1. MIPS & SPIM
MIPS & SPIM
Modulo del Corso di Architettura degli Elaboratori
Nicola Paoletti
Universit` di Camerino
a
Scuola di Scienze e Tecnologie
5 Aprile 2011
AA 2010/2011

2. MIPS & SPIM
Lezioni precedenti
Lezione 1: linguaggio macchina/assembly/alto livello; RISC
vs CISC.
Lezione 2: introduzione al MIPS Instruction Set; registri;
istruzioni aritmetiche e di data transfer.

3. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
Riepilogo
1 Codifica istruzioni MIPS
Formati di istruzione
R-format
I-format
J-format

4. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
Come traduciamo un’istruzione in linguaggio macchina?
Tre tipi di formati (32 bit):
Formato R-type: per le istruzioni del tipo add, sub, mul, div,
and, or, . . . (R-format: Registry-format)
Formato I-type: per le istruzioni del tipo addi, lw, sw, . . .
(I-format: Immediate-format)
Formato J-type: per le istruzioni di jump (J-format:
Jump-format)

5. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
Formati di istruzione
Riepilogo
1 Codifica istruzioni MIPS
Formati di istruzione
R-format
I-format
J-format

6. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
Formati di istruzione
R-format
op rs rt rd shamt funct
6 bit 5 bit 5 bit 5 bit 5 bit 6 bit
op: opcode
rs: primo registro sorgente
rt: primo registro sorgente
rd: registro di destinazione
shamt: shift amount; =0 se non si tratta di un’istruzione di
shift
funct: funzione; i campi op e funct identificano la particolare
funzione da eseguire.

7. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
Formati di istruzione
I-format (1/2)
op rs rt address
6 bit 5 bit 5 bit 16 bit
In questo caso solo opcode identifica l’istruzione mnemonica.
Si hanno 16 bit per indirizzare la memoria fisica.

8. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
Formati di istruzione
I-format (2/2)
Domanda:
Ricordandoci che la memoria ` indirizzata byte per byte, con 16 bit
e
per specificare l’indirizzo,
qual’` l’intervallo a cui possiamo accedere?
e

9. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
Formati di istruzione
I-format (2/2)
Domanda:
Ricordandoci che la memoria ` indirizzata byte per byte, con 16 bit
e
per specificare l’indirizzo,
qual’` l’intervallo a cui possiamo accedere?
e
Dato un offset $s, dal byte $s al byte 216 − 1+ $s.

10. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
Formati di istruzione
J-format
op address
6 bit 26 bit
Address specifica l’indirizzo dell’istruzione a cui saltare.

11. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
Formati di istruzione
Una vista d’insieme
Type Format(Bits)
R opcode(6) rs(5) rt(5) rd(5) shamt(5) funct(6)
I opcode(6) rs(5) rt(5) immediate(16)
J opcode(6) address(26)

12. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
Formati di istruzione
noop
noop
Alto livello:
Assembly: noop
Macchina: 0x0

13. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
R-format
Riepilogo
1 Codifica istruzioni MIPS
Formati di istruzione
R-format
I-format
J-format

14. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
R-format
Addition
add
Alto livello: $d = $s + $t
Assembly: add $d, $s, $t
Macchina: 0x0 $s $t $d 0x0 0x20

15. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
R-format
Subtraction
sub
Alto livello: $d = $s - $t
Assembly: sub $d, $s, $t
Macchina: 0x0 $s $t $d 0x0 0x22

16. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
R-format
Multiplication
mult
Alto livello: $LO = (($s * $t) << 32)>>32
$HI = ($s * $t)>>32
Assembly: mult $s, $t
Macchina: 0x0 $s $t 0x0 0x0 0x18
Moltiplica il contenuto dei due registri a 32 bit ($s e $t). Il
risultato (64 bit) viene messo in due registri speciali:
$LO: contiene i 32 bit meno significativi del risultato; si
recupera attraverso l’istruzione mflo $s.
$HI: contiene i 32 bit pi` significativi del risultato; si recupera
u
attraverso l’istruzione mfhi $s.

17. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
R-format
Bitwise and
and
Alto livello: $d = $s & $t
Assembly: and $d, $s, $t
Macchina: 0x0 $s $t $d 0x0 0x24

18. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
R-format
Bitwise or
or
Alto livello: $d = $s | $t
Assembly: or $d, $s, $t
Macchina: 0x0 $s $t $d 0x0 0x25

19. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
R-format
Exclusive or
xor
Alto livello: $d = $s ^ $t
Assembly: xor $d, $s, $t
Macchina: 0x0 $s $t $d 0x0 0x26

20. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
R-format
Set on less than
slt
Alto livello: $d=($s < $t)
Assembly: slt $d, $s, $t
Macchina: 0x0 $s $t $d 0x0 0x2A

21. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
I-format
Riepilogo
1 Codifica istruzioni MIPS
Formati di istruzione
R-format
I-format
J-format

22. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
I-format
Add immediate
addi
Alto livello: $t = $s + C
Assembly: addi $t, $s, C
Macchina: 0x8 $s $t C

23. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
I-format
Load word (1/2)
lw
Alto livello: $t = MEM[$s + offset]
Assembly: lw $t, offset($s)
Macchina: 0x23 $s $t $s + offset
Attenzione:
La memoria ` indirizzata al singolo byte
e
Le word hanno lunghezza 32 bit = 4 byte
Il valore di $s ` un multiplo di 4.
e

24. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
I-format
Load word (1/2)
lw
Alto livello: $t = MEM[$s + offset]
Assembly: lw $t, offset($s)
Macchina: 0x23 $s $t $s + offset
Attenzione:
La memoria ` indirizzata al singolo byte
e
Le word hanno lunghezza 32 bit = 4 byte
Il valore di $s ` un multiplo di 4.
e

25. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
I-format
Load word (1/2)
lw
Alto livello: $t = MEM[$s + offset]
Assembly: lw $t, offset($s)
Macchina: 0x23 $s $t $s + offset
Attenzione:
La memoria ` indirizzata al singolo byte
e
Le word hanno lunghezza 32 bit = 4 byte
Il valore di $s ` un multiplo di 4.
e

26. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
I-format
Load word (1/2)
lw
Alto livello: $t = MEM[$s + offset]
Assembly: lw $t, offset($s)
Macchina: 0x23 $s $t $s + offset
Attenzione:
La memoria ` indirizzata al singolo byte
e
Le word hanno lunghezza 32 bit = 4 byte
Il valore di $s ` un multiplo di 4.
e

27. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
I-format
Load word (2/2)
Example
Codice MIPS per caricare in $t la sesta word in memoria, con
offset=0xBAC014

28. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
I-format
Load word (2/2)
Example
Codice MIPS per caricare in $t la sesta word in memoria, con
offset=0xBAC014
addi $s, $0, 24
lw $t, 0xBAC014($s)

29. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
I-format
Store word
sw
Alto livello: MEM[$s + offset] = $t
Assembly: sw $t, offset($s)
Macchina: 0x2B $s $t $s + offset
Example
Codice MIPS per scrivere nella settima word in memoria con
offset=0xBAC014 il valore di $t

30. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
I-format
Store word
sw
Alto livello: MEM[$s + offset] = $t
Assembly: sw $t, offset($s)
Macchina: 0x2B $s $t $s + offset
Example
Codice MIPS per scrivere nella settima word in memoria con
offset=0xBAC014 il valore di $t
addi $s, $0, 28
sw $t, 0xBAC014($s)

31. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
I-format
Branch on equal
beq
Alto livello: if ($s == $t) goto C
Assembly: beq $s,$t, C
Macchina: 0x4 $s $t C
Example
# se $s1 ` uguale a $s2, li sottraggo; altrimenti li
e
sommo.
beq $s1, $s2, L1
add $t1, $s1, $s2
L1: sub $t1, $s1, $s2

32. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
I-format
Branch on not equal
bne
Alto livello: if ($s != $t) goto C
Assembly: bne $s,$t, C
Macchina: 0x5 $s $t C
Example
# se $s1 ` diverso a $s2, li sommo; altrimenti li
e
sottraggo.
bne $s1, $s2, L1
sub $t1, $s1, $s2
L1: add $t1, $s1, $s2

33. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
J-format
Riepilogo
1 Codifica istruzioni MIPS
Formati di istruzione
R-format
I-format
J-format

34. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
J-format
Unconditional jump
jump
Alto livello: goto C
Assembly: j C
Macchina: 0x2 C
Example
# goto L1
j L1
...
L1: ...

35. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
J-format
Esercizi (1/2)
Massimo
Scrivere una procedura MIPS per il possibile codice dell’istruzione
max $v0, $a0, $a1.

36. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
J-format
Esercizi (1/2)
Massimo
Scrivere una procedura MIPS per il possibile codice dell’istruzione
max $v0, $a0, $a1.
slt $t0, $a0, $a1
beq $t0, $0, L1
addi $v0, $a1, 0
L1: addi $v0, $a0, 0

37. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
J-format
Esercizi (2/2)
Minimo
Scrivere una procedura MIPS per il possibile codice dell’istruzione
min $v0, $a0, $a1.

38. MIPS & SPIM
Codifica istruzioni MIPS
J-format
Esercizi (2/2)
Minimo
Scrivere una procedura MIPS per il possibile codice dell’istruzione
min $v0, $a0, $a1.
slt $t0, $a0, $a1
beq $t0, $0, L1
addi $v0, $a0, 0
L1: addi $v0, $a1, 0