MIPS असेंबलर सीखना

विकिपीडिया के अनुसार, MIPS एक माइक्रोप्रोसेसर है जिसे MIPS कंप्यूटर सिस्टम (वर्तमान में MIPS टेक्नोलॉजीज) द्वारा विकसित किया गया है और पहली बार 1985 में लागू किया गया था। इस वास्तुकला के संशोधनों की एक बड़ी संख्या है, विशेष रूप से 3 डी-मॉडलिंग के लिए बनाई गई है, फ्लोटिंग पॉइंट संख्याओं का तेजी से प्रसंस्करण, बहु-थ्रेडेड गणना। सिस्को और मिकरोटिक राउटर, स्मार्टफोन, टैबलेट और गेम कंसोल में इन प्रोसेसर के विभिन्न संस्करणों का उपयोग किया जाता है।

MIPS निर्देश समझने में काफी सरल हैं, और यह इस से है कि कोडांतरक सीखना शुरू करने की सिफारिश की जाती है। अब, वास्तव में, हम क्या करेंगे।

MIPS असेंबलर में प्रोग्राम संरचना

यह क्लासिक MIPS कोडांतरक कार्यक्रम जैसा दिखता है।
एक बिंदु पर शुरू होने वाला सब कुछ निर्देश है । .data निर्देश का अर्थ है डेटा खंड की शुरुआत, .text - कोड खंड की शुरुआत।
सभी एक बृहदान्त्र द्वारा पीछा कर रहे हैं लेबल ( v: main: loop: और endloop: ।
# चिह्न के बाद सभी पाठ टिप्पणियाँ हैं ।
और जो कुछ भी है वह वास्तव में, निर्देश और छद्म- निर्देश (मैक्रोज़) है।

 .data v: .word -1, -2, -3, -4, -5, -6, -7, -8, -9, -10 .text .globl main main: li $t0, 0 # $t0 = 0 (variable a) li $t1, 0 # $t1 = 0 (counter i) li $t2, 10 # $t2 = 10 (count limit l) loop: slt $t3, $t1, $t2 beq $t3, $zero, endloop la $t3, V sll $t4, $t1, 2 addu $t3, $t3, $t4 lw $t3, 0($t3) addu $t0, $t0, $t3 addiu $t1, $t1, 1 b loop endloop: 

MIPS असेंबलर में प्रकार

यहाँ C ++ और MIPS में मुख्य प्रकारों की तुलना तालिका है:

जैसा कि आप तालिका में देख सकते हैं, एमआइपी में एक चर के लिए प्रकार की पसंद केवल उस मेमोरी की मात्रा पर आधारित है जो इस चर पर कब्जा करेगी। ध्यान दें कि MIPS इस संबंध में हस्ताक्षरित और अहस्ताक्षरित चर के बीच अंतर नहीं करता है।

लेबल (वर्ण)

उपरोक्त कोड में, हमने कई लेबल का उपयोग किया।
लेबल (उन्हें प्रतीक या लेबल भी कहा जाता है) का उपयोग स्मृति में पतों को "नाम" देने के लिए किया जाता है। इन वर्णों को 2 बड़े वर्गों में विभाजित किया जाता है: डेटा लेबल (वैश्विक चर के पते जो कि .data अनुभाग में हैं, इस मामले में v: और निर्देश लेबल ( .text अनुभाग में निर्देशों के पते, उदाहरण के लिए main: loop: ।
.Data अनुभाग में .data आमतौर पर पता 0x10010000 से शुरू होने वाली मेमोरी में संग्रहीत किया जाता है। निर्देश 0x00400000 पते पर शुरू किए गए हैं। चूंकि प्रत्येक MIPS कोडांतरक निर्देश में 32 बिट्स होते हैं, इसलिए निम्न लेबल-पता तालिका हमारे कार्यक्रम के लिए सही होगी:

लेबल का उपयोग करना वैश्विक चर और डेटा से अन्य डेटा के साथ काम करने के लिए बहुत सुविधाजनक है, लेकिन बाद में उस पर और अधिक।

मुख्य निर्देश

हमने पहले से ही कई निर्देशों की जांच की है, जैसे कि .data और .text , और यह पहले से ही ज्ञात है कि पहला डेटा संग्रहीत करने और वैश्विक चर घोषित करने के लिए है, और दूसरा प्रोग्राम कोड के लिए है। आइए बाकी MIPS निर्देशों पर नज़र डालें:

•  .globl sym 

  सिंबल सिंबल को वैश्विक घोषित करता है और अन्य फाइलों से उस तक पहुँच प्रदान करता है;

•  .extern sym size 

  घोषित करता है कि डेटा को सिम्फ़ में संग्रहीत किया गया है, और साइज़ को वैश्विक लेबल बनाता है (पिछले निर्देश देखें);

•  .ascii str 

  अंत में अशक्त वर्ण (\ 0) को जोड़े बिना स्मृति में स्ट्रिंग को बचाता है;

•  .asciiz str 

  स्ट्रिंग को बचाता है और अंत में अशक्त चरित्र (\ 0) को जोड़ता है;

•  .byte b1, b2, ..., bn 

  क्रमिक रूप से बाइट्स बी 1, बी 2, ..., बीएन मेमोरी में स्टोर करता है;

•  .half h1, h2, ..., hn 

  क्रमिक रूप से 16-बिट मान h1, h2, ..., hn ;

•  .word w1, w2, ..., wn 

  क्रमिक रूप से 32-बिट मान w1, w2, ..., wn बचाता है;

•  .dword dw1, dw2, ..., dwn 

  क्रमिक रूप से मेमोरी 64-बिट मान dw1, dw2, ..., dwn में संग्रहीत करता है ;

•  .float f1, f2, ..., fn 

  मेमोरी फ़्लोटिंग-पॉइंट नंबर f1, f2, ..., fn में स्टोर;

•  .double d1, d2, ..., dn 

  फ़्लोटिंग पॉइंट नंबरों को बचाता है (दोहरी परिशुद्धता) d1, d2, ..., dn ;

•  .space n 

  इस डेटा खंड में n बाइट्स आवंटित करें;

•  .align n 

  निम्नलिखित सभी डेटा को 2 ^ n बाइट्स से संरेखित करें।

अंतिम निर्देश के बारे में: .align 1 लीजिए कि हमने .align 1 लिखा है .align 1 इस मामले में, भले ही हम मेमोरी में लिखते हैं, उदाहरण के लिए, 0x10010000 पते के लिए 1 बाइट के कुछ मूल्य, अगले बाइट को खाली छोड़ दिया जाएगा, और यदि हम मेमोरी को एक और बाइट लिखना चाहते हैं, तो यह पहले से ही पता 0x10010002 प्राप्त करेगा। MIPS स्वचालित रूप से डिफ़ॉल्ट रूप से डेटा संरेखण को सक्षम करता है, और इसलिए आप केवल एक सम मेमोरी एड्रेस (0x10010000, 0x10010002, लेकिन 0x10010003 नहीं) के लिए 16-बिट मान ( .half ) लिख सकते हैं, 32-बिट केवल एक पते पर जो कि 4 से अधिक है, लेकिन 64 है। -बिट - केवल 8 के पते के लिए।

डेटा प्रारूप .data

डेटा .data काफी मुक्त तरीके से लिखा गया है। आपको केवल लेबल, डेटा प्रकार और मान निर्दिष्ट करने की आवश्यकता है। इस कोड में सही डेटा रिकॉर्डिंग के कई उदाहरण हैं:

 .data var1: .byte 'A', 0xF3, 127, -1, '\n' var2: .half -10, 0xffff var3: .word 0x12345678 var4: .float 12.3, -0.1 var5: .double 1.5e-10 var6: .dword 0x1234567812345678 str1: .ascii “i love mips\n" str2: .asciiz “zero-finished string" array: .space 100 

जैसे ही वे कोड में उपयोग किए जाते हैं, हम डेटा प्रकारों को थोड़ा गहरा देखेंगे।

रजिस्टरों

MIPS प्रोसेसर के मुख्य भागों में से एक रजिस्टर है। मानक एमआइपीएस प्रोसेसर में 32 मुख्य रजिस्टर हैं और पहले कॉपीप्रोसेसर में 32 अधिक - एक मॉड्यूल है जो फ्लोटिंग पॉइंट गणनाओं के लिए उपयोग किया जाता है। प्रत्येक रजिस्टर में क्रमशः 32 बिट्स का आकार होता है, टाइप int का एक एकल मान पूरी तरह से इसमें रखा गया है। प्रकार के एक चर को स्टोर करने के लिए long आपको एक ही बार में दो रजिस्टरों का उपयोग करना चाहिए। प्रत्येक रजिस्टर को उसके सीरियल नाम और उसके सामान्य नाम से एक्सेस किया जा सकता है। सामान्य थोड़ा अधिक मानव-पठनीय है। निम्नलिखित रजिस्टर उपलब्ध हैं:

• $ शून्य ($ 0) - एक रजिस्टर जिसमें हमेशा मान 0 होता है और केवल-पढ़ने के लिए होता है;
• $ पर ($ 1) - अस्थायी प्रोसेसर रजिस्टर;
• $ v0- $ v1 ($ 2- $ 3) - कार्यों द्वारा लौटाए गए परिणामों के लिए;
• $ a0- $ a3 ($ 4- $ 7) - फ़ंक्शन तर्क के लिए;
• $ t0- $ t9 ($ 8- $ 15, $ 24- $ 25) - अस्थायी डेटा के लिए, आप जैसे चाहें उपयोग कर सकते हैं;
• $ s0- $ s8 ($ 16- $ 23, $ 30) - निरंतर डेटा के लिए, आप इसे अपनी इच्छानुसार उपयोग कर सकते हैं;
• $ k0- $ k1 ($ 26- $ 27) - ऑपरेटिंग सिस्टम के कर्नेल के लिए आरक्षित;
• $ gp ($ 28) - वैश्विक चर के लिए सूचक, व्यावहारिक रूप से उपयोग नहीं किया गया;
• $ sp ($ 29) - स्टैक पॉइंटर, इसका मान हमेशा स्टैक के शीर्ष पते के बराबर होता है;
• $ ra ($ 31) - सूर्य देव उस निर्देश का पता जिसमें से फ़ंक्शन को बुलाया गया था;
• $ f0 - फ़ंक्शंस द्वारा लौटाए गए फ़्लोटिंग पॉइंट परिणामों के लिए;
• $ f4, $ f6, $ f8, $ f10, $ f16, $ f18 - अस्थायी बिंदु के साथ अस्थायी डेटा के लिए;
• $ f12, $ f14 - फ्लोटिंग पॉइंट फ़ंक्शंस के मापदंडों के लिए

MIPS निर्देश

नोट। अब से, हम MIPS प्रोसेसर, इसके निर्देशों और ऐड-ऑन को MARS नामक अद्भुत MIPS सिम्युलेटर के उदाहरण के रूप में देखेंगे, जिसे यहाँ से डाउनलोड किया जा सकता है । इस सिम्युलेटर में MIPS कार्यान्वयन पूरी तरह से अनुपालन है।

लेख की शुरुआत में कोड में, हम पहले से ही कार्यक्रम के सभी कार्यात्मक भागों की पहचान कर चुके हैं और निर्देश और छद्म निर्देशों को परिभाषित करते हैं जैसे कि टिप्पणी, प्रतीक (लेबल) या निर्देश नहीं है। छद्म निर्देशों को मैक्रोज़ भी कहा जाता है, वे कोड निष्पादन के दौरान एक या अधिक निर्देशों में बदल जाते हैं। यहाँ एक स्थूल उदाहरण है:

 la rdest, addr 

निर्देशों के सेट पर जाता है:

 lui $at, hi(addr) ori rdest, $at, lo(addr) 

जैसा कि आप देख सकते हैं, एमआइपी कार्यक्रमों को हमेशा प्रति पंक्ति एक पंक्ति में लिखा जाता है।

निर्देशों के प्रकार

MIPS कोडांतरक निर्देश के तीन मुख्य प्रकार हैं:

• टाइप आर (रजिस्टर)। तीन रजिस्टरों को ऑपरेंड के रूप में उपयोग किया जाता है - गंतव्य रजिस्टर (abbr। $ Rd), पहला तर्क ($ rs), और दूसरा तर्क ($ rt)। इस तरह के निर्देश का एक उदाहरण तीन रजिस्टरों के अलावा है:

   add $t2, $t0, $t1 

  इस स्थिति में, $ t0 और $ t1 में मान जोड़ने का परिणाम $ t2 में रखा जाएगा।
• टाइप I (तत्काल)। ऑपरेंड दो रजिस्टर और एक संख्या हैं। निर्देश I प्रकार का एक उदाहरण:

   addi $t3, $t2, 12 

  निष्पादन के बाद, $ t2 और संख्या 12 को जोड़ने का परिणाम रजिस्टर $ t3 में रखा जाएगा।
• टाइप J (जंप) करें। एकमात्र ऑपरेंड 26-बिट पता है जहां आप जाना चाहते हैं। निर्देश मैनुअल

   j 128 

  128 .text में पते पर जाएंगे।

कॉपोरोसेसर्स के लिए निर्देश भी हैं, लेकिन हम बाद में उनकी चर्चा करेंगे।

Syscall निर्देश

syscall सबसे सरल में से एक है, लेकिन एक ही समय में सबसे महत्वपूर्ण MIPS कोडांतरक निर्देशों में से एक है। यह एक सेवा निर्देश है, इसलिए इसे बाकी हिस्सों से अलग माना जाता है। syscall उपयोग ऑपरेटिंग सिस्टम को संदर्भित करने के लिए किया जाता है ताकि प्रोसेसर खुद ही प्रदर्शन करने में सक्षम न हो। इस निर्देश को कॉल करने से पहले, आपको सेवा कोड को रजिस्टर में रखना होगा $ v0 - 1 से 12. तक एक प्राकृतिक संख्या। कोड के आधार पर, ऑपरेटिंग सिस्टम एक या किसी अन्य कार्रवाई का प्रदर्शन करेगा। यहां यूटिलिटी कोड्स और संबंधित ऑपरेटिंग सिस्टम एक्शन की सूची दी गई है, जो MARS सपोर्ट करता है:



सभी इनपुट और आउटपुट MARS कंसोल के माध्यम से होते हैं।

अंकगणितीय निर्देश

तो, आइए कुछ बुनियादी अंकगणितीय निर्देशों को देखें। कुछ संक्षिप्ताक्षरों का उपयोग किया जाएगा: rd वह रजिस्टर है जहाँ परिणाम लिखा जाता है, rs पहला तर्क है, rt दूसरा तर्क है। तुम भी देख सकते हैं imm16 , एक 16-बिट पूर्णांक, या imm5 , एक 5-बिट पूर्णांक।

•  add rd, rs, rt 

  rs और rt का योग rd रजिस्टर को लिखा जाता है। धीरे, अतिप्रवाह का कारण हो सकता है।

•  sub rd, rs, rt 

  आरडी = आरएस - आरटी। आप एक अतिप्रवाह भी प्राप्त कर सकते हैं।

•  addu rd, rs, rt 

  लगभग पिछले निर्देश के समान है, लेकिन यह एक अतिप्रवाह का कारण नहीं बन सकता है। अंकगणितीय गणनाओं के लिए, इस निर्देश का उपयोग करना बेहतर होता है।

•  subu rd, rs, rt 

  आरडी = आरएस - आरटी। इसके अलावा अतिप्रवाह के बिना, और इसलिए उपयोग के लिए अनुशंसित।

•  addi rd, rs, imm16 

  rt = rs + 16-bit पूर्णांक। add तरह, यह अतिप्रवाह का कारण बन सकता है।

•  addiu rd, rs, imm16 

  वही, लेकिन अतिप्रवाह की संभावना के बिना। इसका उपयोग करें।

वैसे, imm16 को डिफ़ॉल्ट रूप से सकारात्मक के रूप में व्याख्या की जाती है। उदाहरण के लिए:

 addiu $s1, $zero, 0xFFFF # $s1 = 0x0000FFFF ( ) 

यदि आपको एक नकारात्मक मान जोड़ने की आवश्यकता है, तो आपको इसे स्पष्ट रूप से इंगित करने की आवश्यकता है:

 addiu $s1, $zero, -0xFFFF # $s1 = 0xFFFF0001 (     2) 

आइए इन निर्देशों का उपयोग करके वास्तविक गणनाओं पर एक नज़र डालें। उदाहरण के लिए, निम्न कोड (C ++ में) लें:
int f = (g+h) - (ij);
और इस कोड का MIPS निर्देशों में अनुवाद करें। पहले आपको '=' चिह्न के दाईं ओर मान की गणना करने की आवश्यकता है, और फिर इसे चर f पर असाइन करें। मान लीजिए कि हमारे रजिस्टर में चर च $ s0, g में $ s1, h में $ s2, i में $ s3, और j में $ s4 में होगा। यहाँ परिणाम है:

 addu $t0, $s1, $s2 # t0 = s1 + s2 = g + h subu $t1, $s3, $s4 # t1 = s3 - s4 = i - j subu $s0, $t0, $t1 # s0 = f = t0 - t1 = (g+h) - (ij) 

और अब आप MARS में परिणामी कोड का परीक्षण कर सकते हैं। ड्राफ़्ट को यहाँ से डाउनलोड करें और इसे MARS में खोलें:

 java -jar Mars_4_2.jar 

टिप्पणी के बजाय कोड जोड़ें। अब आप इसे निष्पादित कर सकते हैं। पहले रन का चयन करें -> इकट्ठा:



अब रजिस्टरों में दशमलव मान देखने के लिए Hexadecimal मान को अनचेक करें, और Run -> Go का चयन करें:



कार्यक्रम निष्पादन के बाद $ s0 में मान 12 होना चाहिए।

जारी रखा जाए

अगले लेख में, हम तार्किक निर्देशों के साथ-साथ पूर्णांक के गुणन और विभाजन पर विचार करेंगे। इसमें, हम मेमोरी और स्टैक के साथ काम करने की कोशिश करेंगे। इस बीच, मेरा सुझाव है कि आप MIPS असेंबलर में इस कोड को फिर से लिखने का प्रयास करें:

 int a = b + c; int d = e + f; int g = a + b; int h = g + d; 

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद!