Le etichette nei programmi. Istruzioni di branch: beq. Istruzioni di branch: bne. Istruzioni di jump: j

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1 L insieme delle istruzioni (2) Architetture dei Calcolatori (lettere A-I) Istruzioni per operazioni logiche: shift Shift (traslazione) dei bit di una parola a destra o sinistra sll (shift left logical): sll rd, rt, shamt srl (shift right logical): srl rd, rt, shamt Esempio: assumiamo che il registro $s0 contenga il valore 13 sll $t2, $s0, 8 # $t2 = = 3328 Formato di tipo R: si utilizza il campo shamt (shift amount) op rs rt rd shamt funct 6 bit 5 bit 5 bit 5 bit 5 bit 6 bit sll $t2, $s0, Traslare a sinistra di i bit corrisponde a moltiplicare per 2 i Utile per moltiplicare per 4 l indice i di un array Valeria Cardellini 1 Istruzioni per operazioni logiche Istruzione and per effettuare l AND bit a bit tra due registri Esempio and $t0, $t1, $t2 # $t0 = $t1 & $t2 Se $t2 = e $t1 = Allora, dopo l esecuzione dell istruzione and $t0 = Istruzione or per effettuare l OR bit a bit tra due registri Esempio or $t0, $t1, $t2 # $t0 = $t1 $t2 Istruzione nor per effettuare il NOR bit a bit tra due registri Esempio nor $t0, $t1, $t2 # $t0 = ($t1 $t2) Le istruzioni and, or e nor seguono il formato di tipo R Valeria Cardellini 2 Istruzioni di scelta e controllo del flusso Queste istruzioni Alterano l ordine di esecuzione delle istruzioni La prossima istruzione da eseguire non è quella successiva all istruzione corrente Permettono di eseguire cicli e condizioni Ripetizione di sequenze di istruzioni in dipendenza dai risultati precedenti In assembler queste istruzioni di scelta e controllo sono semplici e primitive Due classi di istruzioni Istruzioni di conditional branch (salto condizionato) del tipo if condizione then esegui X Permettono di selezionare la prossima istruzione da eseguire in dipendenza di un valore calcolato Istruzioni di jump (salto incondizionato) del tipo esegui X come prossima istruzione Il salto viene sempre eseguito Valeria Cardellini 3

2 Le etichette nei programmi Le istruzioni di un programma assembler possono avere delle etichette (label) label lw $t0, 1000($s3) add $t0, $s2, $t0 sw $t0, 1000($s3) L1: add $s3, $s3, $t1 Le istruzioni di branch permettono di specificare l etichetta dell istruzione che deve essere eseguita dopo a seconda del risultato di un test (di uguaglianza o disuguaglianza) Anche le istruzioni di jump permettono di specificare l etichetta dell istruzione a cui saltare Valeria Cardellini 4 Istruzioni di branch: beq Istruzione beq: branch-on-equal beq rs, rt, label Se il valore del registro rs è uguale al valore del registro rt, allora salta all istruzione con etichetta label Esempio: Codice C: if (i==j) goto L1; f = g + h; L1: f = f - i; Assumendo che f,, j Codice assembler MIPS corrispondono a $s0,, $s4 beq $s3, $s4, L1 # go to L1 if (i == j) add $s0, $s1, $s2 L1: sub $s0, $s0, $s3 Valeria Cardellini 5 Istruzioni di branch: bne Istruzione bne: branch-on-not-equal bne rs, rt, label Se il valore del registro rs non è uguale al valore del registro rt allora salta all istruzione con etichetta label Esempio: Codice C: if (i==j) f = g + h; else f = g - h; Assumendo che f,, j corrispondono a $s0,, $s4 Codice assembler MIPS bne $s3, $s4, Else add $s0, $s1, $s2 Else: sub $s0,$s1,$s2 # go to Else if i j # f = g + h # f = g - h Istruzioni di jump: j Perché è necessaria l istruzione di jump? if (i==j) f = g + h; else f = g - h; Istruzione j: jump j label Esempio: bne $s3, $s4, Else add $s0, $s1, $s2 Else: sub $s0,$s1,$s2 Exit: # go to Else if i j # f = g + h # f = g - h Valeria Cardellini 6 C è un problema Valeria Cardellini 7

3 Formato delle istruzioni di branch Le istruzioni di branch seguono il formato di istruzione di tipo I (come lw e sw) op rs rt address 6 bit 5 bit 5 bit 16 bit Significato dei campi op: identifica il tipo di istruzione rs: registro con il primo operando rt: registro con il secondo operando address: indirizzo dell etichetta Come si determina l indirizzo di memoria a partire dai 16 bit dell etichetta? Indirizzamento relativo al Program Counter (vedi lezioni successive) Per il momento, osserviamo che è un multiplo di 4 (word di 32 bit) bne $s1, $s2, Valeria Cardellini 8 Formato istruzioni di tipo J Le istruzioni di salto incondizionato (jump) usano il formato di tipo J Formato istruzioni di tipo J op address 6 bit 26 bit Significato dei campi op: identifica il tipo di istruzione address: indirizzo dell etichetta Come si determina l indirizzo di memoria a partire dall etichetta? Il campo address riporta una parte (26 bit su 32) dell indirizzo assoluto di destinazione del salto Per il momento, osserviamo che è un multiplo di 4 (word di 32 bit) j Valeria Cardellini 9 Somma di elementi di un array: esempio Somma degli elementi di un array A di 100 interi Codice C: Inizializzazione delle variabili sum e i sum = 0; add $s1, $zero, $zero # sum = 0 for (i=0; i<100; i++) sum = sum + A[i]; add $s2, $zero, $zero add $t2, $s3, $zero # i = 0 # $t2 inizial. a $s3 Supponiamo che: Loop di somma degli elementi dell array Le variabili sum e i sono associate ai registri $s1 e $s2 L indirizzo del primo elemento dell array è contenuto nel registro $s3 Loop: lw $t0, 0($t2) add $s1, $s1, $t0 # carica A[i] in $t0 # sum = sum + A[i] La costante 1 è contenuta nel registro $s4 add $s2, $s2, $s4 # i = i + 1 La costante 100 è contenuta nel registro $s5 sll $t1, $s2, 2 # reg temp $t1 = 4 * i Pseudocodice sum = 0; add $t2, $s3, $t1 # increm. $s3 di 4 * i i = 0; Loop: sum = sum + A[i]; i = i + 1; if (i!= 100) goto Loop; bne $s2, $s5, Loop # if (i!= 100) goto Loop Valeria Cardellini 10 Somma di elementi di un array: esempio (2) Valeria Cardellini 11

4 Come descrivere un programma assembler 1) Descrizione dell algoritmo utilizzato (a parole e mediante pseudocodice o codice in linguaggio ad alto livello) 2) Descrizione dell utilizzo dei registri a) Variabili indice b) Registri per lo spiazzamento c) Registri per uso temporaneo d) Memorizzazione di costanti 3) Codice assembler Commentato in modo adeguato! Valeria Cardellini 12 Esercizi Sommare tutti gli elementi di un array A di 100 interi che siano in posizione pari Ovvero sum = A[0] + A[2] + + [A98] Codice C sum = 0; for (i=0; i<100; i+=2) sum = sum + A[i]; Sommare tutti gli elementi di un array A di 10 interi e memorizzare il risultato nell elemento i-esimo dell array B Codice C B[i] = 0; for (j=0; j<10; j++) B[i] = B[i] + A[j]; Valeria Cardellini 13 Esercizi (2) E possibile rinunciare all istruzione beq, mantenendo le istruzioni bne e j? E possibile rinunciare all istruzione bne, mantenendo le istruzioni beq e j? E possibile rinunciare all istruzione j, mantenendo l istruzione beq? Codice C: Supponiamo che: Esempio: ciclo while while (A[i] ==k) i = i + j; Le variabili i, j e k sono associate ai registri $s3, $s4 e $s5 L indirizzo del primo elemento dell array A è contenuto nel registro $s6 Valeria Cardellini 14 Valeria Cardellini 15

5 Esempio: ciclo while (2) Codice MIPS Caricare A[i] dalla memoria in un registro temporaneo Loop: sll $t1, $s3, 2 # $t1 = i * 4 add $t1, $t1, $s6 # $ti = indirizzo di A[i] lw $t0, 0($t1) Test del loop bne $t0, $s5, Exit Addizione di i e j add $s3, $s3, $s4 End del loop j Loop Exit: # i = i + j Valeria Cardellini 16 Istruzioni di scelta: slt Spesso è utile condizionare l esecuzione di una istruzione al fatto che una variabile sia minore di un altra (ad es., in un ciclo for) Istruzione slt (set on less than) slt $t0, $s2, $s3 Se il valore del registro $s2 è minore del valore del registro $s3 assegna il valore 1 al registro $t0, altrimenti assegna il valore 0 Con slt, beq e bne si possono implementare tutti i test sui valori di due variabili (=,!=, <, <=, >, >=) Esempio: codice C if ( i < j) k = i + j; else k = i j; Esempio: codice MIPS i, j, e k sono associate ai registri $s0, $s1 e $s2 slt $t0, $s0, $s1 beq $t0, $zero, Else add $s2, $s0, $s1 Else: sub $s2, $s0, $s1 Exit: Valeria Cardellini 17 Formato dell istruzione slt L istruzione di set on less than segue il formato di istruzione di tipo R (come add e sub) Significato dei campi op: identifica il tipo di istruzione rs: registro con il primo operando rt: registro con il secondo operando rd: registro destinazione shamt: scorrimento (non usato) funct: la variante specifica dell operazione indicata nel campo op op rs rt rd shamt funct 6 bit 5 bit 5 bit 5 bit 5 bit 6 bit slt $s1, $s2, $s Valeria Cardellini 18 Costrutto switch Costrutto case/switch A seconda del valore di una variabile si deve saltare ad un blocco di istruzioni Codice C: switch (k) { case 0: f = i + j; break; case 1: f = g + h; break; case 2: f = g - h; break; case 3: f = i - j; break; } Può essere implementato con una serie di if then In alternativa: uso di una jump address table, una tabella che contiene una serie di indirizzi di blocchi di istruzioni alternative La jump table contiene gli indirizzi che corrispondono alle label nel codice Occorre calcolare l indirizzo a cui effettuare il salto: istruzione jr Valeria Cardellini 19

6 Istruzione jump register: jr Istruzione jr (jump register) jr $t1 Salta in modo incondizionato all indirizzo di memoria specificato nel registro $t1 L istruzione jr segue il formato di istruzione di tipo R (come add e sub) op rs rt rd shamt funct 6 bit 5 bit 5 bit 5 bit 5 bit 6 bit jr $t Come usare jr per il costrutto switch In compilazione viene creato un array di indirizzi JumpTable che contiene gli indirizzi delle etichette (gli indirizzi delle istruzioni corrispondenti delle etichette) goto JumpTable[k] L0: f = i + j; goto Exit; L1: f = g + h; goto Exit; L2: f = g - h; goto Exit; L3: f = i - j; Exit: JumpTable[3] JumpTable[2] JumpTable[1] JumpTable[0] JumpTable address L3 address L2 address L1 address L0 Valeria Cardellini 20 Valeria Cardellini 21 Come usare jr per il costrutto switch (2) Supponiamo che: Le 6 variabili da f a k sono associate ai registri $s0 e $s5 Il registro $t2 contiene la costante 4 Il registro $t4 contiene l indirizzo base della jump table Codice MIPS Controllo se 0 k 3 slt $t3, $s5, $zero # test se k < 0 bne $t3, $zero, Exit # se k < 0, Exit slt $t3, $s5, $t2 # test se k < 4 beq $t3, $zero, Exit # se k >= 4, Exit Moltiplicazione dell indice k per 4 sll $t1, $s5, 2 # $t1 = k * 4 Valeria Cardellini 22 Come usare jr per il costrutto switch (3) Caricamento del jump address add $t1, $t1, $t4 # $t1 = &JumpTable[k] lw $t0, 0($t1) # $t0 = JumpTable[k] Istruzione jump register jr $t0 Istruzioni case L0: add $s0, $s3, $s4 # k = 0, quindi f = i + j # break L1: add $s0, $s1, $s2 # k = 1, quindi f = g + h # break L2: sub $s0, $s1, $s2 # k = 2, quindi f = g - h # break L3: sub $s0, $s3, $s4 # k = 3, quindi f = i - j Exit: Valeria Cardellini 23