dce 2017 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH KHOA HỌC & KỸ THUẬT MÁY TÍNH BK Võ Tấn Phương TP.HCM http://www.vn/~vtphuong dce 2017 Chapter 3.2 Hợp ngữ MIPS (Assembly Language) Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 2 dce 2017 Nội dung Các phát biểu trong hợp ngữ MIPS Khung dạng chương trình hợp ngữ MIPS Định nghĩa/khai báo dữ liệu Địa chỉ bắt đầu (alignment) và thứ tự các byte trong bộ nhớ Các hàm hệ thống Thủ tục/hàm Truyền tham số và Runtime Stack Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 3 dce 2017 Các phát biểu trong hợp ngữ MIPS Có 3 loại phát biểu trong hợp ngữ MIPS Bình thường một phát biểu là một dòng 1. Các lệnh thật Là các lệnh trong tập lệnh của bộ xử lý MIPS Tương ứng một lệnh dạng mã máy (số 32 bit) 2. Lệnh giả (Pseudo-Instructions) và Macros Được chuyển sang các lệnh thật bởi assembler Mục đích giảm công sức cho lập trình viên 3. Các chỉ thị (directive) của Assembler Cung cấp thông tin để assembler dịch chương trình Dùng để định nghĩa phân đoạn, cấp phát dữ liệu bộ nhớ Không thực thi được: chỉ thị không phải là lệnh Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 4 dce 2017 Phát biểu loại lệnh Lệnh hợp ngữ có định dạng: [label:] mnemonic [operands] [#comment] Label: (optional) Đánh dấu vị trí gợi nhớ của lệnh, phải có dấu ‘:’ Nhãn thường xuất hiện trong phân đoạn dữ liệu và mã Mnemonic Xác định phép toán (vd: add, sub, vv.) Operands Xác định toán hạn nguồn, đích của phép toán Toán hạn có thể là thanh ghi, ô nhớ, hằng số Thông thường một lệnh có 3 toán hạn L1: addiu $t0, $t0, 1 #increment $t0 Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 5 dce 2017 Chú thích (Comments) Chú thích rất quan trọng! Giải thích mục đích của chương trình Giúp việc đọc hiểu chương trình dễ dàng khi viết và xem lại bởi chính mình và người khác Giải thích dữ liệu vào, ra Chú thích cần thiết ở đầu mỗi thủ tục/hàm Chỉ ra đối số, kết quả của thủ tục/hàm Mô tả mục đích của thủ tục/hàm Chú thích trên một dòng Bắt đầu với ký tự # Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 6 dce 2017 Tiếp theo … Các phát biểu trong hợp ngữ MIPS Khung dạng chương trình hợp ngữ MIPS Định nghĩa/khai báo dữ liệu Địa chỉ bắt đầu (alignment) và thứ tự các byte trong bộ nhớ Các hàm hệ thống Thủ tục/hàm Truyền tham số và Runtime Stack Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 7 dce 2017 Khung dạng mẫu của chương trình hợp ngữ # Title: Filename: # Author: Date: # Description: # Input: # Output: ################# Data segment ##################### .globl main main: # main program entry.
li $v0, 10 # Exit program syscall Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 8 dce 2017 Chỉ thị .GLOBL Chỉ thị .DATA Định nghĩa phân đoạn dữ liệu (data segment) Các biến của chương trình được định nghĩa tại vùng này Assembler sẽ cấp phát và khởi tạo các biến này Chỉ thị .TEXT Định nghĩa phân đọa mã (code segment) của một chương trình và chứa các lệnh Chỉ thị .GLOBL Khai báo ký hiệu toàn cục (global) Các ký hiệu toàn cục có thể kham khảo ở các file khác nhau Ký hiệu hàm main dùng chỉ thị toàn cục Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 9 dce 2017 Phân chia phân đoạn của chương trình 0x7FFFFFFF Stack Segment Stack Grows Downwards Memory Addresses in Hex Dynamic Area Data Segment Static Area 0x10000000 Text Segment 0x04000000 Reserved 0 Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 10 dce 2017 Tiếp theo … Các phát biểu trong hợp ngữ MIPS Khung dạng chương trình hợp ngữ MIPS Định nghĩa/khai báo dữ liệu Địa chỉ bắt đầu (alignment) và thứ tự các byte trong bộ nhớ Các hàm hệ thống Thủ tục/hàm Truyền tham số và Runtime Stack Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 11 dce 2017 Phát biểu khai báo dữ liệu Nằm trong phân đọa dữ liệu .DATA Đánh dấu ô nhớ tương ứng với tên và dữ liệu khởi tạo Cú pháp: [name:] directive initializer [, initializer] .WORD 10 Các giá trị khởi tạo chuyển thành dạng dữ liệu nhị phân trong vùn nhớ dữ liệu tương ứng Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 12 dce 2017 Các chỉ thị kiểu dữ liệu (Data Directives) .BYTE Mỗi giá trị là 1 ô nhớ (8-bit, 1 byte) .HALF Mỗi giá trị là 2 ô nhớ (16-bit, 2 byte), có địa chỉ bắt đầu chi hết cho 2 (half align) .WORD Mỗi giá trị là 4 ô nhớ (32-bit, 4 byte), có địa chỉ bắt đầu chi hết cho 4 (word align) .FLOAT Mỗi giá trị là 4 ô nhớ số thực dấu chấm động đơn .DOUBLE Mỗi giá trị là 8 ô nhớ số thực dấu chấm động kép Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 13 dce 2017 Các chỉ thị về chuỗi (String Directives) .ASCII Cấp phát các ô nhớ 1 byte cho chuỗi ASCII .ASCIIZ Giống với chỉ thị .ASCII, nhưng thêm ký tự NULL tại vị trí kết thúc chuỗi Ký tụ NULL có giá trị bằng 0, đánh dấu kết thúc chuỗi .SPACE Cấp phát n ô nhớ 1 byte không khởi tạo giá trị trong vùng nhớ dữ liệu Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 14 dce 2017 Ví dụ khai báo biến .HALF -10, 0xffff Array of 100 words var3: .ASCII "A String\n" str2: .ASCIIZ "NULL Terminated String" array: .SPACE 100 100 bytes (not initialized) Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 15 dce 2017 Tiếp theo … Các phát biểu trong hợp ngữ MIPS Khung dạng chương trình hợp ngữ MIPS Định nghĩa/khai báo dữ liệu Địa chỉ bắt đầu (alignment) và thứ tự các byte trong bộ nhớ Các hàm hệ thống Thủ tục/hàm Truyền tham số và Runtime Stack Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 16 dce 2017 Địa chỉ bắt đầu (alignment) trong bộ nhớ Bộ nhớ được xem là mảng các ô nhớ 1 byte Định địa chỉ theo byte: mỗi địa chỉ tương ứng ô nhớ 1 byte Từ nhớ (word) chiếm 4 byte liên tiếp trong bộ nhớ Mỗi lệnh MIPS là một số nhị phân 4 byte Alignment: địa chỉ bắt đầu phải chia hết cho kích thước Memory Địa chỉ một word là một số chia hết cho 4 address. Hai bit thấp của địa chỉ là 00 aligned word 12 not aligned Địa chỉ một half word chia hết cho 2 8 4 Chỉ thị.ALIGN n 0 not aligned Quy định địa chỉ bắt đầu của biến khai báo kế tiếp có địa chỉ bắt đầu là một số chia hết cho 2n Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 17 dce 2017 Bảng ký hiệu (Symbol Table) Assembler tạo bảng ký hiệu cho các biến (label) Assembler tính toán địa chỉ của các biến trong vùng nhớ dữ liệu và lưu vào bảng ký hiệu Ví dụ Symbol Table .DATA Label Address var1: .BYTE 1, 2,'Z' var1 0x10010000 str1: .ASCIIZ "My String\n" str1 0x10010003 var2: .ALIGN 3 var3 0x10010018 var3: .HALF 1000 str1 var1 0x10010000 1 2 'Z' 'M' 'y' ' ' 'S' 't' 'r' 'i' 'n' 'g' '\n' 0 0 0 Unused 0x10010010 0x12345678 0 0 0 0 1000 var2 (aligned) Unused var3 (address is multiple of 8) Kiến trúc Máy tính– Chương 3 © Fall 2017 18 dce 2017 Thứ tự trọng số các ô nhớ (Endianness) Bộ xử lý xác định trọng số các ô nhớ trong một word theo: Little Endian Địa chỉ bắt đầu = địa chỉ của byte trọng số nhỏ LSB Ví dụ: Intel IA-32, Alpha MSB LSB address a a+1 a+2 a+3 Byte 3 Byte 2 Byte 1 Byte 0. Byte 0 Byte 1 Byte 2 Byte 3. 32-bit Register Memory Big Endian Địa chỉ bắt đầu = địa chỉ của byte trọng số lớn MSB Ví dụ: SPARC, PA-RISC MSB LSB address a a+1 a+2 a+3 Byte 3 Byte 2 Byte 1 Byte 0.
Byte 3 Byte 2 Byte 1 Byte 0 .