計算機指令系統(tǒng)ppt課件

1、第 9 講計算機指令系統(tǒng)數(shù)字邏輯與處置器; MIPS模擬器模擬器 MIPS匯編言語程序設計匯編言語程序設計 一個排序算法的實例一個排序算法的實例計算機指令系統(tǒng)計算機指令系統(tǒng)(2);MIPS模擬器模擬器 SPIM SPIM是主要的是主要的MIPS模擬器，可以運轉和調模擬器，可以運轉和調試試MIPS匯編言語程序匯編言語程序 SPIM支持支持Uinx、Windows等多個操作系等多個操作系統(tǒng)平臺統(tǒng)平臺 /larus/spim.html;MIPS模擬器模擬器存放器窗口存放器窗口正文段正文段數(shù)據(jù)與堆棧段數(shù)據(jù)與堆棧段SPIM音訊音訊;MIPS模擬器模擬器 MARS MAR

2、S 是是MIPS Assembler and Runtime Simulator (MIPS匯編器和運轉時模擬器匯編器和運轉時模擬器)的縮寫的縮寫 可以運轉和調試可以運轉和調試MIPS匯編言語程序匯編言語程序 MARS采用采用Java開發(fā)，跨平臺開發(fā)，跨平臺 /KenVollmar/MARS/;MIPS模擬器模擬器; MIPS的尋址方式的尋址方式 MIPS模擬器模擬器 MIPS匯編言語程序設計匯編言語程序設計計算機指令系統(tǒng)計算機指令系統(tǒng)(2);MIPS匯編器：語法匯編器：語法 注釋行以注釋行以“#開場；開場； 標識符由字母、下劃線標識符由字母、

3、下劃線_、點、點.構成，但構成，但不能以數(shù)字開頭，指令操作碼是一些保管字，不不能以數(shù)字開頭，指令操作碼是一些保管字，不能用作標識符；能用作標識符； 標號放在行首，后跟冒號標號放在行首，后跟冒號:，例如，例如 2022-5-198 .data #將子數(shù)據(jù)項，存放到數(shù)據(jù)段中Item: .word 1,2 #將2個32位數(shù)值送入地址延續(xù)的內(nèi)存字中 .text #將子串即指令或字送入用戶文件段 .global main #必需為全局變量Main: lw $t0, itemMIPS匯編中的命令見Page625;MIPS匯編言語程序設計：匯編言語程序設計：MIPS匯編言語語句格式匯編言語語句格式指令與偽指

4、令語句指令與偽指令語句Label: Arg1, Arg2, Arg3 #comment匯編命令匯編命令(directive)語句語句Label: .Directive arg1, arg2, . . . #comment;MIPS匯編言語程序設計匯編言語程序設計匯編命令匯編命令directive)匯編器用來定義數(shù)據(jù)段、代碼段以及為數(shù)據(jù)匯編器用來定義數(shù)據(jù)段、代碼段以及為數(shù)據(jù)分配存儲空間分配存儲空間.data address # 定義數(shù)據(jù)段定義數(shù)據(jù)段 # address為可選為可選的地址的地址.text address # 定義正文段定義正文段(即代即代碼段碼段) # address為可選的地址為

5、可選的地址.align n # 以以 2n字節(jié)邊境對齊數(shù)字節(jié)邊境對齊數(shù)據(jù)據(jù) # 只能用于數(shù)據(jù)段只能用于數(shù)據(jù)段;MIPS匯編言語程序設計匯編言語程序設計匯編命令匯編命令.ascii # 在內(nèi)存中存放字符串在內(nèi)存中存放字符串.asciiz # 在內(nèi)存中存放在內(nèi)存中存放NULL終了的終了的 # 字符串字符串.word w1, w2, . . . , wn # 在內(nèi)存中存放在內(nèi)存中存放n個字個字.half h1, h2, . . . , hn # 在內(nèi)存中存放在內(nèi)存中存放n個半字個半字.byte b1, b2, . . . , bn # 在內(nèi)存中存放在內(nèi)存中存放n個字節(jié)個字節(jié);MIPS匯編器：存儲器中

6、位置匯編器：存儲器中位置 匯編言語源文件：匯編言語源文件：.s “. MIPS匯編命令標識符匯編命令標識符 “l(fā)abel: label被賦值為當前位置的地被賦值為當前位置的地址址 Fact = 0 x00400100 編譯時就確定了編譯時就確定了 匯編程序在地址匯編程序在地址0 x00400000開場開場2022-5-1912 move $s5, $31 jal fact sw $s0,f($0) .text 0 x00400100 fact: addiu $s0,$0,1 lw $s1, n($0)loop: mul $s0,$s1,$s0 addi $s1,$s1,-1 bnez $s1,

7、loop jr $31.data 0 x10000200n: .word 4f: .word 00 x004000200 x004000240 x004000280 x004001000 x004001040 x004001080 x0040010C0 x004001100 x004001140 x100002000 x10000204;能運轉的版本能運轉的版本1：.textmain: ori $s6,$0,0 x1000 sll $s6,$s6,16 addiu $s4,$s6,0 x0200 #$s4=n addiu $s5,$s6,0 x0204 #$s5=f beq $0,$0, fa

8、ct result: sw $s0,0($s5) jr $ra #跳出跳出main2022-5-1913 .text 0 x00400100fact: addiu $s0,$0,1 lw $s1,0($s4) #$s0=n!loop: mul $s0,$s1,$s0addi $s1,$s1,-1bnez $s1,loop #f=n!j result .data 0 x10000200n: .word 4f: .word 0;.data 0 x10000000 .word 4,0.textmain:ori $s6,$0,0 x1000sll $s6,$s6,16addiu $s5,$s6,0 x

9、004fact:addiu $s0,$0,1lw $s1,0($s6)loop: mul $s0,$s1,$s0addi $s1,$s1,-1bnez $s1,loopsw $s0,0($s5)jr $ra14#以下語句行是數(shù)據(jù)代碼行以下語句行是數(shù)據(jù)代碼行#定義了兩個字型立刻數(shù)定義了兩個字型立刻數(shù)4和和0#以下語句行是指令代碼行以下語句行是指令代碼行 # 獲得數(shù)據(jù)起始地址獲得數(shù)據(jù)起始地址# $s6=0 x10000000# $s5=0 x10000004# 循環(huán)計數(shù)器賦初值循環(huán)計數(shù)器賦初值 # 把把 word型數(shù)型數(shù) 4 載入載入 $s1# $s0=n!, n=4# 對應偽指令對應偽指令 su

10、bu $s1,$s1,1# f=n!=24#根據(jù)根據(jù)ra存放器中的前往地址前往存放器中的前往地址前往能運轉的版本2;編程指南編程指南1變量變量2分支分支3數(shù)組數(shù)組4過程調用過程調用5閱讀、改良程序閱讀、改良程序6設計實例設計實例2022-5-1915單指令計算機單指令計算機;編程指南：編程指南：1變量變量 變量存儲在主存儲器內(nèi)而不是存放器內(nèi)變量存儲在主存儲器內(nèi)而不是存放器內(nèi) 由于我們通常有很多的變量要存，不止由于我們通常有很多的變量要存，不止32個個 為了實現(xiàn)功能為了實現(xiàn)功能, 用用LW 語句將變量加載到存放器中語句將變量加載到存放器中, 對存放器進展操作對存放器進展操作, 然后再把結果然后再

11、把結果SW回去回去 對于比較長的操作對于比較長的操作(e.g., loops): 讓變量在存放器中保管時間越長越好讓變量在存放器中保管時間越長越好 LW and SW 只在一塊代碼開場和終了時運用只在一塊代碼開場和終了時運用 節(jié)省指令節(jié)省指令 also, 現(xiàn)實上現(xiàn)實上LW and SW 比存放器操作要慢得多比存放器操作要慢得多得多！得多！ 由于一條指令只能采用兩個輸入由于一條指令只能采用兩個輸入,所以必需采用暫所以必需采用暫時存放器計算復雜的問題時存放器計算復雜的問題e.g., (x+y)+(x-y)2022-5-1916;編程指南：編程指南：1變量變量2022-5-1917.data 0 x

12、10000000 .word 4,0.textmain:addu $s3,$ra,$0ori $s6,$0,0 x1000sll $s6,$s6,16addiu $s5,$s6,4fact:addiu $s0,$0,1lw $s1,0($s6)loop:mul $s0,$s1,$s0addi $s1,$s1,-1bnez $s1,loopsw $s0,0($s5)jr $ra#s1 get 4#s0 hold result#return result in s0lui $s6, 0 x1000在程序起始處保管ra是一種習慣，目的是防止在程序中有jal指令修正了ra，我們跳不回去了，本程序中沒有

13、用可刪除以節(jié)省存放器和指令數(shù)。;編程指南：編程指南：2分支分支 在符號匯編語句中在符號匯編語句中,分支語分支語句的目的位置是用絕對地址句的目的位置是用絕對地址方式寫的方式寫的 e.g., beq $0,$0,fact means PC 0 x00400100 不過在實現(xiàn)中不過在實現(xiàn)中,要用相對于要用相對于PC的地址來定義的地址來定義 e.g., beq $0,$0,0 x3f means PC 0 x0040010018.textmain:addu $s3,$ra,$0 ori $s6,$0,0 x1000 sll $s6,$s6,16 addiu $s4,$s6,0 x0200 addiu

14、$s5,$s6,0 x0204 beq $0,$0, fact result: sw $s0,0($s5) addu $ra,$s3,$0 jr $ra .text 0 x00400100fact:sw $ra,0($s7) addiu $s0,$0,1 lw $s1,0($s4) #$s0=n!loop:mul $s0,$s1,$s0addi $s1,$s1,-1bnez $s1,loop #f=n!j result .data 0 x10000200n: .word 4f: .word 0;分支語句中的偏移量的運用分支語句中的偏移量的運用 偏移量偏移量= 從下一條指令對應的從下一條指令對應

15、的PC開場到標號位置還有多開場到標號位置還有多少條指令少條指令 e.g., beq $0,$0,fact假設位于地址假設位于地址0 x00400000 的話的話, word displacement=(target - (+4) / 4 =(0 x00400100-0 x00400004)/4 =0 xfc/4=0 x3f 偏移量為偏移量為0那么表示執(zhí)行下一條指令不產(chǎn)生任何跳轉那么表示執(zhí)行下一條指令不產(chǎn)生任何跳轉 為什么在代碼中用相對的偏移量為什么在代碼中用相對的偏移量? relocatable 代碼代碼(可重新定位的可重新定位的) 分支語句可以在每次被加載到內(nèi)存不同位置的情況下正分支語句可以

16、在每次被加載到內(nèi)存不同位置的情況下正常任務常任務2022-5-1919;編程指南：編程指南：2分支分支 分支分支 假設和假設和 0比較比較, 那么直接運用那么直接運用blez,bgez,bltz,bgtz, bnez e.g., loop example before 更復雜的比較更復雜的比較, 采用比較指令如采用比較指令如slt, 然后再用然后再用與與0比較比較 Example: if ( x = 0 )y = x;elsey = -x;2022-5-1920;21 .data 0 x10000000.word -6,0.textmain:ori $s6,$0,0 x1000sll $s6,

17、$s6,16addiu $s5,$s6,4lw $s0,0($s6)slt $s2,$0,$s0beqz $s2,elsemove $s1,$s0j doneelse:sub $s1,$0,$s0done: sw $s1,0($s5)jr $ra#x：-6, y：0 #計算內(nèi)存中數(shù)據(jù)存放地址計算內(nèi)存中數(shù)據(jù)存放地址#$s6=x， #$s5=y#0 x, $s2=1#$s2=0, 跳到跳到else#$s2=1, 跳到跳到done功能：求絕對值功能：求絕對值編程指南編程指南:分支分支 test2;編程指南編程指南:3數(shù)組數(shù)組array 用用 .word來給數(shù)組開辟空間來給數(shù)組開辟空間 在編譯時靜態(tài)地

18、開辟在編譯時靜態(tài)地開辟n*4 bytes, (n個個32-bit 字字) n=17 運用運用LW和和SW的的$2和和$4 LW $1, const($2) SW $3, const($4) 將將 const 作為數(shù)組偏移量作為數(shù)組偏移量 將存放器將存放器$2和和$4作為數(shù)組中的開場地址作為數(shù)組中的開場地址(A0)2022-5-1922 ;#編程指南編程指南:3數(shù)組數(shù)組array test3.data 0 x10000000.word 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17.textmain:addu $s7,$ra,$0ori $s5,$0,0 x1

19、000sll $s5,$s5,16 #$s5=A =0 x10000000，addiu $s6,$s5,0 x400 #$s6=B =0 x10000400addiu $s0,$0,0 x11 #Size(A)=Size(B)=0 x11loop:subu $s0,$s0,1 # 計數(shù)計數(shù)addiu $s1,$0,4mul $s2,$s1,$s0 # 換算地址換算地址addu $s3,$s2,$s5 #計算計算A偏移量偏移量,送到送到$s3lw $s4,0($s3) #讀出讀出A中的值中的值addu $s3,$s2,$s6 #計算計算B偏移量偏移量,送到送到$s3sw $s4,0($s3) #

20、寫到寫到B中去中去bnez $s0,loopaddu $ra,$0,$s7 #前往調用程序前往調用程序 jr $ra23;編程指南編程指南:3數(shù)組數(shù)組array數(shù)組訪問數(shù)組訪問 SLLV by k 等價于等價于 MUL by 2k SRLV by k 等價于等價于 DIV by 2k 很有用，由于很有用，由于 MUL 和和DIV普通都比普通都比SLL 和和SRL慢慢 想想怎樣實現(xiàn)想想怎樣實現(xiàn)MUL和和DIV 對于有符號數(shù)用對于有符號數(shù)用 SRA 高位用符號位填充高位用符號位填充(在在2的補碼表示情況下的補碼表示情況下) e.g., R1 = -6 = 0b1111010SRL $R1,$R1,

21、1 0b0111101 SRA $R1,$R1,1 0b1111101=-3 想想為什么這樣是對的想想為什么這樣是對的 2022-5-1924只對無符號數(shù)成立只對無符號數(shù)成立;編程指南編程指南:3數(shù)組數(shù)組array數(shù)組訪問數(shù)組訪問25 add $s0,$0,$a2 # i = N loop: subu $s0 $s0,1 # i- addiu $s1,$0,4 # $s1=4 mul $s2,$s1,$s0 # $s2 = i*4 addiu $t0,$0,2 # $t0=2 div $s0,$t0 # 商存放商存放$lo=floor(i/2) mflo $t1 # $t1=floor(i/2

22、) mul $t1,$s1,$t1 # $t1=$t1*4 add $t2,$t1,$a0 # 計算數(shù)組計算數(shù)組A地址地址 lw $s4,0($t2) # $s4=Ai/2 add $t3,$s2,$a1 # 計算數(shù)組計算數(shù)組B地址地址 sw $s4,0($t3) # Bi =$s4 bnez $s0,loop # while(i!=0) loopdone: 數(shù)組數(shù)組A的基地址存放在的基地址存放在$a0中中取對應的數(shù)組元素取對應的數(shù)組元素數(shù)組數(shù)組B的基地址存放在的基地址存放在$a1中中數(shù)組長度數(shù)組長度N = 0 x100，存放在，存放在$a2中中數(shù)組長度計數(shù)器數(shù)組長度計數(shù)器$s0計算計算4字節(jié)

23、地址偏移量字節(jié)地址偏移量;Side Note #1: 用移位替代乘法用移位替代乘法對無符號數(shù)對無符號數(shù)SLL by k 等價于等價于 MUL by 2kSRL by k 等價于等價于 DIV by 2k對于有符號數(shù)用對于有符號數(shù)用 SRA高位用符號位填充高位用符號位填充(在在2的補碼表示情況下的補碼表示情況下)2022-5-1926 add $s0,$0,$a2 # i = Nloop: subu $s0 $s0,1 # i- sll $s2,$s0,2 # dest = i*4 sra $t1,$s0,1 # $t1=floor(i/2) sll $t1,$t1,2 # $t1=$t1*4

24、add $t2,$t1,$a0 lw $s4,0($t2) # $s4=Ai/2 add $t3,$s2,$a1 sw $s4,0($t3) # Bi = $s4 bnez $s0,loop # while(i!=0) loopdone: 編程指南編程指南:3數(shù)組數(shù)組array數(shù)組訪問數(shù)組訪問;編程指南編程指南:4過程調用過程調用 用匯編寫程序時需求明確闡明每一次的調用和前往用匯編寫程序時需求明確闡明每一次的調用和前往 Why？為什么用？為什么用C編寫程序時不需求了解子程序被編寫程序時不需求了解子程序被調用的詳細細節(jié)？調用的詳細細節(jié)？ 大多數(shù)有關過程調用的記錄集中在一個叫做過程調大多數(shù)有關過程

25、調用的記錄集中在一個叫做過程調用幀的內(nèi)存塊中，實現(xiàn)：用幀的內(nèi)存塊中，實現(xiàn)： 以參數(shù)方式保管調用值以參數(shù)方式保管調用值 保管主調過程的運轉現(xiàn)場存放器保管主調過程的運轉現(xiàn)場存放器 為程序的變量提供足夠的內(nèi)存空間部分變量、暫為程序的變量提供足夠的內(nèi)存空間部分變量、暫時變量時變量 程序的調用和前往嚴厲服從后進先出程序的調用和前往嚴厲服從后進先出LIFO原那原那么么2022-5-1927編譯程序替他做了！編譯程序替他做了！;編程指南編程指南:4過程調用過程調用我們需求存儲我們需求存儲:前往地址前往地址(old ra) 參數(shù)參數(shù) n in fact(n)暫時暫時/部分的變量部分的變量 在在f執(zhí)行執(zhí)行過程中

26、過程中被破壞的存放器被破壞的存放器想法想法: 存在棧里存在棧里!增長增長(PUSH 進去進去) 棧，每棧，每次調用函數(shù)時次調用函數(shù)時縮減棧縮減棧(POP 出來出來) 每次前每次前往時往時每次調用都有本人的每次調用都有本人的“?？驐？蚣芗?022-5-1928unused主存儲器主存儲器unused地址減小方向地址減小方向int fact( int n ) if (n 0) return fact( n-1 ) * n; else return 1 ;unusedunusedunusedunusedunusedunused例如例如調用調用fact(2);運用棧：?？蚣苓\用棧：棧框架我們需求存儲我

27、們需求存儲:前往地址前往地址(old ra)參數(shù)參數(shù) n in fact(n)暫時暫時/部分的變量部分的變量 在在f執(zhí)行執(zhí)行過程中過程中被破壞的存放器被破壞的存放器想法想法: 存在棧里存在棧里!增長增長(PUSH 進去進去) 棧，每棧，每次調用函數(shù)時次調用函數(shù)時縮減?？s減棧(POP 出來出來) 每次前每次前往時往時每次調用都有本人的每次調用都有本人的“棧框?？蚣芗?022-5-1929主存儲器主存儲器地址減小方向地址減小方向int fact( int n ) if (n 0) return fact( n-1 ) * n; else return 1 ;例如例如調用調用fact(2)2retu

28、rn addrtemp varsunusedunusedfact(2)s的?？蚣艿臈？蚣躸nusedunusedunused;運用棧：?？蚣苓\用棧：棧框架我們需求存儲我們需求存儲:前往地址前往地址(old ra)參數(shù)參數(shù) n in fact(n)暫時暫時/部分的變量部分的變量 在在f執(zhí)行執(zhí)行過程中過程中被破壞的存放器被破壞的存放器想法想法: 存在棧里存在棧里!增長增長(PUSH 進去進去) 棧，每棧，每次調用函數(shù)時次調用函數(shù)時縮減?？s減棧(POP 出來出來) 每次前每次前往時往時每次調用都有本人的每次調用都有本人的“?？驐？蚣芗?022-5-1930主存儲器主存儲器地址減小方向地址減小方向in

29、t fact( int n ) if (n 0) return fact( n-1 ) * n; else return 1 ;例如例如調用調用fact(2)2return addrtemp vars 1unusedunusedreturn addrtemp varsfact(2)s棧框架?？蚣躥act(1)s?？蚣軛？蚣?運用棧：棧框架運用棧：?？蚣芪覀冃枨蟠鎯ξ覀冃枨蟠鎯?前往地址前往地址(old ra)參數(shù)參數(shù) n in fact(n)暫時暫時/部分的變量部分的變量 在在f執(zhí)行執(zhí)行過程中過程中被破壞的存放器被破壞的存放器想法想法: 存在棧里存在棧里!增長增長(PUSH 進去進去) 棧，每

30、棧，每次調用函數(shù)時次調用函數(shù)時縮減棧縮減棧(POP 出來出來) 每次前每次前往時往時每次調用都有本人的每次調用都有本人的“?？驐？蚣芗?022-5-1931主存儲器主存儲器地址減小方向地址減小方向int fact( int n ) if (n 0) return fact( n-1 ) * n; else return 1 ;例如例如調用調用fact(2)2return addrtemp vars 1return addrtemp varsfact(2)s框架框架fact(1)s框架框架 0return addrtemp varsfact(0)s框架框架;運用棧：?？蚣苓\用棧：?？蚣芪覀冃枨蟠?/p>

31、儲我們需求存儲:前往地址前往地址(old ra)參數(shù)參數(shù) n in fact(n)暫時暫時/部分的變量部分的變量 在在f執(zhí)行執(zhí)行過程中過程中被破壞的存放器被破壞的存放器想法想法: 存在棧里存在棧里!增長增長(PUSH 進去進去) 棧，每棧，每次調用函數(shù)時次調用函數(shù)時縮減?？s減棧(POP 出來出來) 每次前每次前往時往時每次調用都有本人的每次調用都有本人的“棧框?？蚣芗?022-5-1932主存儲器主存儲器地址減小方向地址減小方向int fact( int n ) if (n 0) return fact( n-1 ) * n; else return 1 ;例如例如調用調用fact(2)2re

32、turn addrtemp vars 1unusedunusedreturn addrtemp varsfact(2)s?？蚣軛？蚣躥act(1)s棧框架?？蚣?運用棧：?？蚣苓\用棧：?？蚣芪覀冃枨蟠鎯ξ覀冃枨蟠鎯?前往地址前往地址(old ra)參數(shù)參數(shù) n in fact(n)暫時暫時/部分的變量部分的變量 在在f執(zhí)行執(zhí)行過程中過程中被破壞的存放器被破壞的存放器想法想法: 存在棧里存在棧里!增長增長(PUSH 進去進去) 棧，每棧，每次調用函數(shù)時次調用函數(shù)時縮減棧縮減棧(POP 出來出來) 每次前每次前往時往時每次調用都有本人的每次調用都有本人的“?？驐？蚣芗?022-5-1933主存儲器

33、主存儲器地址減小方向地址減小方向int fact( int n ) if (n 0) return fact( n-1 ) * n; else return 1 ;例如例如調用調用fact(2)2return addrtemp varsunusedunusedfact(2)s的?？蚣艿臈？蚣躸nusedunusedunused;運用棧：?？蚣苓\用棧：棧框架我們需求存儲我們需求存儲:前往地址前往地址(old ra)參數(shù)參數(shù) n in fact(n)暫時暫時/部分的變量部分的變量 在在f執(zhí)行執(zhí)行過程中過程中被破壞的存放器被破壞的存放器想法想法: 存在棧里存在棧里!增長增長(PUSH 進去進去) 棧

34、，每棧，每次調用函數(shù)時次調用函數(shù)時縮減?？s減棧(POP 出來出來) 每次前每次前往時往時每次調用都有本人的每次調用都有本人的“?？驐？蚣芗?022-5-1934unused主存儲器主存儲器unused地址減小方向地址減小方向int fact( int n ) if (n 0) return fact( n-1 ) * n; else return 1 ;unusedunusedunusedunusedunusedunused例如例如調用調用fact(2);棧的規(guī)定棧的規(guī)定 主調過程將調用后還需求運用的參數(shù)存放器主調過程將調用后還需求運用的參數(shù)存放器$a0$a3和暫和暫時存放器時存放器$t0$t

35、9壓棧壓棧 被調過程將前往地址存放器和在被調過程中修正了的保管被調過程將前往地址存放器和在被調過程中修正了的保管存放器存放器$s0$s7壓棧壓棧2022-5-1935;MIPS計算機硬件對過程的支持計算機硬件對過程的支持 為新數(shù)據(jù)分配空間為新數(shù)據(jù)分配空間 利用堆棧存儲過程中不適宜用存放器保管利用堆棧存儲過程中不適宜用存放器保管的部分變量如部分數(shù)組、或構造的部分變量如部分數(shù)組、或構造 過程框架：也叫活動記錄，是指包含了過過程框架：也叫活動記錄，是指包含了過程保管的存放器和部分變量的堆棧段。程保管的存放器和部分變量的堆棧段。 經(jīng)過下例了解過程調用之前、之中和之后經(jīng)過下例了解過程調用之前、之中和之后

36、的堆棧形狀的堆棧形狀36;MIPS 程序和數(shù)據(jù)的程序和數(shù)據(jù)的存儲器空間運用商定存儲器空間運用商定 從頂端開場，對棧指針初始化為從頂端開場，對棧指針初始化為7fffffff，并向下向數(shù)據(jù)段增長；，并向下向數(shù)據(jù)段增長； 在底端，程序代碼文本開場于在底端，程序代碼文本開場于00400000； 靜態(tài)數(shù)據(jù)開場于靜態(tài)數(shù)據(jù)開場于10000000； 緊接著是由緊接著是由C中中malloc進展存儲器分進展存儲器分配的動態(tài)數(shù)據(jù)，朝堆棧段向上增長配的動態(tài)數(shù)據(jù)，朝堆棧段向上增長37$sp$gp0040 0000hex01000 0000hexTextStatic dataDynamic dataStack7fff f

37、fffhex1000 8000hex pcReserved全局指針被設定為易于訪問數(shù)據(jù)的地址，以便運用相對于$gp的16位偏移量10000000hex-1000ffffhex;數(shù)據(jù)存在哪？數(shù)據(jù)存在哪？2022-5-1938.data 0 x10000000 .word 4,0.textmain:addu $s7,$ra,$0ori $s6,$0,0 x1000sll $s6,$s6,16addiu $s5,$s6,4fact:addiu $s0,$0,1lw $s1,0($s6)loop:mul $s0,$s1,$s0subu $s1,$s1,1bnez $s1,loopsw $s0,0($s

38、5)addu $ra,$0,$s7jr $ra #s1 get 4#s0 hold result#return result in s0;嵌套過程調用嵌套過程調用 計算計算n! fact:addi $sp, $sp, -8sw $ra, 4($sp)sw$a0, 0($sp)slti $t0, $a0, 1beq$t0, $zero, L1addi $v0, $zero, 1addi $sp, $sp, 8jr $raL1:addi $a0, $a0, -1jalfactlw $a0, 0($sp)lw$ra, 4($sp)addi $sp, $sp, 8mul $v0, $a0, $v0jr

39、 $ra ;為新數(shù)據(jù)分配空間為新數(shù)據(jù)分配空間 框架指針框架指針$fp指向框架的第一個字，通常是保管指向框架的第一個字，通常是保管的參數(shù)存放器；的參數(shù)存放器； 棧指針棧指針$sp指向棧頂，在程序執(zhí)行的過程中棧指指向棧頂，在程序執(zhí)行的過程中棧指針有能夠改動；針有能夠改動； 因此經(jīng)過固定的框架指針來訪問變量要比用棧指因此經(jīng)過固定的框架指針來訪問變量要比用棧指針更簡便。針更簡便。 假設一個過程的棧中沒有部分變量，編譯器將不假設一個過程的棧中沒有部分變量，編譯器將不設置和恢復框架指針，以節(jié)省時間。設置和恢復框架指針，以節(jié)省時間。 當需求框架指針時，以調用時的當需求框架指針時，以調用時的$sp值作為框架值

40、作為框架指針的初值，調用前往時，根據(jù)指針的初值，調用前往時，根據(jù)$fp恢復恢復$sp值值40;編程指南編程指南1變量變量2分支分支3數(shù)組數(shù)組4過程調用過程調用5閱讀、改良程序閱讀、改良程序6設計實例設計實例2022-5-1941單指令計算機單指令計算機;編程指南編程指南: 5閱讀、改良匯編代碼閱讀、改良匯編代碼 這段程序干了啥這段程序干了啥?2022-5-1942 .data#xs address stored in $a0# fs address stored in $a1 .text move $s1,$0 move $s2,$s1 addiu $s3,$0,1 lw $s4,0($a0)

41、 loop: subu $s4,$s4,1 beqz $s4,done move $s1,$s2 move $s2,$s3 addu $s3,$s2,$s1 j loopdone: sw $s3,0($a1) ;閱讀匯編代碼閱讀匯編代碼 這段程序干了啥這段程序干了啥?2022-5-1943 .data#xs address stored in $a0# fs address stored in $a1 .text move $s1,$0 move $s2,$s1 addiu $s3,$0,1 lw $s4,0($a0) loop: subu $s4,$s4,1 beqz $s4,done mo

42、ve $s1,$s2 move $s2,$s3 addu $s3,$s2,$s1 j loopdone: sw $s3,0($a1) #$s1=0#$s2=$s1#$s3=1#$s4=x#$s4=$s4-1#if($s4=0)done#$s1=$s2#$s2=$s3#$s3=$s2+$s1#goto loop#store result in f;閱讀匯編代碼閱讀匯編代碼這段程序干了啥這段程序干了啥?a = 0; / a = s1b = a; / b = r2res = 1;i = x;while ( -i != 0 ) / decrease i then check if 0 a=b; b=r

43、es; res=a+b;f = res; / note x itself isnt changedx = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10f =2022-5-1944 .data#xs address stored in $a0# fs address stored in $a1 .text move $s1,$0 move $s2,$s1 addiu $s3,$0,1 lw $s4,0($a0) loop: subu $s4,$s4,1 beqz $s4,done move $s1,$s2 move $s2,$s3 addu $s3,$s2,$s1 j loopdone: sw $s

44、3,0($a1) #$s1=0#$s2=$s1#$s3=1#$s4=x#$s4=$s4-1#if($s4=0)done#$s1=$s2#$s2=$s3#$s3=$s2+$s1#goto loop#store result in f;a = 0; / a = s1b = a; / b = s2res = 1;i = x;while ( -i != 0 ) / decrease i then check if 0 a=b; b=res; res=a+b;f = res; / note x itself isnt changedx = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10f = 1 1 2 3

45、5 8 13 21 34 55f = fib(x) (for x 0) (Fibonacci)2022-5-1945閱讀匯編代碼閱讀匯編代碼 .data#xs address stored in $a0# fs address stored in $a1 .text move $s1,$0 move $s2,$s1 addiu $s3,$0,1 lw $s4,0($a0) loop: addi $s4,$s4,-1 beqz $s4,done move $s1,$s2 move $s2,$s3 addu $s3,$s2,$s1 j loopdone: sw $s3,0($a1) #$s1=0#

46、$s2=$s1#$s3=1#$s4=x#$s4=$s4-1#if($s4=0)done#$s1=$s2#$s2=$s3#$s3=$s2+$s1#goto loop#store result in f前兩項均為前兩項均為1，從第三項起，每一項都，從第三項起，每一項都是其前兩項的和是其前兩項的和 這段程序干了啥？這段程序干了啥？;優(yōu)化代碼優(yōu)化代碼 如何使本部分如何使本部分代碼運轉更快代碼運轉更快? 目前運轉時間：目前運轉時間：= const + 6x 能否到達能否到達 const + 5x?46 .data#x: $a0#f: $a1 .text move $s1,$0 move $s2,$s1

47、addiu $s3,$0,1 lw $s4,0($a0) loop: addi $s4,$s4,-1 beqz $s4,done move $s1,$s2 move $s2,$s3 addu $s3,$s2,$s1 j loopdone: sw $s3,0($a1) #$s1=0#$s2=0#$s3=1#$s4=x#計數(shù)器計數(shù)器$s4減減1#if($s4=0)done#$s1=0#$s2=1#$s3=$s2+$s1#goto loop#store result in f;Optimizing Codel 運轉時間從運轉時間從 const+6x 到到const+5xl Trick: 將將 SUB

48、U和和BNEZ移到后面，減掉額外的分移到后面，減掉額外的分支指令支指令l 當當x比較大時，減少了運比較大時，減少了運轉時間轉時間constant有所添有所添加加l 目前的編譯器普通都可以目前的編譯器普通都可以支持這類優(yōu)化支持這類優(yōu)化2022-5-1947 move $s1,$0 #$s1=0 move $s2,$s1 #$s2=$s1 addiu $s3,$0,1 #$s3=1 lw $s4,0($a0) #$s4=x subu $s4,$s4,1 #$s4=$s4-1 beqz $s4,done #if($s4=0)doneloop: move $s1,$s2 #$s1=$s2 move $

49、s2,$s3 #$s2=$s3 addu $s3,$s2,$s1 addi $s4,$s4,1 #$s4=$s4-1 bnez $s4,loop #while($s4!=0)goto loopdone: sw $s3,0($a1) #store result in f ;編程指南編程指南1變量變量2分支分支3數(shù)組數(shù)組4過程調用過程調用5閱讀、改良程序閱讀、改良程序6設計實例設計實例2022-5-1948單指令計算機單指令計算機;MIPS匯編言語程序設計匯編言語程序設計 Hello world.textmain:la$a0, strli $v0, 4syscall# print stringli

50、$v0, 10syscall# exit.datastr: .asciiz Hello world.;MIPS匯編言語程序設計匯編言語程序設計系統(tǒng)調用系統(tǒng)調用MIPS模擬器提供了經(jīng)過系統(tǒng)調用指令模擬器提供了經(jīng)過系統(tǒng)調用指令(syscall) 提供了一組類似操作系統(tǒng)的效力提供了一組類似操作系統(tǒng)的效力調用方法：調用方法：將系統(tǒng)調用代碼裝入將系統(tǒng)調用代碼裝入$v0($2)存放器存放器將參數(shù)將參數(shù)(假設有假設有)裝入裝入$a0($4)$a3($7)或或$f12存放器存放器 Syscall前往值保管在前往值保管在$v0($2)或或$f0存放器中存放器中;MIPS匯編言語程序設計匯編言語程序設計系統(tǒng)調用系

51、統(tǒng)調用代碼代碼系統(tǒng)調用系統(tǒng)調用參數(shù)參數(shù)結果結果1print integer$a02print float$f123print double$f124print string$a0 5read integerinteger in $v06read floatfloat in $f07read doubledouble in $f08read string$a0=buffer, $a1=length9sbrk$a0=amountaddress in $v010exit;MIPS匯編言語程序設計匯編言語程序設計系統(tǒng)調用系統(tǒng)調用代碼代碼系統(tǒng)調用系統(tǒng)調用參數(shù)參數(shù)結果結果11print char$a012

52、read charchar in $v013open$a0=file name(string), $a1=flags, $a2=modefile descriptor (fd) in $v014read$a0 =fd, $a1=buffer, $a2=lengthnum chars read in $v015write$a0 =fd, $a1=buffer, $a2=lengthnum chars write in $v016close$a0 =fd17exit2$a0=result;MIPS匯編言語程序設計匯編言語程序設計棧動態(tài)數(shù)據(jù)(堆)靜態(tài)數(shù)據(jù)正文 (指令)保管系統(tǒng)內(nèi)存區(qū).textmain

53、:la$a0, strli $v0, 4syscallli$v0, 10syscall.datastr: .asciiz Hello world.7fffeffc100400001001000000400000MARS商定商定;MIPS匯編言語程序設計匯編言語程序設計 從鍵盤輸入兩個數(shù)，計算并輸出這兩個數(shù)的和從鍵盤輸入兩個數(shù)，計算并輸出這兩個數(shù)的和.datastr1: .asciiz Enter 2 numbers:str2: .asciiz The sum is .text main: li $v0, 4la $a0, str1 syscall li $v0, 5 syscall add $

54、t0, $v0, $zero li $v0, 5 syscall add $t1, $v0, $zero li $v0, 4 la $a0, str2 syscall li $v0, 1 add $a0, $t1, $t0 syscall;MIPS匯編言語程序設計匯編言語程序設計 計算計算12+22+1002.textmain:li$t0, 1li$t8, 0loop:mul$t7, $t0, $t0add$t8, $t8, $t7addi$t0, $t0, 1ble$t0, 100, loopla$a0, strli $v0, 4syscallli $v0, 1move$a0, $t8syscallli$v0, 10syscall.data.align 2str:.asciiz The sum of square from 1 to 100 is ;一個排序算法的實例一個排序算法的實例void s