mirror of
https://github.com/adambard/learnxinyminutes-docs.git
synced 2024-12-23 17:41:41 +00:00
364 lines
20 KiB
Markdown
364 lines
20 KiB
Markdown
---
|
||
filename: MIPS.asm
|
||
contributors:
|
||
- ["Stanley Lim", "https://github.com/Spiderpig86"]
|
||
translators:
|
||
- ["AstiaSun", "https://github.com/AstiaSun"]
|
||
---
|
||
|
||
Мова ассемблера MIPS (англ. Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) була написана для роботи з мікропроцесорами MIPS, парадигма яких була описана в 1981 році [Джоном Геннессі](https://uk.wikipedia.org/wiki/Джон_Лерой_Геннессі). Ці RISC процесори використовуються у таких вбудованих системах, як маршрутизатори та мережеві шлюзи.
|
||
|
||
[Детальніше](https://en.wikipedia.org/wiki/MIPS_architecture)
|
||
|
||
```asm
|
||
# Коментарі позначені як'#'
|
||
|
||
# Всі символи після '#' ігноруються лексичним аналізатором асемблера.
|
||
|
||
# Зазвичай програми поділяються на .data та .text частини
|
||
|
||
.data # У цьому розділі дані зберігаються у пам'яті, виділеній в RAM, подібно до змінних
|
||
# в мовах програмування вищого рівня
|
||
|
||
# Змінна оголошується наступним чином: [назва]: .[тип] [значення]
|
||
# Наприклад:
|
||
hello_world: .asciiz "Hello World\n" # Оголосити текстову змінну
|
||
num1: .word 42 # word - це чисельний тип 32-бітного розряду
|
||
|
||
arr1: .word 1, 2, 3, 4, 5 # Масив чисел
|
||
arr2: .byte 'a', 'b' # Масив буквених символів (розмір кожного - 1 байт)
|
||
buffer: .space 60 # Виділити місце в RAM
|
||
# (не очищується, тобто не заповнюється 0)
|
||
|
||
# Розміри типів даних
|
||
_byte: .byte 'a' # 1 байт
|
||
_halfword: .half 53 # 2 байти
|
||
_word: .word 3 # 4 байти
|
||
_float: .float 3.14 # 4 байти
|
||
_double: .double 7.0 # 8 байтів
|
||
|
||
.align 2 # Вирівнювання пам'яті даних, де число
|
||
# показує кількість байтів, вирівнених
|
||
# у степені 2. (.align 2 означає
|
||
# чисельне (word) вирівнювання оскільки
|
||
# 2^2 = 4 байти)
|
||
|
||
.text # Розділ, що містить інструкції та
|
||
# логіку програми
|
||
|
||
.globl _main # Оголошує назву інструкції як
|
||
# глобальну, тобто, яка є доступною для
|
||
# всіх інших файлів
|
||
|
||
_main: # програми MIPS виконують інструкції
|
||
# послідовно, тобто першочергово код
|
||
# буде виконуватись після цієї позначки
|
||
|
||
# Виведемо на екран "hello world"
|
||
la $a0, hello_world # Завантажує адресу тексту у пам'яті
|
||
li $v0, 4 # Завантажує значення системної
|
||
# команди (вказуючи тип функціоналу)
|
||
syscall # Виконує зазначену системну команду
|
||
# з обраним аргументом ($a0)
|
||
|
||
# Регістри (використовуються, щоб тримати дані протягом виконання програми)
|
||
# $t0 - $t9 # Тимчасові регістри використовуються
|
||
# для проміжних обчислень всередині
|
||
# підпрограм (не зберігаються між
|
||
# викликами функцій)
|
||
|
||
# $s0 - $s7 # Збережені регістри, у яких значення
|
||
# зберігаються між викликами підпрограм.
|
||
# Зазвичай зберігаються у стеку.
|
||
|
||
# $a0 - $a3 # Регістри для передачі аргументів для
|
||
# підпрограм
|
||
# $v0 - $v1 # Регістри для значень, що повертаються
|
||
# від викликаної функції
|
||
|
||
# Типи інструкції завантаження / збереження
|
||
la $t0, label # Скопіювати адресу в пам'яті, де
|
||
# зберігається значення змінної label
|
||
# в регістр $t0
|
||
lw $t0, label # Скопіювати чисельне значення з пам'яті
|
||
lw $t1, 4($s0) # Скопіювати чисельне значення з адреси
|
||
# пам'яті регістра зі зміщенням в
|
||
# 4 байти (адреса + 4)
|
||
lb $t2, label # Скопіювати буквений символ в частину
|
||
# нижчого порядку регістра $t2
|
||
lb $t2, 0($s0) # Скопіювати буквений символ з адреси
|
||
# в $s0 із зсувом 0
|
||
# Подібне використання і 'lh' для halfwords
|
||
|
||
sw $t0, label # Зберегти чисельне значення в адресу в
|
||
# пам'яті, що відповідає змінній label
|
||
sw $t0, 8($s0) # Зберегти чисельне значення в адресу,
|
||
# що зазначена у $s0, та зі зсувом у 8 байтів
|
||
# Така ж ідея використання 'sb' та 'sh' для буквених символів та halfwords.
|
||
# 'sa' не існує
|
||
|
||
|
||
### Математичні операції ###
|
||
_math:
|
||
# Пам'ятаємо, що попередньо потрібно завантажити дані в пам'ять
|
||
lw $t0, num # Із розділа з даними
|
||
li $t0, 5 # Або безпосередньо з константи
|
||
li $t1, 6
|
||
add $t2, $t0, $t1 # $t2 = $t0 + $t1
|
||
sub $t2, $t0, $t1 # $t2 = $t0 - $t1
|
||
mul $t2, $t0, $t1 # $t2 = $t0 * $t1
|
||
div $t2, $t0, $t1 # $t2 = $t0 / $t1 (Може не підтримуватись
|
||
# деякими версіями MARS)
|
||
div $t0, $t1 # Виконує $t0 / $t1. Отримати частку можна
|
||
# за допомогою команди 'mflo', остаток - 'mfhi'
|
||
|
||
# Бітовий зсув
|
||
sll $t0, $t0, 2 # Побітовий зсув вліво на 2. Біти вищого порядку
|
||
# не зберігаються, нищого - заповнюються 0
|
||
sllv $t0, $t1, $t2 # Зсув вліво зі змінною кількістю у
|
||
# регістрі
|
||
srl $t0, $t0, 5 # Побітовий зсув вправо на 5 (не зберігає
|
||
# біти, біти зліва заповнюються 0)
|
||
srlv $t0, $t1, $t2 # Зсув вправо зі змінною кількістю у
|
||
# регістрі
|
||
sra $t0, $t0, 7 # Побітовий арифметичний зсув вправо
|
||
# (зберігає біти)
|
||
srav $t0, $t1, $t2 # Зсув вправо зі змінною кількістю у
|
||
# регістрі зі збереження значеннь бітів
|
||
|
||
# Побітові операції
|
||
and $t0, $t1, $t2 # Побітове І (AND)
|
||
andi $t0, $t1, 0xFFF # Побітове І з безпосереднім значенням
|
||
or $t0, $t1, $t2 # Побітове АБО (OR)
|
||
ori $t0, $t1, 0xFFF # Побітове АБО з безпосереднім значенням
|
||
xor $t0, $t1, $t2 # Побітова виключна диз'юнкція (XOR)
|
||
xori $t0, $t1, 0xFFF # Побітове XOR з безпосереднім значенням
|
||
nor $t0, $t1, $t2 # Побітова стрілка Пірса (NOR)
|
||
|
||
## Розгалуження ##
|
||
_branching:
|
||
# В основному інструкції розгалуження мають наступну форму:
|
||
# <instr> <reg1> <reg2> <label>
|
||
# де label - це назва змінної, в яку ми хочемо перейти, якщо зазначене твердження
|
||
# правдиве
|
||
|
||
beq $t0, $t1, reg_eq # Перейдемо у розгалуження reg_eq
|
||
# якщо $t0 == $t1, інакше -
|
||
# виконати наступний рядок
|
||
bne $t0, $t1, reg_neq # Розгалужується, якщо $t0 != $t1
|
||
b branch_target # Розгалуження без умови завжди виконується
|
||
beqz $t0, req_eq_zero # Розгалужується, якщо $t0 == 0
|
||
bnez $t0, req_neq_zero # Розгалужується, якщо $t0 != 0
|
||
bgt $t0, $t1, t0_gt_t1 # Розгалужується, якщо $t0 > $t1
|
||
bge $t0, $t1, t0_gte_t1 # Розгалужується, якщо $t0 >= $t1
|
||
bgtz $t0, t0_gt0 # Розгалужується, якщо $t0 > 0
|
||
blt $t0, $t1, t0_gt_t1 # Розгалужується, якщо $t0 < $t1
|
||
ble $t0, $t1, t0_gte_t1 # Розгалужується, якщо $t0 <= $t1
|
||
bltz $t0, t0_lt0 # Розгалужується, якщо $t0 < 0
|
||
slt $s0, $t0, $t1 # Інструкція, що посилає сигнал коли
|
||
# $t0 < $t1, результат зберігається в $s0
|
||
# (1 - правдиве твердження)
|
||
|
||
# Просте твердження якщо (if)
|
||
# if (i == j)
|
||
# f = g + h;
|
||
# f = f - i;
|
||
|
||
# Нехай $s0 = f, $s1 = g, $s2 = h, $s3 = i, $s4 = j
|
||
bne $s3, $s4, L1 # if (i !=j)
|
||
add $s0, $s1, $s2 # f = g + h
|
||
|
||
L1:
|
||
sub $s0, $s0, $s3 # f = f - i
|
||
|
||
# Нижче наведений приклад знаходження максимального значення з 3 чисел
|
||
# Пряма трансляція в Java з логіки MIPS:
|
||
# if (a > b)
|
||
# if (a > c)
|
||
# max = a;
|
||
# else
|
||
# max = c;
|
||
# else
|
||
# max = b;
|
||
# else
|
||
# max = c;
|
||
|
||
# Нехай $s0 = a, $s1 = b, $s2 = c, $v0 = повернути регістр
|
||
ble $s0, $s1, a_LTE_b # якщо (a <= b) розгалуження(a_LTE_b)
|
||
ble $s0, $s2, max_C # якщо (a > b && a <=c) розгалуження(max_C)
|
||
move $v0, $s0 # інакше [a > b && a > c] max = a
|
||
j done # Перейти в кінець програми
|
||
|
||
a_LTE_b: # Мітка розгалуження, коли a <= b
|
||
ble $s1, $s2, max_C # якщо (a <= b && b <= c) розгалуження(max_C)
|
||
move $v0, $s1 # якщо (a <= b && b > c) max = b
|
||
j done # Перейти в кінець програми
|
||
|
||
max_C:
|
||
move $v0, $s2 # max = c
|
||
|
||
done: # Кінець програми
|
||
|
||
## Цикли ##
|
||
_loops:
|
||
# Цикл складається з умови виходу та з інструкції переходу після його завершення
|
||
li $t0, 0
|
||
while:
|
||
bgt $t0, 10, end_while # Коли $t0 менше 10, продовжувати ітерації
|
||
addi $t0, $t0, 1 # Збільшити значення
|
||
j while # Перейти на початок циклу
|
||
end_while:
|
||
|
||
# Транспонування 2D матриці
|
||
# Припустимо, що $a0 зберігає адресу цілочисельної матриці розмірністю 3 x 3
|
||
li $t0, 0 # Лічильник для i
|
||
li $t1, 0 # Лічильник для j
|
||
matrix_row:
|
||
bgt $t0, 3, matrix_row_end
|
||
|
||
matrix_col:
|
||
bgt $t1, 3, matrix_col_end
|
||
|
||
# ...
|
||
|
||
addi $t1, $t1, 1 # Збільшити лічильник стовпця (col)
|
||
matrix_col_end:
|
||
|
||
# ...
|
||
|
||
addi $t0, $t0, 1
|
||
matrix_row_end:
|
||
|
||
## Функції ##
|
||
_functions:
|
||
# Функції - це процедури, що викликаються, приймають аргументи та повертають значення
|
||
|
||
main: # Програма починається з головної функції
|
||
jal return_1 # jal збереже поточний ПЦ (програмний центр) в $ra,
|
||
# а потім перейде до return_1
|
||
|
||
# Як передати аргументи?
|
||
# По-перше, ми маємо передати значення аргументів у регістри аргументів
|
||
li $a0, 1
|
||
li $a1, 2
|
||
jal sum # Тепер ми можемо викликати функцію
|
||
|
||
# Як щодо рекурсії?
|
||
# Тут потрібно дещо більше роботи оскільки ми маємо впевнитись, що ми збережемо
|
||
# та зчитаємо попередній ПЦ в $ra, оскільки jal автоматично перепише її при виклику
|
||
li $a0, 3
|
||
jal fact
|
||
|
||
li $v0, 10
|
||
syscall
|
||
|
||
# Ця функція повертає 1
|
||
return_1:
|
||
li $v0, 1 # Завантажити val в регіст $v0
|
||
jr $ra # Повернутись до попереднього ПЦ і продовжити виконання
|
||
|
||
|
||
# Функція з двома аргументами
|
||
sum:
|
||
add $v0, $a0, $a1
|
||
jr $ra # Повернутись
|
||
|
||
# Рекурсивна функція, яка знаходить факторіал
|
||
fact:
|
||
addi $sp, $sp, -8 # Виділити місце в стеку
|
||
sw $s0, ($sp) # Зберегти регістр, що містить поточне число
|
||
sw $ra, 4($sp) # Зберегти попередній ПЦ
|
||
|
||
li $v0, 1 # Проініціалізувати значення, що повертатиметься
|
||
beq $a0, 0, fact_done # Закінчити, якщо параметр 0
|
||
|
||
# Інакше, продовжити рекурсію
|
||
move $s0, $a0 # Скопіювати $a0 в $s0
|
||
sub $a0, $a0, 1
|
||
jal fact
|
||
|
||
mul $v0, $s0, $v0 # Множення
|
||
|
||
fact_done:
|
||
lw $s0, ($sp)
|
||
lw $ra, ($sp) # Відновити ПЦ
|
||
addi $sp, $sp, 8
|
||
|
||
jr $ra
|
||
|
||
## Макроси ##
|
||
_macros:
|
||
# Макроси надзвичайно корисні для заміни блоків коду, що повторюються, за допомогою
|
||
# однієї змінної, для покращення читабельності
|
||
# Це не заміна функцій.
|
||
# Вони мають бути оголошені перед використанням
|
||
|
||
# Макрос для виведення нових рядків (оскільки операція досить часто виконується)
|
||
.macro println()
|
||
la $a0, newline # Значення нового рядка зберігатиметься тут
|
||
li $v0, 4
|
||
syscall
|
||
.end_macro
|
||
|
||
println() # Асемблер скопіює цей блок коду сюди
|
||
# перед тим, як виконувати його
|
||
|
||
# Можна передавати параметри у макроси.
|
||
# Параметри позначаються знаком '%' з довільною назвою
|
||
.macro print_int(%num)
|
||
li $v0, 1
|
||
lw $a0, %num
|
||
syscall
|
||
.end_macro
|
||
|
||
li $t0, 1
|
||
print_int($t0)
|
||
|
||
# Значення також можна передавати безпосередньо в макроси
|
||
.macro immediates(%a, %b)
|
||
add $t0, %a, %b
|
||
.end_macro
|
||
|
||
immediates(3, 5)
|
||
|
||
# Одночасно із назвами змінних
|
||
.macro print(%string)
|
||
la $a0, %string
|
||
li $v0, 4
|
||
syscall
|
||
.end_macro
|
||
|
||
print(hello_world)
|
||
|
||
## Масиви ##
|
||
.data
|
||
list: .word 3, 0, 1, 2, 6 # Це масив чисел
|
||
char_arr: .asciiz "hello" # Це текстовий масив
|
||
buffer: .space 128 # Виділяє блок пам'яті, що
|
||
# автоматично не очищується
|
||
# Ці блоки пам'яті вирівнені
|
||
# вирівнені поруч один з одним
|
||
|
||
.text
|
||
la $s0, list # Завантажити адресу списку
|
||
li $t0, 0 # Лічильник
|
||
li $t1, 5 # Довжина списку
|
||
|
||
loop:
|
||
bgt $t0, $t1, end_loop
|
||
|
||
lw $a0, ($s0)
|
||
li $v0, 1
|
||
syscall # Вивести число
|
||
|
||
addi $s0, $s0, 4 # Розмір числа - 4 байти
|
||
addi $t0, $t0, 1 # Збільшити
|
||
j loop
|
||
end_loop:
|
||
|
||
## Включення ##
|
||
# Потрібно для імпорту сторонніх файлів у програму (насправді, код з цього файлу
|
||
# копіюється та вставляється в місце, де оголошений імпорт)
|
||
.include "somefile.asm"
|
||
```
|