Architettura degli. Istruzioni MARS. Dott. Franco Liberati

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1 Architettura degli Elaboratori Dott. Franco Liberati

2 Istruzioni Spostamento o movimento Argomenti della lezione Logico Aritmetiche Salto Condizionato incondizionato a sub-routine (interruzioni software:trap) Istruzioni di sistema

3 Architettura degli Elaboratori Istruzioni generalità Dott. Franco Liberati

4 Generalità Le istruzioni del linguaggio assembly possono essere divise nelle seguenti categorie: Istruzioni Load and Store Spostano dati tra la memoria e i registri generali del processore (i valori non sono modificati, ma solo spostati) Istruzioni Load Immediate Caricano, nei registri, valori costanti Istruzioni Data Movement Spostano dati tra i registri del processore Istruzioni aritmetico/logiche Effettuano operazioni aritmetico, logiche o di scorrimento sui registri del processore (il valore risultante modifica i condition code della ALU) Istruzioni di confronto Effettuano il confronto tra i valori contenuti nei registri Istruzioni di salto condizionato Spostano l esecuzione da un punto ad un altro di un programma in presenza di certe condizioni Istruzioni di salto non condizionato Spostano l esecuzione da un punto ad un altro di un programma Istruzioni di sistema o comando Influenzano lo svolgimento del programma (HALT, NOP,BREAK, TRAP )

5 Architettura degli Elaboratori Istruzioni per numeri reali in singola e doppia precisione

6 ISTRUZIONI ARITMETICHE IN VIRGOLA FISSA Il MIPS è dotato anche di un coprocessore matematico che svolge operazioni in virgola mobile a singola precisione (float) e doppia (double) precisione Il MIPS è dotato di 32 registri per i calcoli in virgola mobile $f0 -$f31 Di solito le istruzioni hanno lo stesso menmonico del corrispondente tra interi seguito da.s per i calcoli in singola precisione o da.d per quelli in doppia precisione La definizione di un valore reale in memoria si ottiene con la direttiva.float.double CU ESEMPIO.data pippo:.float Coprocessor 1 $f0,$f1,,$f31 ALU

7 ISTRUZIONI ARITMETICHE IN VIRGOLA FISSA: esempio Somma di due numeri reali.text.globl main main: lwc1 $f1,x lwc1 $f2,y add.s $f0,$f1,$f2 li $v0,10 syscall.data x:.float 3.5 y:.float -23.7

8 PRINCIPALI ISTRUZIONI VIRGOLA MOBILE lwc1 rd,<imm> <label> swc1 rs,<label> l.drd,<imm> <label> l.srd,<imm> <label> s.drs, <label> s.srs, <label> Preleva un valore <imm> o il contenuto di una variabile <label> definita in memoria in un registro floating point rd=<imm> Archivia il valore di un registro floating pointin memoria MEM=rs Preleva un valore <imm> o il contenuto di una variabile <label> definita in memoria in due registri floating point(rd e rd+1) doppia precisione rd=<imm> Preleva un valore <imm> o il contenuto di una variabile <label> definita in memoria in un registro floating point singola precisione rd=<imm Archivia il valore di due registro floating point(rs e rs+1) doppia precisione in memoria Archivia il valore di un registro floating pointsingola precisione in memoria l.d$f2, reale64bit s.d$f4, reale64bit # Nei registri $f2 e $f3 è presente il valore in doppia precisione contenuto nella variabile reale64bit # Nelle locazioni (otto byte) di memoria di reale64bit è presente il valore #contenutoin $f4 e $f5

9 PRINCIPALI ISTRUZIONI VIRGOLA MOBILE mov.s rd,rs mov.d rd,rs mfcz rd,rs mfcz.d rd,rs Sposta il contenuto tra registri (singola precisione) rd=rs Sposta il contenuto tra registri (doppia precisione) rd=rs Sposta il contento del registro rsdel coprocessore z nel registro destinazione rddella CU Se si sposta un doubleil contenuto al termine dell operazione si trova in rde rd+1 ESEMPIO MARS mfc1 $t0,$f0 #Sposta ilvalore float da$f0 a $a0 mfc1 $t0,$f0 #Sposta ilvalore double di$f0 e $f1 in $a0 e $a1 mtczrs, rd mtcz rs,rd Sposta il contento del registro rs della CU nel registro destinazione rd del coprocessore z ESEMPIO MARS (coprocessore 1) mtc1 $t0,$f0 #Sposta ilvalore da$t0 a $f0

10 bclf<imm>, label cvt.d.s rd,rs cvt.d.w rd,rs PRINCIPALI ISTRUZIONI VIRGOLA MOBILE Salta a labelse il codice di condizione indicato da <imm> è settato a 0 (falso) Converte da singola precisione a doppia precisione rd=(double)rs Converte daintero a 32bit double cvt.s.d rd,rs cvt.s.w rd,rs cvt.w.d rd,rs

11 SINGOLA PRECISIONE PRINCIPALI ISTRUZIONI VIRGOLA MOBILE DOPPIA PRECISIONE SIGNIFICATO abs.s rd,rs abs.d rd,rs rd = rs add.s rd, rs, rt add.d rd, rs, rt rd=rs+rt sub.s rd, rs, rt sub.d rd, rs, rt rd=rs-rt c.eq.sr1,r2 c.eq.dr1,r2 Se r1=r2 setta il flag0 a vero; se r1!=r2 il flag0 è falso c.eq.s <imm>,r1,r2 c.eq.d <imm>,r1,r2 Se r1=r2 setta il flag imm a vero; se r1!=r2 flag imm è falso c.le.s r1,r2 c.le.d r1,r2 Se r1<=r2 setta il flag 0 a vero; altrimenti il flag0 è falso c.lt.s r1,r2 c.lt.d r1,r2 Se r1<r2 setta il flag 0 a vero; altiementi flag0 a falso div.s rd,rs,rt div.d rd,rs,rt rd=rs/rt mul.s rd,rs,rt mul.d rd,rs,rt rd=rs*rt sqrt.srd,rs sqrt.drd,rs rd= rs

12 PRINCIPALI ISTRUZIONI VIRGOLA MOBILE

13 ESERCIO PROPOSTO Si scriva un programma in linguaggio assembly che definiti due numeri reali in memoria x e y riporta la media (fra reali) in $f2.text.globl main main:.data x :.float5.0 y:.float 3.0 due:.float 2.0 MEDIAFP.ASM lwc1 $f0,x #carico x lwc1 $f1,y #carico y lwc1 $f3,due #carico 2 add.s $f2,$f0,$f1 #m=x+y div.s $f2,$f2,$f3 #media li $v0,10 syscall

14 Architettura degli Elaboratori Istruzioni di salto a sub routine Dott. Franco Liberati

15 ISTRUZIONE DI SALTO A SUB-ROUTINE Le istruzioni di salto a sub-routine spostano l esecuzione da un punto ad un altro di un programma salvando l indirizzo dell istruzione successiva al salto in un registro speciale ($RA) jaltarget jr rsource jalrrsource, rdest Salto incondizionato all istruzione targete salvataggio dell indirizzo della prossima istruzione in ra Salto incondizionato all istruzione che ha indirizzo memorizzato nel registro rsource Salto incondizionato all istruzione che ha indirizzo memorizzato nel registro rsourcee salvataggio dell indirizzo della prossima istruzione in rdest

16 ISTRUZIONE DI SALTO A SUB-ROUTINE Main: lw $t0,pippo lw $t1, paperino add $t2,$t0,$t1 jal batman. li v0,10 break xor $t7,$t7,$t7 add $t7,$t6,$t5 jr $ra

17 ISTRUZIONI DI SALTO: Esempio Realizzare un programma che svolga il massimo tra tre numeri Leggi, a,b,c Soluzione: maxtre(a,b,c) NO a>b SI NO b>c SI NO a>c SI max=c max=b max=a

18 ISTRUZIONI DI SALTO: Esempio (variante) Realizzare un programma che svolga il massimo tra tre numeri maxtre(a,b,c) leggi a,b,c t= MASSIMO(a,b) max=massimo(t,c) conserva max

19 .text.globl main main: ISTRUZIONI DI SALTO: Esempio (variante) -implementazione Realizzare un programma che svolga il massimo tra tre numeri Soluzione: maxtre(a,b,c) MASSIMO(,c) lw $a0,x #lettura primo valore lw $a1,y #lettura secondo valore jal MASSIMO #salto a funzione move $a0,$v0 #recupero massimo dalla funzione lw $a1,z #lettura terzo valore jal MASSIMO #salto a funzione move $a0,$v0 #recupero massimo dalla funzione move $t0,$a0 #massimo in T0 li $v0,10 syscall MASSIMO: # PARAMETRI INGRESSO: A0 e A1 valori interi # PARAMETRO USCITA: V0 massimo tra A0 e A1 move $v0,$a0 #Imposto A0 come massimo bgt$a0,$a1,fine #SeA0>A1 allora finisco move $v0,$a1 #Imposto A1 come massimo fine: jr $ra.data x:.word 45 y:.word 100 z:.word 77

20 Architettura degli Elaboratori Chiamate a sistema MARS Dott. Franco Liberati

21 SYSCALL Le istruzioni di SYSCALL nascondono delle TRAP (delle interruzioni software) che possono essere considerate come operazioni sincrone di salto La differenze principale con una operazione di salto è che la TRAP prevede il salvataggio dello stato della macchina (almeno PC e SR)

22 Conditioncode (approfondimento) In base alle istruzioni ci può essere un alterazione dello stato della macchina e variazione dei flag presenti nel registro di stato ES: li $t0, -1 li $t1, 1 add $t2, $t0, $t1 Flags: N (negative): 0 Z (zero) : 1 C (carry) : 1 V (overflow): 0

23 Conditioncode (approfondimento) Mnemonico Significato Flag interessato EQ = Z=1 NE!= Z=0 CS > (unsigned) C=1 < (unsigned) C=0 HI > C=1 e Z=0 LS < C=0 e Z=1 MI negativo N=1 PL positivo N=0

24 Conditioncode (approfondimento) loop_label: mov $t0, #10 sub $t0, $t0, 1 BNE loop_label Testa il valore del registro di stato Se n è uguale a zero (quindi Z=0) allora si effettua il salto B

25 Chiamate a sistema operativo MARS SERVIZI CODICE in $V0 ARGOMENTI print_int 1 $a0 = integer (da stampare) print_float 2 $f12 = float (da stampare) print_double 3 $f12 = double (da stampare) RISULTATO print_string 4 $a0 = string (da stampare) Richiede l indirizzo della prima locazione di memoria dove è definita stringa (istruzione classe: la) read_int 5 integer in $v0 read_float 6 float in $f0 read_double 7 double in $f0 read_string 8 $a0=buffer, $a1=length Richiede l indirizzo della prima locazione di memoria dove è definita stringa (istruzione classe: la) Random_int 41 $a0= integer Genera un numero casuale exit 10 Terminazione del programma

26 Chiamate a sistema operativo MARS.text.globl main main: la $a0,mex1 li $v0,4 syscall li $v0,5 syscall move$t0,$v0 mul $t1,$t0,$t0 la $a0,mex2 li $v0,4 syscall move $a0,$t1 li $v0,1 syscall #inserimento locazione dell inizio del messaggio #servizio di stampa di una stringa #chiamata di sistema #servizio di lettura di un intero da tastiera #chiamata di sistema #spostamentodel valore letto da tastiera #operazione(a^2) #inserimento locazione dell inizio del messaggio #servizio di stampa di una stringa #chiamata di sistema #spostamento del valore intero da stampare #servizio di stampa di un intero #chiamata di sistema.data mex1:.asciiz "Inserire il numero: " mex2:.asciiz "\n Il quadrato del numero è: "

27 Chiamate a sistema operativo MARS.text.globl main main: la $a0,mex1 li $v0,4 syscall la $a0,mexinput li $a1,255 li $v0,8 syscall la $a0,mex2 li $v0,4 syscall Lettura di una stringa #inserimento locazione dell inizio del messaggio #servizio di stampa di una stringa #chiamata di sistema #zona in cui sarà conservata la stringa immessa da input #dimensione della stringa da immettere #servizio di lettura di una stringa #chiamata di sistema #inserimento locazione dell inizio del messaggio #servizio di stampa di una stringa #chiamata di sistema la $a0,mexinput li $v0,4 syscall #inserimento locazione dell inizio del messaggio #servizio di stampa di una stringa #chiamata di sistema.data mex1:.asciiz "Inserire il nome: " mex2:.asciiz \nciao mexinput:.space 255

28 Architettura degli Elaboratori Direttiva EQV Dott. Franco Liberati

29 Direttiva EQV Sostituisce una stringa (es.: registro) con una etichetta Segue la logica: definisci una volta e usa molte volte Utile per associare a dei registri una etichetta (debug più semplice).text.globl main.macro FINEPROGRAMMA li $v0,10 syscall.end_macro.eqv VAR1 $t0.eqv VAR2 $t1.eqvtot $t2 main: ciclo: fine:.data x:.word 4 y:.word 6 lw VAR1,x lw VAR2,y li TOT,0 bltz VAR2,fine add TOT,TOT,VAR1 sub VAR2,VAR2,1 j ciclo FINEPROGRAMMA

30 Architettura degli Elaboratori Istruzioni di sistema Dott. Franco Liberati

31 ISTRUZIONI DI SISTEMA Le istruzioni di sistema sono istruzioni tipiche della macchina NOP ALT BREAK Nessuna operazione Interruzione del sistema Interruzione del programma

32 Architettura degli Elaboratori Fine Dott. Franco Liberati