آموزش مقدماتی شبیه‌ساز میپس

1. ‫نور‬ ‫پیام‬ ‫دانشگاه‬
‫مقدماتی‬ ‫آموزش‬
‫شبیه‬
‫ساز‬
QtSpim
‫معماری‬ ‫برای‬
MIPS
‫کامپیوتر‬ ‫معماری‬ ‫درس‬
‫مهندسی‬
‫کامپ‬
‫ی‬
‫وتر‬
‫(نرم‬
‫افزار‬
)
‫استاد‬
‫درس‬
:
‫میرعابدینی‬ ‫شیرین‬ ‫دکتر‬
:‫توسط‬
‫الیادرانی‬ ‫کدخدایی‬ ‫محمد‬
‫آذر‬
1399

3. ‫برای‬ ‫بتوان‬ ‫اینکه‬ ‫برای‬
‫معماری‬
MIPS
‫برنامه‬ ‫اسمبلی‬ ‫زبان‬ ‫به‬
‫شبیه‬ ،‫کرد‬ ‫نویسی‬
‫توسعه‬ ‫سازهایی‬
‫داده‬
‫که‬ ‫است‬ ‫شده‬
‫روی‬
PC
‫عامل‬ ‫سیستم‬ ‫با‬ ‫ها‬
‫های‬
‫می‬ ‫اجرا‬ ‫مک‬ ‫و‬ ‫لینوکس‬ ،‫ویندوز‬
‫برنامه‬ ‫این‬ ‫از‬ ‫یکی‬ .‫شوند‬
‫ها‬
SPIM
.‫دارد‬ ‫نام‬
‫برنامه‬
‫آقای‬ ‫توسط‬
James Larus
‫می‬ ‫نگهداری‬ ‫و‬ ‫توسعه‬
‫شود‬
.‫است‬ ‫شده‬ ‫ارائه‬ ‫باز‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫آن‬ ‫سورس‬ ‫و‬
‫شبیه‬ ‫این‬
‫ساز‬
‫شبیه‬ ‫برای‬
‫سازی‬
MIPS32
‫می‬ ‫بکار‬
.‫رود‬
‫می‬ ‫استفاده‬ ‫امروزه‬ ‫که‬ ‫برنامه‬ ‫این‬ ‫جدیدتر‬ ‫نسخه‬ ‫اما‬
،‫شود‬
QtSpim
‫نام‬
‫سایت‬ ‫به‬ ‫مراجعه‬ ‫با‬ .‫دارد‬
1
‫با‬ ‫متناسب‬ ‫نسخه‬ ‫دانلود‬ ‫امکان‬ ‫پروژه‬
OS
.‫دارد‬ ‫وجود‬ ‫شما‬ ‫شخصی‬ ‫کامپیوتر‬
‫نصب‬ ‫از‬ ‫پس‬
‫پنجره‬ ‫با‬
‫اصلی‬
‫مطابق‬ ‫برنامه‬
‫تصویر‬
1
‫می‬ ‫روبرو‬
:‫شوید‬
‫تصو‬
‫ی‬
‫ر‬
1
:
‫محیط‬
‫شبیه‬ ‫برنامه‬
‫ساز‬
‫نمونه‬ ،‫برنامه‬ ‫اولیه‬ ‫تست‬ ‫برای‬
HelloWorld.s
‫دارد‬ ‫قرار‬ ‫برنامه‬ ‫نصب‬ ‫محل‬ ‫در‬ ‫که‬
‫زیر‬ ‫مسیر‬ ‫از‬ ‫را‬
‫ب‬
‫ارگذاری‬
‫می‬
‫کنیم‬
:
QtSpim > File > Load File > HelloWorld.s
1
https://sourceforge.net/projects/spimsimulator/files/

4. ‫تصو‬
‫ی‬
‫ر‬
2
‫اجرا‬ ‫برای‬ ‫پروژه‬ ‫فایل‬ ‫بارگذاری‬ :
‫دکمه‬ ‫برنامه‬ ‫اجرای‬ ‫برای‬
Run
‫کلید‬ ‫یا‬
F5
‫پنجره‬ ‫در‬ ،‫کنید‬ ‫استفاده‬ ‫را‬
Console
‫عبارت‬
Hello World
‫چاپ‬
‫می‬
.‫شود‬
‫تصو‬
‫ی‬
‫ر‬
3
‫برنامه‬ ‫خروجی‬ :
‫رجیسترهای‬ ‫محتوای‬
MIPS
‫می‬ ‫تغییر‬ ‫برنامه‬ ‫اجرای‬ ‫از‬ ‫پس‬
‫ستون‬ ‫طریق‬ ‫از‬ ،‫کند‬
Int Reg
‫مشاهده‬ ‫امکان‬
.‫است‬ ‫شده‬ ‫فراهم‬ ‫رجیسترها‬ ‫این‬ ‫محتویات‬

5. ‫معماری‬ ‫مطابق‬ ‫اسمبلی‬ ‫زبان‬ ‫به‬ ‫شده‬ ‫نوشته‬ ‫کد‬ ‫نمونه‬
MIPS
‫به‬
‫صورت‬
‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫ذیل‬
:
.data
msg: .asciiz "Hello World"
.extern foobar 4
.text
.globl main
main: li $v0, 4 # syscall 4 (print_str)
la $a0, msg # argument: string
syscall # print the string
lw $t1, foobar
jr $ra # retrun to caller
‫رج‬ ‫مجموعه‬ ،‫برنامه‬ ‫بهتر‬ ‫درک‬ ‫جهت‬
‫ی‬
‫س‬
‫ترهای‬
MIPS
‫تصویر‬ ‫در‬ ‫آن‬ ‫نام‬ ‫همراه‬ ‫به‬
4
.‫است‬ ‫شده‬ ‫ارائه‬
‫تصو‬
‫ی‬
‫ر‬
4
‫ثبات‬ ‫مجموعه‬ :
‫های‬
MIPS

6. ‫می‬ ‫کنید‬ ‫فرض‬ ،‫دیگر‬ ‫کاربردی‬ ‫مثال‬ ‫یک‬ ‫عنوان‬ ‫به‬
‫حلقه‬ ‫یک‬ ‫کد‬ ‫خواهیم‬
for
‫زبان‬ ‫به‬
C
‫اسمبلی‬ ‫زبان‬ ‫معادل‬ ‫به‬ ‫را‬
‫معماری‬ ‫با‬ ‫منطبق‬
MIPS
:‫کنیم‬ ‫تبدیل‬
// Mohammad Kadkhodaei
// Loop in C
int iterations = 10;
int i = 0;
int val = 17;
for(i = 0; i < 10; i++)
{
val += i;
}
‫حلقه‬ ‫تبدیل‬ ‫برای‬
for
‫دستورات‬ ‫به‬
beq
‫و‬
loop
‫اساس‬ ‫همین‬ ‫بر‬ ،‫داشت‬ ‫خواهیم‬ ‫نیاز‬
‫اسمب‬ ‫کد‬ ‫به‬ ‫حاصل‬ ‫برنامه‬
‫ل‬
‫ی‬
‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫زیر‬ ‫صورت‬ ‫به‬
:
.text
.globl main
main:
li $t0, 10 #
li $t1, 0 #
li $t2, 17 #
loop:
beq $t1, $t0, end
add $t2, $t2, $t1
addi $t1,$t1, 1
j loop
end:
li $v0,10
syscall
‫باشد‬ ‫زیر‬ ‫مشابه‬ ‫چیزی‬ ‫باید‬ ‫خروجی‬ ‫مقدار‬ ‫فوق‬ ‫کد‬ ‫اجرای‬ ‫از‬ ‫پس‬
:
17+0+1+2+3+4+5+6+7+8+9 = 62
‫برنامه‬ ‫در‬
QtSpim
‫تصویر‬ ‫مطابق‬ ‫اجرا‬ ‫از‬ ‫پس‬
5
‫رجیستر‬ ‫محتوای‬ ،
t1
‫مقدار‬
9
‫رجیستر‬ ‫و‬
t2
‫مقدار‬
3e
‫همان‬ ‫یا‬
62
.‫داشت‬ ‫خواهد‬ ‫را‬
‫تصو‬
‫ی‬
‫ر‬
5
‫رجیسترها‬ ‫محتوای‬ :

7. ‫آموزش‬ ‫ادامه‬ ‫در‬
‫می‬ ‫نظر‬ ‫در‬ ‫را‬ ‫مثالی‬ ،
‫دریافت‬ ‫کاربر‬ ‫از‬ ‫کنسول‬ ‫طریق‬ ‫از‬ ‫را‬ ‫مقدار‬ ‫دو‬ ‫داریم‬ ‫قصد‬ ‫آن‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫گیریم‬
‫رجیسترهای‬ ‫در‬ ‫مقادیر‬ ‫این‬ ،‫کنیم‬
t0
‫و‬
t1
‫کمک‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫مقدار‬ ‫دو‬ ‫این‬ ‫سپس‬ .‫گرفت‬ ‫خواهند‬ ‫قرار‬
add
‫می‬ ‫جمع‬
‫کنیم‬
‫در‬ ‫را‬ ‫حاصل‬ ‫و‬
a0
‫می‬ ‫قرار‬
‫می‬ ‫نتیجه‬ ‫چاپ‬ ‫به‬ ‫اقدام‬ ‫سپس‬ ‫و‬ ‫دهیم‬
‫کنیم‬
:
.data
prompt1: .asciiz "nn Enter the first integer please:"
prompt2: .asciiz "Enter the second integer please:"
result: .asciiz "The result is:"
.text
main:
#t0-to hold first integer
#t1-to hold second integer
#t2- used to hold the sum of t$1 and t$2
#first number
li $v0, 4 #syscall to print string
la $a0, prompt1 #address of string to print
syscall
li $v0, 5 #syscall to read an integer
syscall
move $t0, $v0 #move the number to $t0
#second number
li $v0, 4
la $a0, prompt2
syscall
li $v0,5
syscall
move $t1,$v0
#
#print out sum of $t2
li $v0, 4
la $a0, result
syscall
#
add $a0, $t1, $t0 #compute the sum
li $v0, 1
syscall
#
li $v0, 10
syscall

8. ‫برنامه‬ ‫نوشتن‬ ‫برای‬
‫فاکتوریل‬ ‫محاسبه‬ ‫برای‬ ‫ای‬
2
‫می‬ ‫عمل‬ ‫صورت‬ ‫چه‬ ‫به‬
‫مرور‬ ‫را‬ ‫فاکتوریل‬ ‫تعریف‬ ‫ابتدا‬ ‫در‬ !‫کنیم‬
‫می‬
‫حاصل‬ ‫از‬ ‫ریاضیات‬ ‫در‬ ‫طبیعی‬ ‫عدد‬ ‫هر‬ ‫عاملی‬ ‫یا‬ ‫فاکتوریل‬ .‫کنیم‬
‫ضرب‬
‫از‬ ‫کوچکتر‬ ‫طبیعی‬ ‫اعداد‬ ‫تمام‬ ‫در‬ ‫عدد‬ ‫آن‬
‫می‬ ‫بدست‬ ‫صفر‬ ‫بدون‬ ‫آن‬
‫مانند‬ ‫عددی‬ ‫فاکتوریل‬ .‫آید‬
n
‫را‬
n!
‫می‬
‫برابر‬ ‫همیشه‬ ‫صفر‬ ‫فاکتوریل‬ ،‫قرارداد‬ ‫طبق‬ .‫نویسیم‬
.‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫یک‬
‫فاکتوریل‬ ‫مثال‬ ‫عنوان‬ ‫به‬
‫عدد‬
5
‫می‬ ‫محاسبه‬ ‫ذیل‬ ‫صورت‬ ‫به‬
‫شود‬
:
> 5! = 5*4*3*2*1 = 120
‫محاسبه‬ ‫برنامه‬
‫زبان‬ ‫در‬ ‫فاکتوریل‬
C
‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫زیر‬ ‫صورت‬ ‫به‬
:
#include<stdio.h>
int main()
{
int i,fact=1,number;
printf("Enter a number: ");
scanf("%d",&number);
for(i=1;i<=number;i++){
fact=fact*i;
}
printf("Factorial of %d is: %d",number,fact);
return 0;
}
‫می‬ ‫ارائه‬ ‫بازگشتی‬ ‫توابع‬ ‫از‬ ‫تعریفی‬ ‫ابتدا‬ ،‫فاکتوریل‬ ‫محاسبه‬ ‫برنامه‬ ‫بازگشتی‬ ‫نسخه‬ ‫نوشتن‬ ‫برای‬
‫بازگشت‬ .‫کنیم‬
3
،
‫یک‬ ‫حل‬ ‫برای‬ ‫روشی‬
‫مسئله‬
‫حل‬ ‫راه‬ ‫آن‬ ‫در‬ ‫که‬ ،‫است‬
‫مسئله‬
‫حل‬ ‫راه‬ ‫به‬
‫نمونه‬ ‫در‬ ‫هایی‬
‫کوچک‬ ‫های‬
‫تر‬
‫همان‬ ‫از‬
‫مسئله‬
‫می‬ ‫وابسته‬
‫زبان‬ ‫در‬ ‫فاکتوریل‬ ‫بازگشتی‬ ‫تابع‬ ‫نمونه‬ .‫شود‬
C
‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫زیر‬ ‫صورت‬ ‫به‬
:
long factorial(int n)
{
if (n == 0)
return 1;
else
return(n * factorial(n-1));
}
2
Factorial
3
Recursion

9. ‫می‬ ‫ارائه‬ ‫ادامه‬ ‫در‬ ‫فاکتوریل‬ ‫محاسبه‬ ‫اسمبلی‬ ‫کد‬
‫شود‬
:
.globl main
.data
# main program string constants
#
prompt: .asciiz "Please enter a positive integer: "
result: .asciiz "! = "
newline: .asciiz "n"
done: .asciiz "Program terminated."
.text
# main program
#
# Register usage:
#
# n: $s0
# factorial: $s1
#
main:
li $v0, 4 # issue prompt
la $a0, prompt
syscall
la $v0, 5 # get n from user
syscall
move $s0, $v0
bltz $v0, end # terminate if n < 0
move $a0, $s0 # nFact = factorial(n)
jal factorial
move $s1, $v0
li $v0, 1 # print n
move $a0, $s0
syscall
li $v0, 4 # print "! = "
la $a0, result
syscall
li $v0, 1 # print nFact
move $a0, $s1
syscall
li $v0, 4 # print two newlines
la $a0, newline
syscall
li $v0, 4
la $a0, newline
syscall

10. b main # repeat with new n
end:
li $v0, 4 # print a termination message
la $a0, done
syscall
li $v0, 4 # print a newline
la $a0, newline
syscall
li $v0, 10 # terminate the program
syscall
# function factorial
factorial:
bgtz $a0, recur # recur if n > 0
li $v0, 1 # else just return 1
jr $ra
recur:
sub $sp, $sp, 8 # allocate stack frame
sw $ra, 0($sp) # with return address at 0($sp)
sw $a0, 4($sp) # and n at 4($sp)
sub $a0, $a0, 1 # $v0 = factorial(n - 1)
jal factorial
lw $ra, 0($sp) # restore return address
lw $a0, 4($sp) # and n from the stack frame
add $sp, $sp, 8 # and deallocate it
mul $v0, $v0, $a0 # return factorial(n - 1)*n
jr $ra

11. ‫پیاده‬ ،‫مثال‬ ‫آخرین‬ ‫عنوان‬ ‫به‬
‫یا‬ ‫رویه‬ ‫یک‬ ‫سازی‬
‫ز‬
‫ی‬
‫ر‬
‫روال‬
‫ر‬
‫می‬ ‫ارائه‬ ‫اسمبلی‬ ‫زبان‬ ‫در‬ ‫ا‬
‫برنامه‬ ‫در‬ ،‫کنیم‬
‫زیرروال‬ ،‫نویسی‬
‫دنباله‬ ‫به‬ ،‫رویه‬ ‫یا‬
‫دستورالعمل‬ ‫از‬ ‫ای‬
‫ی‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫که‬ ‫گویند‬ ‫ها‬
‫ک‬
‫بسته‬ ‫واحد‬
‫یک‬ ‫برای‬ ‫را‬ ‫خاص‬ ‫کار‬ ‫یک‬ ‫شده‬ ‫بندی‬
‫نرم‬
‫می‬ ‫انجام‬ ‫افزار‬
‫باشد‬ ‫الزم‬ ‫جا‬ ‫هر‬ ‫آینده‬ ‫کاربردهای‬ ‫در‬ ‫واحد‬ ‫این‬ .‫دهد‬
ً‫ا‬‫اصطالح‬
‫یا‬ ‫فراخوانی‬
call
‫می‬
.‫شود‬
.data
msg: .asciiz "Hello!n"
nl: .asciiz "n"
bang: .asciiz "!n"
name_1: .asciiz "Nina"
name_2: .asciiz "Mike"
hi: .asciiz "Hi "
.text
main:
jal hello
li $t0, 0x1234abcd
jal hello
# Compute the sum of 1, 2 and 3.
li $a0, 1
li $a1, 2
li $a2, 3
jal compute
# Result now in $v0.
# Print result.
# Copy result to $a0.
move $a0, $v0
li $v0, 1 # Systemcall code print_int
syscall # Print value in $a0.
# Print new line.
li $v0, 4 # Systemcall code print_str
la $a0, nl
syscall

12. la $a0, name_1
jal say_hi
la $a0, name_2
jal say_hi
li $v0, 10 # System call code 10 (exit).
syscall
# ---------------------------------------------------------------------------
# Subroutine hello
#
# Prints the string "Hello!n"
# ---------------------------------------------------------------------------
hello:
li $v0, 4 # Systemcall code print_str
la $a0, msg
syscall
# Return from subroutine hello.
# Use jr (Jump Register) to jump to the address saved by jal in $ra.
jr $ra
# ---------------------------------------------------------------------------
# Subroutine compute
#
# Argument(s): Three numbers in $a0, $a1 and $a2.
#
# Return value in $v0: The sum of $a0, $a1 and $a2.
# ---------------------------------------------------------------------------
compute:
add $t0, $a0, $a1
add $v0, $t0, $a2
jr $ra
# ---------------------------------------------------------------------------
# Subroutine say_hi
# ---------------------------------------------------------------------------
say_hi:
move $t0, $a0
li $v0, 4 # Systemcall code print_str
la $a0, hi
syscall
move $a0, $t0
syscall
la $a0, bang
syscall
jr $ra