MIPS 명령어

 MIPS 명령어의 필드

 

[   op   ][   rs   ][   rt   ][   rd   ][ shamt ][ funct ]
6bits      5bits     5bits     5bits     5bits      6bits

op : 명령어가 실행할 연산의 종류 opcode로 불리운다.
rs : 첫 번째 근원지(source) 피연산자 레지스터
rt : 두 번째 근원지 피연산자 레지스터
rd : 목적지(destination) 레지스터, 연산 결과가 기억된다.
shamt : 자리이동(shift) 양

funct : 기능(function). op 필드에서 연산의 종류를 표시하고 funct 필드에서는 그 중의 한 연산을 구체적으로 지정한다. 기능 코드(function code)라고 부르기도 한다.

MIPS 명령어

 

산술연산자

add                            : $s1 = $s2 + $s3
sub (subtract)             : $s1 = $s2 - $s3
addi (add immediate)   : $s1 = $s2 + 100
addu (add unsigned)    : $s1 = $s2 + $s3
subu (subtract unsigned) : $s1 = $s2 - $s3
addiu (add immediate unsigned) : $s1 = $s2 + 100
mfc0 (move from coprocessor register) : $s1 = $epc :: EPC와 다른 특별한 레지스트를 복사하기 위해 사용
mult (multiply)             : Hi, Lo = $s2 x $s3  :: 64비트 부호 있는 곱셈; Hi, Lo
multu (multiply unsigned) : Hi, Lo = $s2 x $s3  :: 64비트 부호 있는 곱셈; Hi, Lo
div (divide)                   : Lo = $s2 / $s3, Hi = $s2 mod $s3 :: Lo = 몫, Hi = 나머지
divu (divide unsigned)   : Lo = $s2 / $s3, Hi = $s2 mod $s3 :: 부호없는 몫과 나머지
mfhi (move from Hi)      : $s1 = Hi :: Hi의 복사본을 얻는데 사용
mflo (move from Lo)     : $s1 = Lo :: Lo의 복사본을 얻는데 사용

논리연산자

and                            : $s1 = $s2 & $s3
or                               : $s1 = $s2 | $s3
nor                             : $s1 = ~($s2 | $s3)
andi (and immediate)   : $s1 = $s2 & 100
ori (or immediate)        : $s1 = $s2 | 100
sll (shift left logical)      : $s1 = $s2 << 10
srl (shift right logical)   : $s1 = $s2 >> 10

데이터전송 (메모리 <-> 레지스터)

lw (load word)            : $s1 = Memory[$s2 + 100]
sw (store word)          : Memory[$2 + 100] = $s1
lhu (load half unsigned): $s1 = Memory[$s2 + 100]
lbu (load byte unsigned): $s1 = Memory[$s2 + 100]

조건부 분기

beq (branch on equal) : if ($s1 == $s2) go to L
bne (branch on not equal) : if ($s1 != $s2) go to L
slt (set on less than)   : if ($s2 < $s3) $s1 = 1; else $s1 = 0
sltu (set less than unsigned): if ($s2 < $s3) $s1 = 1; else $s1 = 0
sltiu (set less than immediate unsigned): if ($s2 < 100) $s1 = 1; else $s1 = 0

무조건 점프

j (jump)                      : go to L
jr (jump register)          : go to $ra
jal (jump and link)       : $ra = PC + 4; go to L 

기본 블럭(basic block)

분기 명령을 포함하지 않으며(맨 끝에는 있을 수 있다.) 분기 목적지나 분기 레이블도 없는(맨 앞에 있는 것은 허용된다.) 명령어 시퀀스. 오랫동안 쓰여질 메모리 블럭인지의 구분 기준이기도 하며 컴파일러가 초기 단계에 하는 작업중의 하나이다.

 jal(jump-and-link)

지정된 주소로 점프하면서 동시에 다음 명령어의 주소를 레지스터(MIPS에서는 $ra)에 저장하는 명령어.

 복귀주소(return address)

프로시저 종료 후 제자리로 돌아갈 수 있게 하는 호출위치에 대한 링크. MIPS에서는 $ra 레지스터에 저장된다.

 프로그램 카운터(program counter, PC)
실행 중인 명령어의 주소를 가지고 있는 레지스터.

 스택 포인터(stack pointer)
가장 최근에 스택에 할당된 주소를 가리키는 값. 레지스터가 스필될 장소 또는 레지스터의 옛날 값을 찾을 수 있는 장소를 표시한다.

 

 

* 레지스터는 데이터를 저장하는 중 속도가 가장 빠른 장소이므로 가능한 많이 사용하는 것이 바람직 하지만, 레지스터가 제한되어 있으므로 프로시져 호출 시에는 다음과 같은 제약조건이 부여되고 그 이외에는 stack 을 활용한다.

$a0 - $a3 : 전달할 인수를 가지고 있는 인수 레지스터 4개
$v0 - $v1 : 처리 결과를 되돌려 주는 결과 값 레지스터 2개
$ra : 호출한 곳으로 되돌아 갈 때 사용하는 복귀주소 레지스터 1개
$t0 - $t9 : 프로시져 호출 시, 피호출 프로그램이 원상 복구해 주지 않는 임시 레지스터 10개
$s0 - $s7 : 프로시져 호출 전과 후의 값이 같게 유지되어야 하는 저장 레지스터 8개 
        (피호출 프로그램이 이 레지스터를 사용하면 원래 값을 저장했다가 원상 복구 해야 함.)

 전역 포인터(global pointer, $gp)
정적 데이터를 가리키는데 사용하도록 예약된 레지스터.

 프로시져 프레임(procedure frame)
레지스터에 들어가지 못할만큼 큰 배열이나 구조체같은 지역 변수를 저장하는데에도 스택을 사용하게 되는데. 이 떄에 프로시져의 $s 레지스터들과 지역 변수를 저장하는 스택(stack) 부분을 말하며 액티베이션 레코드라고도 한다.

 프레임 포인터($fp)
프로시져의 저장된 레지스터와 지역 변수의 위치를 표시하는 값.

* 메모리의 사용 시에 스택은 최상위 주소에서부터 시작해서 아래쪽으로 자라며 아래와 같은 모양이다.
$sp -> 7fff fffc     ────────
                                            stack
                                             ↓
 
                                             ↑
                                    dynamic data (heap)
$gp -> 1000 8000 ────────
                                        static data
$gp -> 1000 0000 ────────
                                             text
pc  -> 0040 0000 ────────
                                           사용유보
                            0 ────────

 텍스트 세그먼트(text segment)

Unix 목적 파일에서 원시 파일 루틴의 기계어가 수록된 부분.

 PC-상대주소지정방식(PC-relative addressing)

PC와 명령어 내 상수의 합이 실제 주소가 되는 주소 지정방식으로 32bit 명령어를 만드는 방식이기도 하다.

 

 MIPS 주소지정방식

1. 수치(immediate) 주소지정 ... 피연산자는 명령어 내에 있는 상수이다.           [ op ][ rs ][ rt ][    수   치   값    ]

2. 레지스터 주소지정 ... 피연산자는 레지스터이다.
   [ op ][ rs ][ rt ][ rd ][ ... ][ funct ]
               └────────→ [      레지스터     ]

3. 베이스(base) 또는 변위(displacement) 주소시정 ... 메모리 내용이 피연산자이다. 
  메모리 주소는 레지스터와 명령어 내의 상수값을 더해서 구한다.
   [ op ][ rs ][ rt ][    Address    ]
               └───────┐                                  메모리
                                               (+) ──→ [ 바이트 | 하프워드|     워드       ]
             [      레지스터     ]──┘

4. PC-상대주소지정 ... PC값과 명령어 내 상수의 합을 더해서 주소를 구한다.
   [ op ][ rs ][ rt ][    Address    ]
               └───────┐                                  메모리
                                               (+) ──→[                 워드                 ]
             [      레지스터     ]──┘

5. 의사직접(pseudodirect) 주소지정 ... 명령어 내의 26비트를 PC의 상위 비트들과 연접하여 점프주소를 구한다.
   [ op ][              Address            ]
               └───────┐                                  메모리
                                               (:) ──→ [ 바이트 | 하프워드|     워드       ]
             [           PC        ]──┘

참조 :  http://cluster1.cafe.daum.net/_c21_/bbs_search_read?grpid=1Iply&fldid=Hsaf&datanum=238&openArticle=true&q=%BA%B9%B1%CD%20%B8%ED%B7%C9%BE%EE&re=1