【计算机本科补全计划】指令:计算机的语言(MIPS) --计算机组成原理 Part2

正文之前

今天折腾了一天的ubuntu windows双系统,在windows下安装ubuntu 16.04 然后 安装引导启动器的时候选择的是/boot所在的sda12 每次除非开安全启动,否则就没法进去系统,现在在 Try Ubuntu 下修复了一次之后 开机出现一个 grub>的命令行工具,以前是直接开机一个 DHCP: \的东西,好麻烦啊,而且按照教程 grub>下选择了 (hd0,0)这种东西,也没法˙从C盘启动啊。心疼,现在试试try Ubuntu下的自动修复工具,还不行我就放弃了。直接把原来的盘删除,然后转回ntfs格式算了,虚拟机就虚拟机吧!


正文


1、过程或者函数是程序员进行结构化变成的工具,在过程(子程序)运行时,程序必须遵循以下6个步骤:

  • 将参数放在过程可以访问的位置,通俗来说就是,传入的实参必须是函数能够访问的;
  • 把控制转交给过程,跳转到程序段·并且开始执行;此过程一般是中断
  • 获得过程所需要的资源,比如内存,处理器等;
  • 执行需要的任务;
  • 将结果的值放到调用程序可以访问的位置;返回值咯
  • 将控制返回初始点,因为一个过程可能由一个程序中的多个点调用。

2、结合上面的子程序的说法,我们知道在计算机中是寄存器的数据存取能力最快,所以我们希望尽量的多在寄存器中进行任务,那么就有了如下几个寄存器的分配

  • $a0~a3四个寄存器用于传递参数进去;
  • $v0~v1 用于返回值的两个寄存器;
  • $ra 用于返回起始点的返回地址寄存器。

3、除了寄存器外,MIPS 还包括一条过程调用指令【 jalIndex】:跳转到子程序的地址并且把当前位置所在的下一条指令位置存入 ra寄存器中,以用于子程序执行完后的返回 .

为了支持这种情况,MIPS还使用了寄存器跳转指令 jr 用于case语句,表示无条件跳转到寄存器所指定的地址: jr $ra 。所以,综上我们就有了如下的定义:调用程序称为调用者caller,被调子程序称为被调用者 callee。caller 把参数放入 $ a0~a3然后使用jal X 调到callee位置,然后callee执行完毕后把返回值放到 $ v0~v1 然后再用 jr $ra跳回到caller的位置。 jr实际上就是PC+4这个位置保存到了 ra寄存器中。(PC是程序计数器的意思。不管是哪儿我感觉都是简写为PC,就是说,这个东西指在当前程序执行的指令的位置。)


4、如果我们要使用更多寄存器?

不存在的。那就只能放到存储器中了。然后在寄存器中的一个放入存储器的地址,然后每次调用一波~。这个时候最理想的数据结构的是栈。至于什么是栈,please call baidu ~ ,由于使用广泛,所以MIPS就把29号寄存器给了栈, $ sp就是栈指针,放入数据称为压栈,取出称为出栈。另外,栈指针是从高处往低处走,所以压入数据会导致指针位置编号变小。


5、减少寄存器数据换出的约定

  • $t0~t9 是十个临时寄存器,过程调用中不必被调用者(被调用的子程序)保存;
  • $ s0~s7是八个保留寄存器,过程调用中必须被保存(一旦被使用,就要由被调用者进行保存和恢复)。

6、上述内容过一遍之后,我们就可以揣测一个嵌套的过程,比如递归,自己调用自己这种用法!编译一个递归C的过程,并且用MIPS表示出来:

我总结下,从第一个fact开始,每一个fact都会保存当前的指令下一条的位置和当前的n值到栈中,具体的表现就是 addi $sp,$sp,-8;栈的长度增加了2个“字”然后比较当前的n值(保存在 $a0中)是否小于1,如果小于那么 $t0就等于1,不小于就等于0,然后把 $t00进行比较,如果等于就跳转到L1,不然就接着往下跑,所以如果跳到L1,就会对 $a0内保存的n值执行-1的操作,然后继续跳回到 fact进行对n的检查。但是如果不跳到L1,也就是说达到停止条件了,那么就会忽略beq那一句往下跑,开始从栈顶抛出数据,同时对返回把 $v0 修改为 $v0*$a0,此处也就是 fac(n)=(n-1)*n;然后无条件跳转到上一个调用程序fact的下一步,直到结束!

int fact(int n)
  { if(n<1) return 1;
    else return(n*fact(n-1));
   }
//转换为MIPS的代码之后如下:
//以过程标签为开始,栈顶保存两个寄存器,一个是返回地址,另一个是$a0
fact: 
    addi $sp,$sp,-8;
    sw  $ra,4($)sp;
    sw  $a0,0($sp)
//第一次调用的时候sw保存程序中调用fact的地址,然后指令测试n是否满足结束条件小于1
slti  $t0,$a0,1;
beq $t0,$zero,L1;
//如果n小于1,那么fact就把1置入一个寄存器及并且返回。
addi $v0,$zero,1;
addi $sp,$sp(8);
jr $ra;
//在从栈中退出两个内容之前,本应该加载$a0 和$ra 但是由于n小于1的时候,两个寄存器的内容不会有变化所以就跳过了上面的指令,如果n不小于1,那么n-1后传入fact中继续调用fact:
L1:
    addi $a0,$a0,-1;
    jal fact;
//下一条指令时fact的返回位置,从栈顶开始抛出数据(抛出数据的时候指针的位置序号会变大,前面说过的)
lw $a0,0($)sp;
lw $ra,4($sp);
addi $sp,8;
//接下来,返回值寄存器$v0得到原来的n-1的参数与当前的返回内的数据进行相乘:
mul $v0,$a0,$v0;
//最后 fact 跳转到返回地址;
jr $ra;

7、MIPS汇编语言的寄存器约定,加速大概率事件的思想重要体现


8、J型跳转指令,因为MIPS中每一个操作指令的长度都是4字节,所以其实可以用字来表示单位,也就是说,立即数如果为20000,那么实际跳转的长度就是80000byte,也就是20000个“字”,这样一来我们的跳转返回就可以增加4倍,另外,我们用“ PC相对寻址”的时候吗,其跳转基准是以 PC+4 为基准的,也就是说,你跳转的距离是相对于下一条指令来说的!这一点尤为重要,后面会讲到!另外,采用 PC跳转寻址是一种加速大概率事件的思想的体现!因为条件跳转有一半都是跳转到 PC+4的十六个指令范围内。

正文之后

谁来救我!!!Ubuntu双系统要搞死我了!!!引导修复要搞死我了。天哪。待我计算机组成原理大成之日,就是我的dell电脑身死道消之时!!!在此立誓!!!

原文发布于微信公众号 - 工科狗和生物喵(gh_3507b116a1f8)

原文发表时间:2017-10-17

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

发表于

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

来自专栏JackeyGao的博客

使用Vue.js 和 semantic-ui 的一个简单TODO List

这是一个完全仿照官网案例的项目, 主要为了熟悉vue.js的基本用法, 不得不说这个案例能吸收到基本的vue.js 操作.

17320
来自专栏york技术分享

sed 使用教程 - 通读篇(30分钟入门系列)

和上篇 awk 分享一样,作为通读性的分享,不想引入太过复杂的东西,依然从日常工作中碰到的 80% 的需求出发,重点阐述最重点的部门,工作原理等,普及一些对se...

521220
来自专栏coder修行路

python中重要的模块--asyncio

一直对asyncio这个库比较感兴趣,毕竟这是官网也非常推荐的一个实现高并发的一个模块,python也是在python 3.4中引入了协程的概念。也通过这次整理...

54970
来自专栏一名合格java开发的自我修养

由提交storm项目jar包引发对jar的原理的探索

序:在开发storm项目时,提交项目jar包当把依赖的第三方jar包都打进去提交storm集群启动时报了发现多个同名的文件错误由此开始了一段对jar包的深刻理解...

13110
来自专栏calmound

getchar

跟你分享个东西,我也是刚刚在网上查到的,和我想的差不多,呵呵~~~~ getchar是以行为单位进行存取的。 当用getchar进行输入时,如果输入的第一个字符...

38360
来自专栏zingpLiu

浅析Python多线程

学习Python多线程的资料很多,吐槽Python多线程的博客也不少。本文主要介绍Python多线程实际应用,且假设读者已经了解多线程的基本概念。如果读者对进程...

28980
来自专栏北京马哥教育

linux bash环境变量简单总结

一.环境变量简介 Linux是一个多用户的操作系统。每个用户登录系统后,都会有一个专用的运行环境。通常每个用户默认的环境都 是相同的,这个默认环境实际...

36060
来自专栏增长技术

git对象模型

所有用来表示项目历史信息的文件,是通过一个40个字符的(40-digit)“对象名”来索引的,对象名看起来像这样:

14030
来自专栏Android 研究

Android系统启动——3init.rc解析

init.rc文件是以“块”(section)为单位服务的,,一个“块”(section)可以包含多行。“块”(section)分成两大类:一类称为"动作(ac...

54420
来自专栏Pythonista

Shell编程实战

Shell脚本语言是实现Linux/Unix系统管理及自动化运维所必须的重要工具,Linux系统的底层以及基础应用软件的核心大都涉及Shell脚本的内容。

33520

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券