05 bo lenh mips 32 bit

HỆ THỐNG MÁY TÍNH
04 – BỘ LỆNH MIPS 32 bit


Gii thiu
2

ă

Nhim v c bn nht ca CPU l phi thc
hin cỏc lnh c yờu cu, gi l instruction

ă

Cỏc CPU sẽ sử dụng các tập lệnh (instruction
set) khác nhau để có thể giao tiếp với nó


Kớch thc lnh
3

ă

ă

Kớch thc lnh b nh hng bi:
Ô

Cu trỳc ng truyn bus

Ô

Kớch thc v t chc b nh

Ô

Tc CPU

Gii phỏp ti u lnh:
Ô

Dựng lnh cú kớch thc ngn, mỗi lệnh chỉ nên được
thực thi trong đúng 1 chu k CPU

Ô

Dựng b nh cache


B lnh MIPS
4

ă

Chỳng ta s lm quen vi tp lnh cho kin trỳc MIPS
(PlayStation 1, 2; PSP; Windows CE, Routers)

ă

c xõy dng theo kin trỳc (RISC) vi 4 nguyờn tc:
Ô

Cng n gin, cng n nh

Ô

Cng nh gn, x lý cng nhanh

Ô

Tng tc x lý cho nhng trng hp thng xuyờn xy ra

Ô

Thit k ũi hi s tha hip tt


Cấu trúc cơ bản của 1 chương trình hợp
ngữ trên MIPS
5

.data

# khai báo các data label (có thể hiểu là các biến)
# sau chỉ thị này

label1: <kiểu lưu trữ> <giá trị khởi tạo>
label2: <kiểu lưu trữ> <giá trị khởi tạo>
…
.text

# viết các lệnh sau chỉ thị này

.globl <các text label tồn cục, có thể truy xuất từ các file khác>
.globl main

# Đây là text label toàn cục bắt buộc của program

…
main:
…

# điểm text label bắt đầu của program


Hello.asm
6

.data
str:

# data segment

.asciiz “Hello asm !”
.text
.globl

# text segment
main

main:

# starting point of program
addi $v0, $0, 4

# $v0 = 0 + 4 = 4 à print str syscall

la $a0, str

# $a0 = address(str)

syscall

# excute the system call


B lnh MIPS Thanh ghi
7

ă

L n v lu tr data duy nht trong CPU

ă

Trong kin trỳc MIPS:
Ô

Ô

Cú tng cng 32 thanh ghi đánh số từ $0 à $31

n

Càng ít càng dễ quản lý, tính tốn càng nhanh

n

Có thể truy xuất thanh ghi qua tên của nó (slide sau)

Mỗi thanh ghi có kích thước cố định 32 bit
n

Bị giới hạn bởi khả năng tính tốn của chip xử lý

n

Kích thước toán hạng trong các câu lệnh MIPS bị giới hạn ở
32 bit, nhóm 32 bit gọi là từ (word)


Thanh ghi toỏn hng
8

ă

Nh chỳng ta ó bit khi lp trình, biến
(variable) là khái niệm rất quan trọng khi
muốn biểu din cỏc toỏn hng tớnh toỏn

ă

Trong kin trỳc MIPS khơng tồn tại khái niệm
biến, thay vào đó là thanh ghi toán hạng


Thanh ghi toỏn hng
9

ă

Ngụn ng cp cao (C, Java): toỏn hng = bin (variable)
Ô

ă

ă

Cỏc bin lu trong b nh chớnh

Ngụn ngữ cấp thấp (Hợp ngữ): toán hạng chứa trong các thanh ghi
Ô

Thanh ghi khụng cú kiu d liu

Ô

Kiu d liu thanh ghi được quyết định bởi thao tác trên thanh ghi

So sỏnh:
Ô

u: Thanh ghi truy xut nhanh hn nhiu b nh chớnh

Ô

Khuyt: Khụng nh b nh chớnh, thanh ghi l phần cứng có số lượng
giới hạn và cố định à Phải tính tốn kỹ khi sử dụng


Mt s thanh ghi toỏn hng quan tõm
10

ă

Save register:
Ô

MIPS ly ra 8 thanh ghi ($16 - $23) dùng để thực hiện các phép
tính số học, được đặt tên tương ứng l $s0 - $s7

Ô

ă

Tng ng trong C, cha giỏ tr bin (variable)

Temporary register:
Ô

MIPS ly ra 8 thanh ghi ($8 - $15) dùng để chứa kết quả trung
gian, được đặt tờn tng ng l $t0 - $t7

Ô

Tng ng trong C, để chứa giá trị biến tạm (temporary
variable)


Bảnh danh sách thanh ghi MIPS
11

Thanh ghi 1 ($at) để dành cho assembler. Thanh ghi 26 – 27 ($k0 - $k1) để dành cho OS


B lnh MIPS 4 thao tỏc chớnh
12

ă

Phn 1: Phộp toỏn s hc (Arithmetic)

ă

Phn 2: Di chuyn d liu (Data transfer)

ă

Phn 3: Thao tỏc lun lý (Logical)

ă

Phn 4: R nhỏnh (Un/Conditional branch)


Phn 1: Phộp toỏn s hc
13

ă

Cỳ phỏp:
opt

opr, opr1, opr2

Ô

opt (operator): Tờn thao tỏc (toỏn t, tỏc t)

Ô

opr (operand): Thanh ghi (toỏn hng, tỏc t ớch)
cha kt qu

Ô

opr1 (operand 1): Thanh ghi (toỏn hng ngun 1)

Ô

opr2 (operand 2): Thanh ghi / hằng số
(toán hạng nguồn 2)

Vớ d
14

ă

Gi s xột cõu lnh sau:
add a, b, c
Ô Ch

th cho CPU thc hin phộp cng

aòb+c
Ô a,

b, c c gi l thanh ghi toỏn hng

Ô Phộp

toỏn trờn ch cú thể thực hiện với đúng 3

tốn hạng (khơng nhiều cũng khơng ít hơn)


Cng, tr s nguyờn
15

ă

Cng (Add):
Ô

Cng cú du:

add

$s0, $s1, $s2

Ô

Cng khụng du:

addu $s0, $s1, $s2

Ô

Din gii:

$s0 ò $s1 + $s2

(u: unsigned)

C/C++: (a = b + c)
ă

Tr (Subtract):
Ô

Tr cú du:

sub

$s0, $s1, $s2

Ô

Tr khụng du:

subu $s0, $s1, $s2

Ô

Din gii:

$s0 ò $s1 - $s2
C/C++: (a = b - c)

(u: unsigned)


Nhn xột
16
ă

Toỏn hng trong cỏc lnh trờn phi l thanh ghi

ă

Trong MIPS, lnh thao tỏc vi s nguyờn cú du c biu din

di dng bự 2

ă

Lm sao bit 1 phộp tốn được biên dịch từ C (ví dụ a = b + c) là
thao tác có dấu hay khơng dấu? Da vo trỡnh biờn dch

ă

Cú th dựng 1 toỏn hng va l ngun va l ớch
add $s0, $s0, $s1

ă

Cng, trừ với hằng số? à $s2 sẽ đóng vai trị l hng s
Ô

Cng: addi $s0, $s1, 3

Ô

Tr:

addi

$s0, $s1, -3

(addi = add immediate)

Vớ d 1
17
ă

Chuyn thnh lnh MIPS t lnh C:
a=b+c+de

ă

ă

Chia nh thành nhiều lệnh MIPS:
add

$s0, $s1, $s2

# a=b+c

add

$s0, $s0, $s3

# a=a+d

sub

$s0, $s0, $s4

# a=a–e

Tại sao dùng nhiều lệnh hơn C?

à Bị giới hạn bởi số lượng cổng mạch toán tử và thit k bờn trong cng
mch
ă

Ký t # dựng chỳ thích trong hợp ngữ cho MIPS


Vớ d 2
18

ă

Chuyn thnh lnh MIPS t lnh C:
f = (g + h) (i + j)

ă

Chia nh thnh nhiu lệnh MIPS:
add

$t0, $s1, $s2

# temp1 = g + h

add

$t1, $s3, $s4

# temp2 = i + j

sub

$s0, $t0, $t1

# f = temp1 – temp2


Lu ý: Phộp gỏn ?
19

ă

Kin trỳc MIPS khụng cú cng mạch dành riêng
cho phép gán

à Giải pháp: Dùng thanh ghi zero ($0 hay $zero)
luụn mang giỏ tr 0
ă

Vớ d:
add $s0, $s1, $zero

Tương đương: $s0 = $s1 + 0 = $s1 (gỏn)
ă

Lnh add $zero, $zero, $s0 cú hp l ?

Phộp nhõn, chia s nguyờn
20

ă

Thao tỏc nhõn / chia ca MIPS có kết quả
chứa trong cặp 2 thanh ghi tên là $hi và $lo
Bit 0-31 thuộc $lo và 32-63 thuộc $hi