するデータ構造．データの追加（push），データの取り出し
（pop），最後に格納したデータの参照（top）のみが許される．
push 5
push 7
3
5
7
5
7
7
pop
push 3
pop
pop
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手続き呼出とスタック（４）
MIPS におけるスタック:
 メモリ領域の一部をスタックのために使用する．
 MIPS では，29番のレジスタに $sp と名前をつけ，スタックの一
番上の番地を記憶するために使用する．（スタックポインタ）
$sp
112
100
104
108
112
$sp
108
–4
+4
push yyyy
xxxx
xxxx
100
104
108
112
116
yyyy
xxxx
xxxx
pop
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手続き呼出とスタック（５）
手続き foo の呼出手順（不完全版）：
1.
2.
3.
4.
関数呼出によって破壊されうるレジスタ（$t0～$t9，$v0，$v1）
の値を push する．（後に参照するレジスタのみでよい．）
foo を呼び出す．（jal foo 命令）
foo の内部で他の関数を呼び出す場合は $ra を push する．
関数呼出によって破壊されてはならないレジスタ（$a0～$a3，
$s0～$s7）の値を push する．（foo 内部で更新するレジスタの
みでよい．）
caller
callee
手続き foo からの復帰手順（不完全版）：
1.
2.
3.
4.
呼出後 4 で push した値を元のレジスタに pop する．
呼出後 3 で $ra を push した場合は，その値を $ra に pop す
る．
foo を呼び出した jal 命令の次の命令にジャンプする．（jr $ra
命令）
呼出前 1 で push した値を元のレジスタに pop する．
callee
caller
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手続き呼出とスタック（６）
int foo (int a, int b, int c, int d, int e, int f)
{
int g, h;
…
}
スタック
$a0～$a3
… = foo (3, 8, 2, 5, 4, 6);
手続き foo の呼出手順（完全版）：
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
$sp
ローカル変数
（g, h）
callee 側
レジスタ保存
$ra 保存
caller 側
レジスタ保存
5番目以降の実引数を push
フレームポインタ 第5実引数（4）
caller 側レジスタ保存（$t0～$t7 etc.）
第6実引数（6）
$fp
foo 呼出
$ra を push
手続きフレーム
callee 側レジスタ保存（$s0～$s9 etc.）
ローカル変数のための領域をスタック上に確保
$fp をスタックフレームの底に設定．
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手続き呼出とスタック（７）
手続きフレームは，関数の呼出ごとに生成される．
int bar ()
{
…
}
int foo ()
{
int x, y;
…
bar ();
…
foo ();
…
}
foo () 1回目
foo () 2回目
bar ()
bar ()
foo ()
bar ()
foo ()
foo ()
foo ()
foo ()
foo ()
 呼出ごとに独立したローカル変数の実現．
 再帰呼出が可能．
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