arquitectura de computadores

ARQUITECTURA DE
COMPUTADORES
CAPÍTULO II
AULA VII
Ricardo Mendão Silva
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Índice
• Endereçamento MIPS:
• 32-bits imediatos;
• Endereços em branches e jumps;
• Modos de endereçamento;
• MARS – Exercício 5: Fibonnaci
Ricardo Mendão Silva
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Endereçamento MIPS
Problema
Apesar de instruções MIPS 32 bits facilitarem a
implementação do hardware, por vezes é necessário
termos constantes ou endereços da mesma dimensão.
Nesta aula iremos abordar a solução geral para lidar
com grandes constantes e o modo optimizado que se
utiliza na gestão dos endereços de branches e jumps.
Ricardo Mendão Silva
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Endereçamento MIPS
Problema
• O modo normal de adicionar um constante em MIPS é
utilizando a instrução addi.
• A instrução addi é codificada segundo o formato Itype, seguindo a seguinte formula:
I-type
Op(6)
Rs(5)
Rt(5)
address (16)
addi $t0,$s0,i
001000
sssss
ttttt
iiii iiii iiii iiii
• Como se pode verificar o máximo que se pode carregar
é uma constante de 16 bits.
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Endereçamento MIPS
Operandos 32 bits imediatos
• Apesar de na maioria dos casos os operandos caberem
perfeitamente em 16 bits, por vezes é necessário 32
bits para os representar.
• Como tal, existe em MIPS a instrução lui – Load
Upper Immediate - utilizada para carregar os 16 bits
mais significativos num registo.
Lui $t0, 255
001111
00000
0000 0000 1111 1111
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01000
0000 0000 1111 1111
0000 0000 0000 0000
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Endereçamento MIPS
Operandos 32 bits imediatos
• Para completar os 16 bits menos significativos
utiliza-se o comando ori.
• Or = 1 sempre que qualquer um dos elementos for 1.
ori $t0, $t0, 254
001101
00000
0000 0000 1111 1111
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01000
0000 0000 1111 1110
0000 0000 1111 1110
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Endereçamento MIPS
Operandos 32 bits imediatos
• Exemplo:
• Carregue a seguinte constante para MIPS:
• 0000 0000 1111 0110 0000 0001 1111 0001
lui $t0, 246
ori $t0, $t0, 497
001111
00000
01000
0000 0000 1111 0110
001101
00000
0000 0000 1111 0110
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0000 0000 1111 0110
0000 0000 0000 0000
01000
0000 0001 1111 0001
0000 0001 1111 0001
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Endereçamento MIPS
Endereços em Branches e Jumps
• Como vimos nas aulas anteriores, a instrução jump
utiliza o formato mais simples de todos, o J-Type.
J-type
Op(6)
address (26)
j 1000
000010
00 0000 0000 0000 0011 1110 1000
• No entanto, os Branches necessitam de mais
intervenientes, nomeadamente dos registos para
comparação, sendo codificados em I-Type.
I-type
Op(6)
Rs(5)
Rt(5)
address (16)
bne $s0,$s1,EXIT
000101
10000
10001
EXIT
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Endereçamento MIPS
Endereços em Branches e Jumps
• Como o I-type somente suporta endereços de 16 bits,
existiria um limite de 216 instruções.
• Para resolver esta limitação, o Program Counter é
calculado com base na seguinte fórmula:
• Program Counter = Registo + Endereço do Branche
• Deste modo consegue-se um máximo de 232 instruções.
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Endereçamento MIPS
Endereços em Branches e Jumps
• Dado que o PC contem o endereço da instrução actual,
faz todo o sentido que se adicione o endereço do
branche a este, resultando em:
• Program Counter = Program Counter + Endereço do Branche
• Deste modo consegue-se ±215 instruções.
• A esta forma de endereçamento chama-se Endereçamento
relativo ao Program Counter.
• O MIPS, tal como todos os computadores recentes,
utiliza este tipo de endereçamento dado que por
norma o destino do branche está relativamente
próximo do mesmo.
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Endereçamento MIPS
Endereços em Branches e Jumps
• O MIPS,
utiliza
norma o
próximo
tal como todos os computadores recentes,
este tipo de endereçamento dado que por
destino do branche está relativamente
do mesmo.
• Por outro lado, as instruções Jump e Jump-and-link
já utilizam endereçamento directo pois com 26 bits
conseguem abranger uma serie de instruções bastante
mais vasta.
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Endereçamento MIPS
Endereços em Branches e Jumps
• Exemplo da Bibliografia:
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Endereçamento MIPS
Modos de endereçamento
• Em MIPS existem distintos modos de endereçamento,
nomeadamente:
• Endereçamento imediato – quando o operando é uma constante
inserida na instrução.
• Endereçamento de registo – quando o operando é um registo.
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Endereçamento MIPS
Modos de endereçamento
• Endereçamento Base – quando o operando é a localização na
memória cujo endereço é a soma de um registo + um constante.
• Endereçamento relativo ao PC – quando o endereço do branch é
a soma do PC + uma constante.
PC = PC + Address
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Endereçamento MIPS
Modos de endereçamento
• Endereçamento pseudo-directo – quando o endereço de jump
representa os 26 bits da instrução concatenados com os bits
mais significativos do PC e depois de sofrerem um shift left
igual a 2.
J-type
Op(6)
address (26)
j 1000
000010
00 0000 0000 0000 0011 1110 1000
PC
0101 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000
01 01 00 0000 0000 0000 0011 1110 1000 00
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shift left logic 2
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Instruction Set
Architecture (ISA)
MARS - Exercício
Exercício 5:
• Compile a sequência de Fibonacci de 20.
A sucessão de Fibonacci define que n+1 = n + (n-1), ou seja:
0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,…
Recursivo
Iterativo
int fibonacci(int num)
{
if(num==0 || num==1)
return 1;
else
return fibonacci(num-1) + fibonacci(num-2);
}
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int fibonacci (int num)
{
int i, j, k, t;
i = 0; j = 1;
for (k = 1; k <= num; k++)
{
t = i + j;
i = j;
j = t;
}
return j;
}
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Instruction Set
Architecture (ISA)
Fibonnaci iterativo
Encontre os
erros….
Existem 4
erros graves
e diversas
outras
práticas
erradas.
.data
msg:
space:
.text
.asciiz "Entre um numero:\n"
.byte 32
addi $t2,$zero,1
add $s7,$zero,$zero
la $s3,space
la $a0,msg
li $v0,4
syscall
fibonacci:
add $s0,$zero,$zero
addi $s1,$zero,1
move $s2,$a0
add $s4,$zero,$zero
loop:
bgt $s4,$s2,exit
add $t0,$s0,$s1
move $s1,$s0
move $s0,$t0
li $v0,5
syscall
add $a0,$v0,$zero
move $a0,$s1
li $v0,1
syscall
jal fibonacci
j exit
move $a0,$s3
li $v0,4
syscall
addi $s4,$s4,1
j loop
exit:
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Instruction Set
Architecture (ISA)
Fibonnaci recursivo
fibonacci:
addi $sp,$sp,-12
sw $ra,0($sp)
sw $s0,4($sp)
sw $s1,8($sp)
add $s0,$a0,$zero
beq $s0,$zero,return0
beq $s0,$t2,return1
subi $a0,$s0,1
blt $v0,$s7,no_print
move $s7,$v0
return1:
li $v0,1
addi $sp,$sp,-8
sw $v0,4($sp)
sw $a0,0($sp)
return_n:
lw $s1,8($sp)
lw $s0,4($sp)
lw $ra,0($sp)
addi $sp,$sp,12
jr $ra
move $a0,$v0
li $v0,1
syscall
move $a0,$s3
li $v0,4
syscall
jal fibonacci
add $s1,$v0,$zero
subi $a0,$s0,2
jal fibonacci
add $v0,$s1,$v0
Ricardo Mendão Silva
lw $v0,4($sp)
lw $a0,0($sp)
addi $sp,$sp,8
no_print:
j return_n
return0:
li $v0,0
j return_n
print:
addi $sp,$sp,-4
sw $ra,0($sp)
li $v0,1
syscall
lw $ra,0($sp)
addi $sp,$sp,4
jr $ra
exit:
[email protected]
Dúvidas e Questões
Ricardo Mendão Silva
Maio 2014
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Ricardo Mendão Silva
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