Dagens tema: Enda mer MIPS maskinkode

Transkript

1 Dagens tema: Enda mer MIPS maskinkode (P&H: A.6 + A.10) Pseudoinstruksjoner Flere instruksjoner Mer om funksjonskall Stakken Avhengigheter Direktiver Alt er bit! Kommunikasjon med C Ark 1 av 19 Forelesning

2 Pseudo-instruksjoner Det er uheldig å måtte skrive «gale» instruksjoner som add $4,$2,$0 når vi egentlig bare ønsker å flytte en verdi. Dessuten er det dumt å måtte skrive sekvenser som mult $4,$5 mflo $2 bare fordi prosessoren velger å legge svaret fra en mulitplikasjon i et spesielt register. Forelesning Ark 2 av 19

3 Løsningen på begge disse problemene er pseudo-instruksjoner. Dette er instruksjoner som ikke finnes i prosessoren, men som assembleren godtar og «oversetter» til én eller flere ekte instruksjoner. Vi får således lov å skrive move $4,$2 mul $2,$4,$5 la $8,adresse li $9,verdi De to siste instruksjonen («load address» og «load immediate») gjør det samme: lui $8, adresse / 0x10000 ori $8, adresse % 0x10000 Alle standard pseudo-instruksjoner står listet opp sammen med de ekte instruksjonene i avsnitt A-10 i læreboken. Forelesning Ark 3 av 19

4 Flere instruksjoner Følgende instruksjoner har ikke vært nevnt hittil: nop gjør ingenting. Den benyttes for å vente litt. rol og ror er pseudo-instruksjoner for rotasjon som er en variant av skift. Her blir ingen bit borte, men kommer inn fra den andre siden rol $x,$x, rol $x,$x, ror $x,$x, ror $x,$x, Forelesning Ark 4 av 19

5 Funksjonskall Vi har tidligere sett på funksjonskall, men noen problemer ble ikke dekket: Hva skjer hvis funksjonen har mer enn 4 parametre? Hva skal man gjøre med returadressen i register $31 hvis funksjonen selv kaller andre funksjoner? Hvor skal man lagre funksjonens lokale variable? Hvilke registre har funksjonen lov å endre, og hva gjør den hvis den trenger noen registre den ikke har lov å endre? Hva skjer hvis funksjonen brukes rekursivt (kaller seg selv)? Løsningen på de fleste av disse punktene er Bruk stakken. Forelesning Ark 5 av 19

6 Stakken Stakken er et sammenhengende område i lageret som kan brukes til mellomlagring. Register $29 peker alltid på øverste element på stakken. Høye adresser.. $29 Lave adresser Stakker står normalt «på hodet»! Man kan legge en verdi på stakken ved å utføre addi $29,$29,-4 sw $x,0($29) Høye adresser.. Lave adresser v $29 Forelesning Ark 6 av 19

7 Verdien kan hentes tilbake med lw $y,0($29) addi $29,$29,4 Høye adresser v $y Lave adresser.. $29 v En stakk kalles også ofte en LIFO («last in, first out»). Forelesning Ark 7 av 19

8 Funksjonskall Når en funksjon («caller») skal kalle en annen funksjon («callee»), bør følgende skje: 1. Kalleren legger de temporære registre $8 $15 samt $24 og $25 på stakken hvis de inneholder noe viktig. Dette er de usikre («caller-save») temporærregistrene. 2. Kalleren legger de fire første parametrene i registre $4 $7; hvis det er flere parametre, legges de på stakken (i omvendt rekkefølge). 3. Det hoppes til funksjonen med en jal. Den kalte funksjonen bør så gjøre følgende: 1. Gjem unna register $31, om nødvendig. 2. Gjem også registrene $16 $23 hvis de skal endres. Dette er de sikre («callee-save») temporærregistrene. Forelesning Ark 8 av 19

9 Retur fra funksjon Det er litt mindre arbeid å returnere fra en funksjon. Den kalte funksjonen bør gjøre følgende: 1. Plassér funksjonsverdien i $2. 2. Hent tilbake registrene $16 $23 og $31 hvis disse er lagret på stakken. 3. Returner ved å hoppe til $31. Funksjonen som kalte, må også rydde opp litt: 1. Fjern parametrene fra stakken (hvis det var mer enn 4 parametre). 2. Hent tilbake de usikre registrene som ble lagret unna før kallet. Forelesning Ark 9 av 19

10 Registre Siden registrene har spesielle oppgaver, har de også et alternativt navn som illustrerer denne oppgaven: $zero $0 Alltid 0 MIPS $at $1 For assembleren $v0 $v1 $2 $3 Returverdi fra funksjon $a0 $a3 $4 $7 Parametre til funksjon $t0 $t9 $8 $15, $24 $25 Temporære (usikre) $s0 $s7 $16 $23 Temporære (sikre) $k0 $k1 $26 $27 For OS-kjernen $gp $28 Globale data $sp $29 Stakkpeker $fp $30 Rammepeker $ra $31 Returadresse MIPS Denne tabellen finnes også på side A-23 i læreboken. Forelesning Ark 10 av 19

11 Avhengigheter («data hazards») Hittil har vi regnet med at instruksjonene utføres én og én helt uavhengig av hverandre. Dette er imidlertid ikke helt sant. På grunn av pipelining vil ikke lesing fra RAM ha effekt før etter den neste instruksjonen. # Etter instruksjonen: # $4 = 1 0($8) = 17 lw $4,0($8) # $4 = 1 addi $5,$4,1 # $4 = 17 addi $6,$4,1 # $4 = 17 add $10,$0,$0 Her vil $5 få gal verdi (2). Register $6 vil imidlertid få riktig verdi (18). Dette gjelder vår prosessor MIPS For andre prosessorer kan det ta kortere eller lengre tid. Forelesning Ark 11 av 19

12 Hvordan løse dette problemet: Unngå avhengigheter ved å andre rekkefølgen av instruksjonene: # Etter instruksjonen: # $4 = 1 0($8) = 17 lw $4,0($8) # $4 = 1 add $10,$0,$0 # $4 = 17 addi $5,$4,1 # $4 = 17 addi $6,$4,1 # $4 = 17 Sett inn nop-er om nødvendig: # Etter instruksjonen: # $4 = 1 0($8) = 17 lw $4,0($8) # $4 = 1 nop # $4 = 17 addi $5,$4,1 # $4 = 17 addi $6,$4,1 # $4 = 17 add $10,$0,$0 Bruk en avansert assembler som ordner dette automatisk. Det vil vi normalt gjøre i dette kurset. spim kan kjøres både med og uten pipelining. Forelesning Ark 12 av 19

13 Avhengigheter ved hopp Også hopp-instruksjoner tar litt tid å utføre. Her vil alltid én instruksjon etter hoppet bli utført: beq $9,$0,dit addi $8,$0,34 Her vil $8 alltid bli 34, uavhengig av om hoppet utføres. Hva kan gjøres med dette? Ta en instruksjon som logisk hører hjemme før hoppet, og flytt den etter hoppet. Sett alltid en nop etter hvert hopp. Bruk en avansert assembler som ordner dette automatisk. Dette kurset I IN147 vil jeg anta at vi har en avansert assembler. Jeg vil alltid gjøre det klart når vi ikke gjør det! Forelesning Ark 13 av 19

14 Direktiver I tillegg til instruksjoner og pseudo-instruksjoner, vil et assemblerprogram inneholde direktiver til assembleren. De mest brukt er:.word reserverer ord i RAM med angitt initialverdi: Navn:.word 3,7,0 # 3 4 = 12 byte.byte reserverer byte i RAM: Navn1:.byte 0,0,1,2 # 4 1 = 4 byte.space reserverer det gitte antall byte i lageret: Navn2:.space 24 # Sett av 24 byte.ascii setter av plass til og initierer en tekst: Navn3:.ascii "Hurra!!!" # 8 byte.asciiz fungerer som.ascii, men setter en ekstra byte med 0 bakerst: Navn4:.asciiz "Hurra!!!" # 9 byte.align n setter inn 0-byte slik at neste adresse er et multiplum av 2 n :.align 2 # For ord/instruksjoner Forelesning Ark 14 av 19

15 Alt er bit! Det aller viktigste å huske på når man programmerer maskinspråk, er: Alt er BIT! Dette innebærer: I hukommelsen og alle registrene ligger det bit-mønstre. Datamaskinen aner ikke hva som ligger av informasjon i bit-mønstrene. Alle forståelse ligger hos programmereren. Samme mønster med 32 bit kan tolkes på flere ulike måter: Fire tegn (ISO hos oss). Ett, to, fire eller åtte heltall med eller uten fortegns-bit. Et 32-bits flyt-tall (eller halvparten av et 64-bits flyt-tall). En MIPS-instruksjon. Forelesning Ark 15 av 19

16 Kommunikasjon med C Vi har hittil brukt (x)spim. På SGI-maskinene kan vi imidlertid skrive assemblerprogrammer som kan kalles fra C-funksjoner. C-kompilatoren følger kallkonvensjonen for MIPS. Vi må imidlertid ta hensyn til følgende: Filer med assemblerkode assembleres med kommandoen cc. SGI-assembleren kjenner ikke til registernavn som $t0 og $a1. Ved å skrive #include <regdef.h> henter vi inn definisjoner for t0 og a1 (uten $-tegn). Kommentarer (som starter med #) må ikke starte i kolonne 1. Assemblerkoden må definere hvilke navn som er synlige utenfor filen:.globl navn Forelesning Ark 16 av 19

17 Eksempel En liten funksjon som multipliserer et heltall med 10 kan se slik ut: #include <regdef.h>.text.globl tigang # Navn: tigang. # Synopsis: Ganger et heltall med 10. # Signatur i C: int tigang(int n). tigang: li t0,10 # Gang n mul v0,a0,t0 # med 10. jr ra # Retur. Forelesning Ark 17 av 19

18 Det tilhørende C-programmet Et C-program som tester funksjonen tigang kan se slik ut: #include <stdio.h> extern int tigang(int n); void test(int x) { int val = tigang(x); } printf("tigang(%4d) = %5d\n", x, val); int main(void) { test(1); test(7); test(987); test(0); test(-6); } extern-spesifikasjonen forteller om funksjonen som finnes på en annen fil. Forelesning Ark 18 av 19

19 Programmet og funksjonen overfor kan kompileres, assembleres og linkes på en SGI-maskin med følgende kommando: cc test-tigang.c tigang.s -o test-tigang En kjøring gir følgende resultat: tigang( 1) = 10 tigang( 7) = 70 tigang( 987) = 9870 tigang( 0) = 0 tigang( -6) = -60 Finn en SGI-maskin Hvis man ikke sitter ved en SGI-maskin, kan man gi kommandoen sgi147 som vil gi et vindu på en tilfeldig valgt SGI-maskin. Vis hensyn! Husk at det sannsynligvis sitter en bruker på den maskinen du har et vindu på. Unngå derfor å kjøre «tunge» programmer der. Nøy deg med gcc og dine egne testprogrammer. Forelesning Ark 19 av 19