MIPS پردازنده مقدمه دستورات Patterson & Henessi & کتاب Amirkabir University of Technology Computer Engineering & Information Technology Department.
Download ReportTranscript MIPS پردازنده مقدمه دستورات Patterson & Henessi & کتاب Amirkabir University of Technology Computer Engineering & Information Technology Department.
MIPS پردازنده
مقدمه
دستورات
Patterson & Henessi & کتاب
Amirkabir University of Technology
Computer Engineering & Information Technology Department
مقدمه
MIPSیکی از اولین پردازندهای RISCاست که بصورت تجاری
عرضه و موفق شده است .در سال 1984توسط تیمی دردانشگاه
استانفورد طراحی شده است.
پردازنده ای ساده ولی در عین حال قوی است.
در تجهیزات مختلفی بصورت embeddedاستفاده شده است:
Various routers from Cisco
Game machines like the Nintendo 64 and Sony
Playstation 2
ویژگیها
تعداد زیاد رجیسترهای همه منظوره
مجموعه کوچک دستورات
MIPS32: 168 instructions
MIPS64: 258 instructions
اندازه دستورات ثابت ولی فرمت آنها متغیر است
دسترسی به حافظه محدود به دستورات load/storeاست
مد های آدرس دهی محدود است.
رجیسترها
این پردازنده دارای 32رجیستر 32بیتی است:
R0 .. R31
رجیستر R0بصورت سخت افزاری با مقدار صفر پر شده است
یعنی همیشه برابر با صفر است
رجیستر R1برای کار اسمبلر رزرو شده است
از بقیه رجیستر ها میشود در برنامه ها استفاده نمود.
عملوند ها همیشه باید در یکی از رجیستر ها قرار داشته باشند.
0
r0
r1
°
°
°
r31
PC
lo
hi
رجیستر فایل
32
D data
وقتی تعداد رجیسترها افزایش مییابد
آنها بصورت رجیستر فایل ساخته
:میشوند
Write
5
D address
32 32 Register File
5
A address
B address
A data
B data
32
32
5
If Write = 1, then D data is stored into D address.
You can read from two registers at once, by supplying
the A address and B address inputs. The outputs
appear as A data and B data.
Registers are clocked, sequential devices.
We can read from the register file at any time.
Data is written only on the positive edge of the clock.
سایر رجیستر ها
دارای رجیسترهایMIPS عالوه بر ر جیسترهای فوق
:دیگری نیز میباشد
PC (program counter) register and Status
register
Floating point registers
نامگذاری رجیسترها برای سهولت استفاده در
نرم افزار
0
zero constant 0
16 s0 callee saves
1
at
. . . (callee must save)
2
v0 expression evaluation &
23 s7
3
v1 function results
24 t8
4
a0 arguments
25 t9
5
a1
26 k0 reserved for OS kernel
6
a2
27 k1
7
a3
28 gp Pointer to global area
8
t0
...
15 t7
reserved for assembler
temporary (cont’d)
temporary: caller saves
29 sp Stack pointer
(callee can clobber)
30 fp
frame pointer
31 ra
Return Address (HW)
برای اینکه برنامه نویسی اسمبلی راحت تر باشد به هر رجیستر اسمی داده شده است
انواع داده
داده های حمایت شده
•Integer
•8-bit char
•16-bit half-word
•32-bit word
•64-bit double-word
•Floating point
•32-bit single precision
•64-bit single precision
•paired single precision
•IEEE 754 standard
0%
69%
Doubleword
74%
Word
31%
19%
Halfword
Int Avg.
0%
FP Avg.
7%
Byte
0%
0%
20%
40%
60%
مقایسه رجوع به داده ها بر اساس اندازه آنها
80%
MIPS حافظه
232 8 memory
32
8
ADRS
DATA
CS
WR
OUT
8
CS W
R
Operation
0
1
1
None
Read selected address
Write selected address
x
0
1
محل حافظه را232 یعنی میتواند تا. خط آدرس است32 دارایMIPS
. در هر محل حافظه یک بایت داده قرار میگیرند.آدرس دهی نماید
This results in a 232 x 8 RAM, which would be 4 GB
of memory.
سازمان حافظه
بایت میباشد4 هر کلمه دارای
0
32 bits of data
4
32 bits of data
8
32 bits of data
12
32 bits of data
Registers hold 32 bits of data
232 bytes with byte addresses from 0 to 232-1
230 words with byte addresses 0, 4, 8, ... 232-4
Alignment : سازمان حافظه
31
address
0
4
23
15
7
this word is aligned; the others are not!
8
12
16
20
24
Words are aligned
0
سازمان حافظه Alignment :
توجه داشته باشید که آدرس حافظه بر مبنای بایت ایجاد میشود .از اینرو یک کلمه 32
بیتی 4محل حافظه را اشغال خواهد نمود.
10 11
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Address
8-bit data
Word 3
Word 2
Word 1
در معماری MIPSکلمات باید بصورت alignedدر حافظه قرار گیرند .یعنی یک کلمه
32بیتی باید در یک محلی از حافظه قرار گیرد که آدرس آن مضربی از 4باشد.
0, 4, 8 and 12 are valid word addresses.
1, 2, 3, 5, 6, 7, 9, 10 and 11 are not valid word addresses.
در صورتی که به اشتباه قصد دسترسی به بک محل حافظه unalignedداشته باشد یک
خطای bus errorرخ خواهد داد.
این محدودیت برای برنامه نویسی با زبان سطح باال تاثیر قابل مالحظه ای ندارد اما به
پردازنده کمک میکند تا اندکی سریعتر عمل کند.
آرایه ای از کلمات
باید هنگام کار با آرایه ها مراقب بود که اگر آرایه ای برای مثال از محل
2000حافظه شرع شود ،عضو اول آن در آدرس 2000و عضو دوم آن
در آدرس 2004خواهد بود و نه در آدرس 2001
برای مثال اگر رجیستر $a0دارای مقدار 2000باشد:
)lw $t0, 0($a0
به اولین عضو اشاره میکند در حالیکه
)lw $t0,8($a0
به سومین عضو آرایه که در آدرس 2008است دسترسی پیدا خواهد نمود.
ترتیب بایت های یک کلمه در حافظه
:دو روش برای مشخص کردن ترتیب بایتها در حافظه وجود دارد
Big endian:
word address (lowest numerical byte address) is the address
of the most significant byte
Little endian:
word address is the address of the least significant byte
B is some base address
Big Endian Byte
B+0
MSB
B+3
B+1
B+2
B+2
B+1
B+3
LSB
B+0
Little Endian Byte
ترتیب بایت های یک کلمه در حافظه
Little Endian
Big Endian
similar to writing English
12
34
56
78
200
201
202
203
memory address
78
56
34
12
B=200 is the base address in this example
. میتوان پردازنده را برای هر یک از این دو روش تنظیم کردMIPS در معماری
MIPS انواع اصلی دستورالعملهای
Arithmetic
Memory access instructions
Integer
Floating Point
Load & Store
Control flow
Jump
Conditional Branch
Call & Return
دستورات محاسباتی
چهار دسته دستورات محاسباتی وجود دارند:
Add
Subtract
Multiply
Divide
دستورات محاسباتی
3 نظیر دستورات جمع و ضرب دارایALU تمامی دستورت
یکی برای مقصد و دو تای دیگر برای مبدا داده:عملوند هستند
. باشندMIPS هر سه عملوند ها باید یکی از رجیستر های.ها
. بیتی هستند32 تمامی محاسبات
C code: A = B + C;
E = F - A;
MIPS code: add $t0, $s1, $s2
sub $s4, $s5, $s0
Unsigned arith: addu/subu (overflow undetected)
Assembly language format:
label:
operation
dest reg, first src reg, second src reg
# Comment
دستورات محاسباتی
اصول معماری:
تمامی محاسبات بر روی داده های رجیسترها انجام میشود.
یعنی نمیتوان عددی را که در حافظه ذخیره شده است با یک
رجیستر جمع کرد .برای اینکار ابتدا باید محتوی حافظه به
رجیستر به منتقل شده و عملیات بر روی داده های رجیستر ها
انجام شود.
ترتیب اپراندها همیشه ثابت است :اول مقصد نوشته میشود.
نوشتن توضیحات در برنامه نویسی به زبان
MIPS اسمبلی
Hash (#) is used for MIPS comments
anything from hash mark to end of line is a
comment and will be ignored
دستورات محاسباتی
Add/Sub_Immediate instructions
16 بیتی با عالمت و یا بدون عالمت را با یکی از رجیستر های16 یک عدد
. تفریق مینماید/ بیتی جمع
Destination Reg = Source Register + Immediate
Example:
A=A -4
addi $t0, $t0, -4
# $t0 = $t0 –4
Signed/Unsigned Arithm: addi, addiu
Assembly language format(I-format):
label: operation dest_reg, src_reg, immediate value/constant # Comment
مثال
MIPS به اسمبلیC تبدیل برنامه
a = b + c + d - e;
Break into multiple instructions
add $t0, $s1, $s2 # temp = b + c
add $t0, $t0, $s3 # temp = temp + d
sub $s0, $t0, $s4 # a = temp - e
Notice: A single line of C may break up into
several lines of MIPS.
مثال
How do we do this?
f = (g + h) - (i + j);
Use intermediate temporary register
add $t0,$s1,$s2
add $t1,$s3,$s4
sub $s0,$t0,$t1
# temp = g + h
# temp = i + j
# f=(g+h)-(i+j)
دستورات منطقی
MIPS برخی ازدستورات منطقی موجود در
AND
OR
bit-wise OR between registers
or $t1, $s0, $s1
NOR
Bit-wise NOR between registers
nor $t1, $s0, $s1
nor $t1, $t0, $0
bit-wise AND between registers
and $t1, $s0, $s1
Immediate modes
andi and ori
# $t1 = NOT($t0)
دستورات دسترسی به حافظه
: اپراند میباشند3 دارای.داده ها را بین حافظه و رجیسترها منتقل میکنند
LW/SW instruction:
Load/Store
Assembly language format(I-format):
label: operation dest_reg, offset ( src_reg)
Name of register
to put value in
A number
# Comment
Name of register to get
base address from
آدرس داده در حافظه بصورت زیر محاسبه میشود
Source Address = Source Base Address + Offset
Load Word : مثال
lw $s0, 4($s3)
If $s3 has the value 100, this will copy the
word at memory location 104 to the register
$s0.
$s0 <- Memory[104]
Store Word : مثال
sw $s0, 4($s3)
If $s3 has the value 100, this will copy the
word in register $s0 to memory location
104.
Memory[104] <- $s0
خواندن از حافظه
]# R6 <= mem[0x14
)lw R6, 0(R5
مثال
C code:
;]A[8] = h + A[8
assume h in $s2 and base address of the
array A in $s3
MIPS code:
)lw $t0, 32($s3
add $t0, $s2, $t0
)sw $t0, 32($s3
این نحوه آدرس دهی طراحی دستورالعمل ها را ساده کرده و به پیاده سازی آرایه ها و استراکچرها کمک میکند
دستورات دسترسی به حافظه
Mnemonic
Instruction
LB
Load Byte
LBU
Load Byte Unsigned
LH
Load Halfword
LHU
Load Halfword Unsigned
LW
Load Word
SB
Store Byte
SW
Store Word
SH
Store Halfword
مثال
C code:
z = w + y;
MIPS code:
la $t0, w
# put address of w into $t0
lw $s0, 0($t0)
# put contents of w into $s0
la $t1, y
# put address of y into $t1
lw $s1, 0($t1)
# put contents of y into $s1
add $s2, $s0, $s1
# add w + y, put result in $s2
la $t2, z
# put address of z into $t2
sw $s2, 0($t2)
# put contents of $s2 into z
la= load address , lw= load word , sw= store word
Must load address (la) to get the address of the memory location
into a register
0($t0)means go 0 bytes from the address specified by$t0
انتقال بالدرنگ مقادیر 32بیتی به رجیسترها
اینکار در دو مرحله با انتقال 16بیت با ارزش و کم ارزش و ترکیب آنها صورت میپذیرد
16 بیت با ارزش با دستور load upper immediateمنتقل میشود.
lui $t0, 1010101010101010
filled with zeros
0000000000000000
1010101010101010
Then must get the lower order bits right, i.e.,
ori $t0, $t0, 1010101010101010
0000000000000000
1010101010101010
1010101010101010
0000000000000000
1010101010101010
1010101010101010
ori
دستورات کنترلی
این دستورات سیر اجرای برنامه را تغییر میدهند
یعنی اینکه دستور بعدی که باید اجرا شود را
تعیین میکنند.
انواع مختلف دستورات کنترلی
conditional branches
) jumps (unconditional branch
procedure calls
procedure returns
دستورات انشعاب
: عبارتند ازMIPS دستورات انشعاب شرطی در
bne $t0, $t1, Label
beq $t0, $t1, Label
Example:
if (i==j) h = i + j;
bne $s0, $s1, Label
add $s3, $s0, $s1
Label:
....
Note the reversal of the condition from equality to
inequality!
دستورات کنترلی
: عبارتند ازMIPS دستورات انشعاب غیرشرطی در
j
label
Example:
Unconditional jump
jr $t0
“jump register”. Jump to the instruction specified
in register $t0
if (i!=j)
h=i+j;
else
h=i-j;
beq $s4, $s5, Lab1
add $s3, $s4, $s5
j Lab2
Lab1:sub $s3, $s4, $s5
Lab2: ...
دستورات کنترلی
اغلب در کنار دو دستور فوق از دستوردیگری نیز استفاده میشود:
slt and slti// set if less than (w/ and w/o an
)immediate
if $s1 < $s2 then
$t0 = 1
else
$t0 = 0
slt $t0, $s1, $s2
از این دستور به همراه دستورات قبلی استفاده میشود:
# $at = 1if $a0 < 5
#Branch if $a0 < 5
slti $at, $a0, 5
bne $at, $0, Label
نحوه محاسبه آدرس در دستورات کنترلی
Next instruction is at Label if $t4 $t5
Next instruction is at Label if $t4 = $t5
16 bit address
rt
rs
bne $t4,$t5,Label
beq $t4,$t5,Label
op
I
PC-relative addressing
فرمت این دستورات از نوع I-Typeاست که در آن آدرس بصورت
یک مقدار 16بیتی نوشته میشود .این مقدار بصورت یک افست نسبت
به مقدار رجیستر PCنوشته میشود.
نحوه محاسبه آدرس در دستورات کنترلی
j Label
J
Next instruction is at Label
op
26 bit address
Pseudodirect addressing
. استفاده میشودPC در این دستور فقط از بیت های با ارزش
32-bit jump address = 4 Most Significant bits of PC
concatenated with 26-bit word address (or 28bit byte address)
Address boundaries of 256 MB
For larger distances: Jump register jr required.
Example
LOOP:
EXIT:
mult
lw
bne
add
j
......
$9, $19, $10
$8, 1000($9)
$8, $21, EXIT
$19, $19, $20
LOOP
# R9 = R19*R10
# R8 = @(R9+1000)
#i = i + j
Assume LOOP is placed at location 80000
op
rs
rt
80000
0
19
10
80004
35
9
8
1000
80008
5
8
21
8
80012
0
19
20
80016
2
80020
...
9
19
80000
0
0
24
32
LOOP مثالی ازپیاده سازی
C code:
sum = 0;
for (i = 0; i < y; i++)
sum = sum + x;
MIPS:
Assume: x , y , and sum are in $s0 $s1 , and $s2 respectively. Will use $t0 for I and $t1 for the
constant 1
add $s2, $zero, $zero
add $t0, $zero, $zero
LoopBegin:
slt $t2,$t0, $s1
Beq $t2, $zero, LoopEnd
add $s2, $s2, $s0
add $t0, $t0, $t1 # i++
j LoopBegin
LoopEnd:
# sum = 0
#i=0
# is i < y ??
# sum = sum + x
صدا زدن توابع و بازگشت ازآن
از این دستور برای صدا زدن برنامه فرعی استفاده میشود:
jal: jump & link instruction
jal stores the return address in R31 and jumps to
address in rt
این دستور آدرس برگشت را در رجیستر R31قرار میدهد و به
آدرس ذکر شده دردستور انشعاب میکند.
برای بازگشت از برنامه فرعی از دستور زیر استفاده میشود:
]jr Reg[R31
ذخیره رجیسترها در هنگام صدا زدن توابع
تودرتو
بعلت محدودیت رجیسترها الزم است تا محتوی رجیسترهائی را که برای
تابع مهم هستند قبل از صدا زدن تابع ذخیره نموده و بعد از بازگشت از
تابع آنها را بازیابی نمود.
رجیسترها در پشته ذخیره خواهند شد .برای اینکه برنامه ها مجبور
نباشند تمامی رجیسترها را ذخیره نمایند قاعده زیر رعایت میشود:
تابع صدا زننده رجیسترهای زیر را ذخیره و بازیابی میکند:
t0-$t9
$a0-$a3
$v0-$v1
تابع صدا شونده رجیسترهای زیر را ذخیره و بازیابی میکند:
$s0-$s7
$ra
دستورت شیفت
MIPS Shift Instructions
• Format: op code/dest reg/src reg/shift amount
sll $t4, $t0, 5
sra $t5, $t0, 2
srl $v0, $t0, 1
srlv $v0, $t0, $t1
#shift left logical 5 bits (multiply by 32)
#shift right arithmetic 2 bits (divide by 4),
#sign extended
#shift right logical 1 bit. Sign bit is now 0
#shift right logical, $t1 says how many bits
Type of shift
Left
Right
Logical
sll sllv
srl srlv
Arithmetic
(none: use sll)
sra srav
Rotate
rol
ror
خالصه دستورات
MIPS
— loading words but addressing bytes
— arithmetic on registers only
Instruction
Meaning
add $s1, $s2, $s3
sub $s1, $s2, $s3
lw $s1, 100($s2)
sw $s1, 100($s2)
$s1 = $s2 + $s3
$s1 = $s2 – $s3
$s1 = Memory[$s2+100]
Memory[$s2+100] = $s1
C مثالی از یک برنامه
swap(int v[], int k);
{ int temp;
temp = v[k]
v[k] = v[k+1];
v[k+1] = temp;
}
swap:
muli
add
lw
lw
sw
sw
jr
Explanation:
index k : $5
base address of v: $4
address of v[k] is $4 + 4.$5
$2 ,
$2 ,
$15,
$16,
$16,
$15,
$31
$5, 4
$4, $2
0($2)
4($2)
0($2)
4($2)
فرمت دستورات
فرمت و طول دستورات کامپیوتر پایه مانو ثابت و یکسان بود.
در حالت کلی:
اگر اندازه کد تولید شده مهم باشد از دستوراتی با فرمت متفاوت
استفاده میشود
اما اگر کارائی ( سرعت) مهم باشد از دستوراتی با طول یکسان
استفاده میشود.
Variable:
…
…
Fixed:
MIPS فرمت دستورات
. بیت است32 طول هر دستور
هر فیلد توضیحی در مورد. تقسیم میشودField هر دستور به تعدادی
.دستور العمل ارائه میدهد
از آنجائیکه دستورات مختلف نیازمند ارائه توضیحات مختلفی هستند لذا
سه نوع فرمت مختلف ( ولی با طول یکسان) برای دستوراتMIPS در
.در نظر گرفته شده است
R-format
Register instructions are used for register based ALU
operations.
I-format
J-format
Immediate instructions, can be either Load/Store
operations, Branch operations, or Immediate ALU operations.
Jump instructions, devote all of the non-opcode space to a
26-bit jump destination field.
MIPS فرمت دستورات
: نوع فرمت مختلف بصورت زیر هستند3
6
I-Type opcode
6
R-Type opcode
6
J-Type opcode
5
5
16
rs
rd
immediate
5
5
5
rs
rt
rd shamt
5
6
func
26
Offset added to PC
Note the regularity of
instruction encoding. This
is important for
implementing an efficient
pipelined CPU.
فیلد های مختلف دستورالعمل ها
op operation of the instruction
rs first register source operand
rt second register source operand
rd register destination operand
shamt shift amount
funct function (select type of ALU operation)
add = 32
sub = 34
مثال
Example: add $t0, $s1, $s2
registers have numbers, $t0=8, $s1=17, $s2=18
Instruction Format:
000000 10001 10010 01000 00000 100000
op
rs
rt
rd
shamt funct
R-Type دستورات
6
opcode
5
5
5
5
6
rs
rt
rd shamt funct
opcode: basic
operation to be
performed
rs: source register 1
rt: source register 2
rd: destination register
shamt: shift amount
funct: specific variant of
opcode
opcode=0 این دستورات دارای
استفادهALU بوده و برای عملیات
.میشوند
عمل مورد نظر توسط فیلد مشخص
:میشود
add: 32
sub: 34
فرمت دستور ADD
6 bits
5 bits
shamt funct
5 bits
5 bits
5 bits
6 bits
rd
rt
rs
op
32 bits
این فرمت برای تعداد زیادی دستور غیر از Addنیز استفاده میشود.
که همه این نوع دستورات R-typeنامیده میشوند.
اندکنیگ دستور
For add:
op is 010 (000000)
funct is 3210 (100000)
Register encodings:
$s0 is 1610 (10000), $s1 is 1710, …
$t0 is 810 (01000), $t1 is 910, …
add $s0, $s1, $t0
000000 10001 01000 10000 00000 100000
op
rs
rt
rd
shamt funct
02288020: مقدار این دستور برابر است باHEX بصورت
I-Type دستورات
6
opcode
5
5
16
rs
rt
immediate
I-Type Format
Opcode
rs: base register
rt:
lw: 35 (100011)
Similarity in opcode for lw & sw simplifies hardware
sw: 43 (101011)
opcode value differentiates I- and R-Type instructions
destination register for lw
source register for store
immediate: offset from base
range: -215 to (215-1)
LW /SWفرمت دستور
6 bits
5 bits
5 bits
16 bits
op
rs
rt
address
32 bits
rs is the base register
rt is the destination of a load (source of a store)
address is a signed integer
lw $s0, 24($t1)
100011 01001 10000 0000000000011000
op
rs
rt
address
sw $s0, 24($t1)
101011 01001 10000 0000000000011000
op
rs
rt
address
فرمت دستورات با آدرس دهی بالدرنگ
16
5
5
immediate
rt
rs
6
opcode
I-Type Format
برای دستورات ALUکه نیاز به یک اپراند ثابت دارند استفاده میشود(e.g., .
)X=X+4
همچنین برای loadکردن مقادیر ثابت از حافظه بکار میرود.
مقادیر ثابت بصورت یک عدد 16بیتی کد میشوند .لذا در رنج ) -215 to (215-1خواهند
بود.
مثال:
addi R4, R8, 79
slti R1, R2, 56: sets Reg[R1]=1 if Reg[R2]<56 else Reg[R1]=0
دستورات J-Type
26
Offset added to PC+4
6
opcode
J-Type Format
دستورات پرش غیرشرطی به فرم J-Typeکد میشوند.
اپکد دستور Jبرابر با 2و اپکد دستور Jalبرابر با 3می
باشد.
مقدار جابجائی نسبت به PC+4محاسبه میشود.
Mips مد های آدرس دهی
Immediate
Register
add R4, R3, R2
# Regs[R4]=Regs[R3]+Regs[R2]
Displacement
add R4, #7 # Regs[R4]=Regs[R4]+7
16-bit field for the constant
lw R4, 100(R1)
#regs[R4]=Regs[R4]+Mem[Regs[R1]+100]
16-bits for displacement
Special cases of displacement mode
indirect mode: displacement value=0
lw R4, 0(R1)
#regs[R4]=Regs[R4]+Mem[Regs[R1]]
absolute addressing : R0 as base register (always stores 0)
lw R4, 8769(R0)
Mips مد های آدرس دهی
1. Immediate addressing
op
rs
rt
Immediate
2. Register addressing
op
rs
rt
rd
. ..
funct
Registers
Register
3. Base addressing
op
rs
rt
Memor y
Address
+
Register
Byte
Halfword
4. PC-relative addressing
op
rs
rt
Memor y
Address
PC
+
Word
5. Pseudodirect addressing
op
Address
PC
Memor y
Word
Word
Pseudo-instructions
MIPS assemblers support pseudo-instructions that give the
illusion of a more expressive instruction set, but are actually
translated into one or more simpler, “real” instructions.
In addition to the la (load address) we saw on last lecture, you
can use the li and move pseudo-instructions:
li
move
$a0, 2000
$a1, $t0
# Load immediate 2000 into $a0
# Copy $t0 into $a1
They are probably clearer than their corresponding MIPS
instructions:
add $a0, $0, 2000
add $a1, $t0, $0
# Initialize $a0 to 2000
# Copy $t0 into $a1
پشته یا Stack
پشته محلی از حافظه اصلی است که جهت ذخیره داده ها
استفاده میشود.
موارد استفاده از پشته
ذخیره متغیرهای یک برنامه
ذخیره محتوی سایر رجیسترها وقتی که یک برنامه فرعی صدا زده میشود
کمک به ترجمه عملیات محاسباتی با روش RPN
رجیستر Spمحل آخرین داده ذخیره شده در پشته را مشخص میکند
عملیات زیر روی پشته تعریف میشوند:
POP
]DRM[SP
SPSP+1
Push
SPSP-1
M[SP]DR
پشته و برنامه های برگشت پذیر
استفاده از پشته باعث میشود تا امکان پیاده سازی برنامه های
برگشت پذیر فراهم گردد.
با استفاده از پشته میتوان برای هر نسخه از تابع صدا زده شده
حافظه جداگانه ای در نظر گرفت
آرگومانها و متغیرهای محلی را میتوان در پشته ذخیره نمود.
آدرس دهی متغیرهای محلی و آرگومانها نسبت به موقعیت پشته
انجام میشود.
بازگشت از توابع عکس حالتی است که صدا زده شده اند
پشته یا Stack
در MIPSپشته از آدرسهای باال به سمت آدرسهای پائین رشد
میکند.
هنگام pushکردن داده در پشته باید مقدار رجیستر $spرا
کاهش داد.
استفاده از stackبرای صدا زدن تابع فرعی
قبل از صدا زدن تابع مقادیر رجیسترها در پشته ذخیره میشود
تابع با استفاده ازدستور صدا زده میشودjal address :
در پایان اجرای تابع ،برای بازگشت به برنامه اصلی از دستور
) jr (jump registerاستفاده میشود.
بعد از بازگشت از تابع مقادیر رجیسترها از پشته خارج
میشوند.
مثالی از استفاده از پشته
Save $s0 and $s1:
empty
low address
subi $sp,$sp,8
sw
$s0,4($sp)
sw
$s1,0($sp)
$sp
filled
Restore $s0 and $s1:
high address
lw
$s0,4($sp)
lw
$s1,0($sp)
addi $sp,$sp,8
مثالی ازپیاده سازی تابع
int func(int g, int h, int i, int j)
{
int f;
f = ( g + h ) – ( i + j ) ;
return ( f );
}
// g,h,i,j - $a0,$a1,$a2,$a3, f in $s0
func :
addi $sp, $sp, -12
#make room in stack for 3 words
sw
$t1, 8($sp)
#save the regs we want to use
sw
$t0, 4($sp)
sw
$s0, 0($sp)
add $t0, $a0, $a1
#$t0 = g + h
add $t1, $a2, $a3
#$t1 = i + j
sub $s0, $t0, $t1
#$s0 has the result
add $v0, $s0, $zero
#return reg $v0 has f
lw
lw
lw
addi
jr
$s0,
$t0,
$t1,
$sp,
$ra
0($sp)
4($sp)
8($sp)
$sp, 12
we did not have to restore $t0-$t9
we do need to restore $s0-$s7
#
#
#
#
restore
restore
restore
restore
$s0
$t0
$t1
sp
(caller save)
(must be preserved by callee)
نمایش لهستانی معکوس
)Reverse Polish Notation (RPN
روش معمولی نمایش عبارات ریاضی:
A*B+C*D
روش PNبرای نمایش عبارات ریاضی :عملگرها قبل از
عملوندها قرارمیگیرند.
+*AB*CD
روش RPNبرای نمایش عبارات ریاضی :عملگرها بعد از
عملوندها قرا میگیرند
AB*CD*+
استفاده از پشته برای پیاده سازی RPN
در برخی ماشینهای حساب و کامپیوترها از ترکیب پشته و
RPNبرای محاسبه عبارات ریاضی استفاده میکنند.
.1ابتدا عبارت بصورت RPNنوشته میشود ) معموال اینکار
توسط کامپایلر انجام میشود(
.2در هنگام محاسبه
با برخورد به عملوندها آنها را در پشته PUSHمیکنیم
با برخورد با عملگرها ،دو داده موجود در باالی پشته POPشده
و عمل مورد نظر بر روی آنها انجام و حاصل درپشته PUSH
میشود.
مثال
برای محاسبه عبارت زیر یک کامپایلر ممکن است کد زیر را
;a= b + c * d
تولید نماید.
عبارت معادل RPNبصورت زیر خواهد بود:
b
c
d
bcd*+
در اینصورت محتوی پشته بصورت زیر خواهد بود:
a
PUSH
PUSH
PUSH
MUL
ADD
POP
d
b+c*d
pop
ADD
c*d
c
c
b
b
b
MUL
d
c PUSH
PUSH
b
b
PUSH
تمرین:
با مطالعه پردازنده کمکی MIPSگزارشی در مورد محاسبات
اعشاری و دستورات floating pointمورد استفاده دراین
پردازنده ارائه دهید.