2.1 はじめに
コンピュータの言葉を、命令セットと呼ぶ(機械語/アセンブラの事)
アセンブラは、CPUが変わっても大きく違わない(方言レベル)。
命令セットの設計方針
コンパイラを実装しやすくする 性能の最大化 消費電力の最小化 シンプルである事 |
本書では、C言語と、アセンブラ命令の退避を行う
javaのようなOO言語の場合は、2.15節(CDROM)で別記されている
2.2 コンピュータ・ハードウエアの演算
まず、アセンブラ表記法の説明(これはMIPSのアセンブリ表記)
add a, b, c |
は、Cでいうところの a = b + cと等価。
addのパラメータは必ず3つで、#以降の文字はコメント。
アセンブラでは、パラメータの事をオペランドと呼ぶ
add a, a, b #この処理は a += b;と等価 |
addは2つの足し算しか出来ないので、a = b + c + d + eをする為には3命令必要
add a, b, c add a, a, d add a, a, e |
オペランドを可変個にするとソフトウェアを書くのは楽だが、全ての命令でオペランドを固定(例だと3つ)にしてしまうと、ハードの設計が簡単になる。
p72:オペランド、アセンブリ言語の説明
オペランド
省略 |
レジスタは32個
$zero 常に0 $at アセンブラに予約されている $v0-$v1 式の評価と結果の保存用 $a0-$a3 引数(arg) $t0-$t7 テンポラリ(呼び元によって保存される?) $s0-$s7 テンポラリ(呼ばれた関数で保存される?) $t8-$t9 テンポラリ(呼び元によって保存される?) $gp $sp スタックポインタ $fp フレームポインタ $ra リターンアドレス |
詳細は,mips_instructions.pdf
例題:f=(g+h)-(i+j)をアセンブリでどうあらわすか?
模範解答は以下の通り.
add $t0, g, h add $t1, i, j sub f, $t0, $t1 |
疑問:でも、上記の場合は以下の答えもありな気がする。
こっちの方がtレジスタを使わないから良いと思うんだけど、どうなんだろう…
add f, g, h sub f, f, i sub f, f, j |
2.3 コンピュータ・ハードウエアのオペランド
MIPSのレジスタ長は32bit
レジスタの数が少ない理由は2点
高速なストレージは高価 レジスタ数を増やすと機械語のビット数が増える(命令長が伸びる) |
レジスタ番号は前述の$s0といった書き方ではなく$0～$31という数字だけの表記も理論上は可能だが、MIPSでは意味を示すアルファベット＋連番の表記法になっている
以後、$s?は変数、$t?はワーク変数の意味で使う事にする。
なので、前節のアセンブラは厳密には以下が正しい。
add $t0, $s1, $s2 add $t1, $s3, $s4 sub $s0, $t0, $t1 |
沢山の変数や、構造体を管理したい場合はどうするか? このような場合は、メモリに情報を保存する。
メモリ->レジスタのコピーはlw(load word)命令,その逆はsw(store word)命令を使用する
例題1:
変数gに$s1, hに$s2をマッピングし, a[0]のアドレスが$s3に有るとき、以下の処理をアセンブラでどう表記されるか?
int a[100]; g = h + a[8]; |
回答
lw $t0, 32($s3) # wk0 = a[8] memo:配列1要素が4byteなので8*4=32を指定 add $s1, $s2, $t0 # g = h + wk0 int a[100]; g = h + a[8]; |
lw命令では、第二オペランドの括弧内にベースアドレスを表記する。
また、上記例のように各変数とレジスタ、配列とメモリアドレスの割付けはコンパイラの仕事。
メモリマッピングは、MIPSの場合はビッグエンディアン(big-endian)を採用している。
例題2:
以下のコードをアセンブルするとどうなるか?
int a[100]; a[12] = h + a[8]; |
回答
lw $t0, 32($s3) # wk0 = a[8] add $t0, $s2, $t0 # wk0 += h sw $t0, 48($s3) # a[10] = wk0 |
変数がレジスタ数より多くなる場合、一部のデータはメモリに退避させる必要がある。これをスピルアウト(spillout)と呼ぶ
メモリからディスクへのスワップアウトと(ストレージが変わっただけで)同じ意味合い。
定数の足し算はaddi(add immediate)命令を使用する
例えば a += 10は、下記のように表記できる
addi $s0, $s0, 10 |
コンピュータの構成と設計（上）
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