Esercitazione di Calcolatori Elettronici Ing. Battista Biggio. Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica. Capitolo 5 Linguaggio Assembly

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1 Esercitazione di Calcolatori Elettronici Ing. Battista Biggio Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica Capitolo 5 Linguaggio Assembly

2 Richiami: v[i] e &v[i] v[i] è il valore dell elemento i nel vettore v; &v[i] è il suo indirizzo. In generale, possiamo usare v come label per indicare la locazione di memoria che corrisponde all indirizzo del primo elemento di v, ovvero &v[0]. Per passare da &v[i] a &v[i+1] dobbiamo incrementare &v[i] di 4 byte (vedi organizzazione della memoria nel MIPS). Indirizzo Valore &v[0] v 1024 v[0] 1 &v[1] v v[1] -1 &v[2] v v[2] 3 Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 2

3 Organizzazione della memoria Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 3

4 Organizzazione della memoria La memoria è organizzata in locazione da 32 bit (4 byte). Per questo motivo indirizzi adiacenti in memoria distano 4 byte. In figura, i byte da 0 a 3 rappresentano una locazione di memoria! Es. il valore di un elemento di un vettore (v[i]) occupa una locazione di memoria, quindi è memorizzato su 4 byte. Aligned Not Aligned Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 4

5 Esercizio 1 Mostrare la singola istruzione MIPS o la sequenza minima di istruzioni per i seguenti costrutti C: a = b + 100; x[10] = x[11] + c; Si assuma che a corrisponda al registro $11, b al registro $12, c a $13, e che il vettore x inizi alla locazione di memoria espressa, in base dieci, Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 5

6 Soluzione addi $11, $12, 100 # a = b + 100; # x[10] = x[11] + c; addi $16, $0, 11 # $16 11 muli $15, $16, 4 # $15 11*4 lw $14, 1024($15) # $14 x[11] add $14, $14, $13 # $14 x[11 ] + c subi $15, $15, 4 # $15 10*4 sw $14, 1024($15) # x[10] $14 (x[11]) $11 a $12 b $13 c &x[0]: 1024 Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 6

7 Esercizio 2 Caricare nel registro $16 la seguente costante di 32 bit: Soluzione: ( ) 2 = (60) bit più significativi della costante ( ) 2 = (2305) bit meno significativi della costante Utilizzando l istruzione lui è assai semplice: move $16, $0 lui $16, 60 addi $16, $16, 2305 Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 7

8 Analisi del codice step-by-step 1. move $16, $0 $ lui $16, 60 $ $16 3. addi $16, $16, Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 8

9 Esercizio 3 Tradurre in Assembly MIPS il seguente frammento di programma C: while(save[i]==k) i = i + j; Si assuma che $19 i, $10 4, $20 j, $21 k. Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 9

10 Soluzione 1 Loop: mul $9, $19, $10 # $9 i*4 Exit: lw $8, save($9) # $8 save[i] bne $8, $21, Exit # se $8!= $21, Exit add $19, $19, $20 # i = i+j; j Loop Implementare la stesso codice C usando solo un istruzione di salto (condizionato o no) # (altrimenti continua) $19 i $10 4 $20 j $21 k Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 10

11 Soluzione 2 Loop: mul $9, $19, $10 # $9 i*4 lw $8, save($9) # $8 save[i] add $19, $19, $20 # i = i+j; beq $8, $21, Loop # se $8==$21, cont. sub $19, $19, $20 # i=i-j Devo decrementare i all uscita del ciclo. Naturalmente, altre soluzioni (corrette) sono benvenute $19 i $10 4 $20 j $21 k Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 11

12 Esercizio 4 Tradurre in Assembly il seguente codice C: for (i=0; i<=100; i++) a[i] = b[i] + c; Si assuma che: &a[0] locazione 1500; &b[0] locazione 2000; c $16 Si inizializzi la variabile i(*4) nel registro $15 Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 12

13 Soluzione Usiamo $17 per controllare la condizione di uscita del ciclo: se i == 404, esci. addi $17, $0, 404 move $15, $0 For: lw $14, 2000($15) #x=b[i]; add $14, $14, $16 #x=x+c; sw $14, 1500($15) #a[i]=x; addi $15, $15, 4 #i=i+4; bne $15, $17, For subi $15, $15, 4 $15 i*4 $16 c a: 1500 b: 2000 Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 13

14 Esercizio 5 Scrivere un frammento di programma Assembly MIPS che effettui la somma degli elementi di un vettore di n interi. somma=0; for(i=0; i<n; i++) somma += x[i]; Assunzioni: somma $8; i $9 n $2; &x[0] $3; x[i] $10 Vincolo: si scriva la soluzione utilizzando SOLO i registri indicati Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 14

15 Soluzione For: Exit: move $8, $0 move $9, $0 beq $9, $2, Exit lw $10, 0($3) add $8, $8, $10 addi $3, $3, 4 addi $9, $9, 1 j For Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 15

16 Esercizio 6 Scrivere una funzione Assembly MIPS che, ricevendo in ingresso un intero, ne restituisca il valore assoluto. int abs(int valore) { if(valore<0) return -valore; else return valore; } valore $4; il valore di ritorno viene inserito in $5 Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 16

17 Soluzione Abs: subi $29, $29, 4 sw $8, 0($29) slt $8, $4, $0 bne $8, $0, Then move $5, $4 j Exit Then: sub $5, $0, $4 Exit: lw $8, 0($29) # $8 (valore<0) addi $29, $29, 4 jr $31 Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 17

18 Esercizio 7 Implementare in Assembly MIPS il seguente codice C: int proc(int g, int h, int i, int j) { int f; f = (g + h) (i + j); return f; } g, h, i, j siano allocati nei registri $4-$7 f venga restituito in $4 Il salvataggio dei parametri avviene secondo la tecnica callee save Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 18

19 Soluzione Si possono usare due registri $9 e $10 per collocare i dati temporanei (g + h) e (i + j). Salvataggio del contesto (parametri/registri): Proc: subi $29, $29, 8 sw $10, 4($29) sw $9, 0($29) Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 19

20 Soluzione Il corpo della procedura è dunque: add $9, $4, $5 add $10, $6, $7 sub $4, $9, $10 Ripristino dei parametri e ritorno al chiamante: lw $10, 4($29) lw $9, 0($29) addi $29, $29, 8 jr $31 Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 20

21 Soluzione alternativa Senza usare alcun registro temporaneo: Proc: add $4, $4, $5 #f=g+h sub $4, $4, $6 #f=f-i sub $4, $4, $7 jr $31 #f=f-j Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 21

22 Esercizio 8 Implementare la seguente funzione C in Assembly: int min(int v[], int n) { } int i, min_v; min_v = v[0]; for(i=1; i<n; i++) return min_v; if(v[i]<min_v) min_v=v[i]; Assumere che il salvataggio dei parametri avvenga con modalità callee save &v[0] $4, n $5 Il valore di ritorno viene immagazzinato nel registro $6 Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 22

23 Soluzione: salvataggio del contesto Assumiamo che le variabili locali siano allocate secondo la seguente configurazione: (i<n) $8; (v[i]<min_v) $9 i $10; v[i] $11 Il salvataggio dei parametri richiede le istruzioni: Min: addi $29, $29, -16 sw $8, 0($29) sw $9, 4($29) sw $10, 8($29) sw $11, 12($29) Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 23

24 Soluzione: corpo della procedura lw $6, 0($4) move $10, $0 For: addi $10, $10, 1 slt $8, $10, $5 beq $8, $0, Exit addi $4, $4, 4 lw $11, 0($4) slt $9, $11, $6 beq S9, $0, For move $6, $11 j For Exit: (ripristino dei parametri) Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 24

25 Soluzione: procedura completa Min: addi $29, $29, -16 sw $8, 0($29) sw $9, 4($29) sw $10, 8($29) sw $11, 12($29) lw $6, 0($4) move $10, $0 For: addi $10, $10, 1 slt $8, $10, $5 beq $8, $0, Exit addi $4, $4, 4 lw $11, 0($4) slt $9, $11, $6 beq S9, $0, For move $6, $11 j For Exit: lw $11, 12($29) lw $10, 8($29) lw $9, 4($29) lw $8, 0($29) addi $29, $29, 16 jr $31 Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 25

26 Esercizio 9 Scrivere una funzione Assembly MIPS che implementi il seguente codice C. Si assuma che: &x[0] locazione 1000, N $4, &y[0] locazione 2000, M $5. int positivi(int N) { int i,m; M=0; for (i=0; i<n; i++) if(x[i]>0) { y[m]=x[i]; M++; } return M; } Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 26

27 Soluzione Utilizziamo i seguenti registri: $8 i; $9 (i*4); $10 x[i]; $11 (x[i]>0) $12 (M*4) Ciò richiede il preventivo salvataggio del parametri: positivi: subi $29, $29, 20 sw $8, 0($29) sw $9, 4($29) sw $10, 8($29) sw $11, 12($29) sw $12, 16($29) Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 27

28 Soluzione For: Exit: move $5, $0 move $8, $0 beq $8, $4, Exit muli $9, $8, 4 lw $10, 1000($9) slt $11, $0, $10 addi $8, $8, 1 beq $11, $0, For muli $12, $5, 4 sw $10, 2000($12) addi $5, $5, 1 j For (Ripristino dei parametri) Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 28

29 Esercizio 10 Scrivere una funzione che, ricevendo in ingresso un vettore v, un intero x e la dimensione di v, indicata con N, restituisca la posizione di x in v, se presente, altrimenti restituisca il valore -1. &v[0] $4, x $5, N $6 Valore di uscita $7 int posizione(int v[], int x, int N) { int i; for(i=0; i<n; i++) if(v[i]==x) return i; return -1; } Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 29

30 Soluzione $8 i; $9 v[i]; $2-1; $10 (i<n). Salvataggio parametri: posizione: addi $29, $29, -16 sw $2, 0($29) sw $8, 4($29) sw $9, 8($29) sw $10, 12($29) Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 30

31 Soluzione: corpo della funzione For: Exit: move $7, $2 move $8, $0 beq $8, $6, Exit lw $9, 0($4) addi $4, $4, 4 addi $8, $8, 1 bne $9, $5, For subi $7, $8, 1 (Ripristino del contesto) Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 31

32 Soluzione alternativa $8 v[i] posizione: subi $29, $29, 4 sw $8, 0($29) move $7, $0 #$7 i=0 For: lw $8, 0($4) #$8 v[i] beq $8, $5, Exit #v[i]==x, esci addi $7, $7, 1 #i++ addi $4, $4, 4 #calcola &v[i] bne $7, $6, For #i!=n, cicla addi $7, $0, -1 #i==n, set $7-1 Exit: lw $8, 0($29) addi $29, $29, 4 Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 32

33 Altri esercizi 1. Scrivere un programma Assembly MIPS che, dato un array di cento interi memorizzato a partire dalla locazione 1000, ne effettui una copia a partire dalla locazione Scrivere un programma Assembly MIPS che, dato un array di cento interi memorizzato a partire dalla locazione 1000, costruisca a partire dalla locazione 2000 l'array dei soli elementi non negativi. 3. Scrivere un programma Assembly MIPS che, dato un array di cento interi memorizzato a partire dalla locazione 1000, costruisca a partire dalla locazione 2000 l'array dei soli elementi negativi. Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 33

34 Altri esercizi (cont d) 4. Scrivere un programma Assembly MIPS che, dato un array di cento interi memorizzato a partire dalla locazione 1000, costruisca a partire dalla locazione 2000 l'array dei soli elementi positivi. 5. Scrivere un programma Assembly MIPS che, dato un array di cento interi memorizzato a partire dalla locazione 1000, ne costruisca a partire dalla locazione 2000 un array ordinato. 6. Scrivere un programma Assembly MIPS che calcoli la media degli elementi di un vettore di N interi. Calcolatori Elettronici Esercizi Assembly Ing. B. Biggio 34