寫在前面

本文是根據(jù)"MIPS Assembly Language Programming CS50 Discussion and Project Book. Daniel J. Ellard"總結(jié)的。其中有大量的翻譯文體以及個(gè)人的看法想法，當(dāng)然，內(nèi)容沒有書上那么詳盡。

這一章節(jié)會涉及MIPS的變量的聲明、數(shù)據(jù)的輸入輸出、取地址、分支跳轉(zhuǎn)語句(用以實(shí)行循環(huán)、判斷等)，基本上對應(yīng)于任何一門高級語言的最基本操作。

簡介

機(jī)器語言

正如我們在前一章中所看到的，計(jì)算機(jī)指令可以表示為位序列。一般來說，這是程序可能的最低表示級別——每條指令都相當(dāng)于CPU的單個(gè)不可分割的動作。這種表示被稱為機(jī)器語言，因?yàn)樗菣C(jī)器可以直接“理解”的唯一形式

匯編語言

一個(gè)高一層的表示(而且對人類來說更容易使用)稱為匯編語言。匯編語言與機(jī)器語言有著非常密切的關(guān)系，通常有一種直接的方法將匯編語言編寫的程序翻譯成機(jī)器語言。(此算法通常由一個(gè)名為匯編程序(assembler)的程序?qū)崿F(xiàn)。)

因?yàn)闄C(jī)器和匯編語言關(guān)系很近，每個(gè)不同的機(jī)器體系結(jié)構(gòu)通常都有自己的匯編語言(事實(shí)上，每個(gè)體系結(jié)構(gòu)可能有幾個(gè))，并且每個(gè)都是唯一的。用 assember(而不是機(jī)器語言)編程的優(yōu)勢在于，匯編語言更容易讓人閱讀和理解。

開始編程

在這一章節(jié)中不會正式介紹所有指令，只是為了熟悉匯編和部分算法

1. 初步了解匯編

涉及到的新指令/標(biāo)簽

#

/**/

li

add

main

addi

syscall

正文

下面由一個(gè)add.asm為例開始了解匯編(語法結(jié)構(gòu)等等)，且暫時(shí)不嚴(yán)格要求指令之間的不同之處(后續(xù)會介紹具有類似功能的指令也會有一些差異)

1.1 注釋

在開始編寫程序的可執(zhí)行語句之前，我們需要編寫一個(gè)描述程序應(yīng)該做什么的注釋。

#和/**/都可以寫注釋

1.2 尋找正確的指令

由于MIPS體系結(jié)構(gòu)的指令相對較少，很快你就會記住你需要的所有指令，但是隨著你開始，你需要花一些時(shí)間瀏覽指令列表，尋找那些你可以用來做你想做的事情的指令。這些可以在第二部分找到。

加法運(yùn)算需要三個(gè)操作數(shù)(operant)

li(load immediate value)：將32位常量(32-bit constant)放入指定寄存器中

# add.asm

# begin of add.asm

li $t1,1 #load 1into register $t1

add $t0,$t1,2 #$t0 = $t1 + 2

1.3 補(bǔ)全程序

上面兩條指令執(zhí)行我們想要的計(jì)算，但它們并不構(gòu)成一個(gè)完整的程序。與C類似，匯編語言程序必須包含一些附加信息，這些信息告訴匯編程序的開始和結(jié)束位置。此信息的確切形式因匯編程序而異(請注意，對于給定的體系結(jié)構(gòu)，可能有多個(gè)匯編程序，而對于MIPS體系結(jié)構(gòu)，可能有多個(gè)匯編程序)。本教程假設(shè) SPIM被用作匯編和運(yùn)行時(shí)環(huán)境。

(1)Label和main

標(biāo)簽(Label)是內(nèi)存中地址的符號名稱。在MIPS程序集中，標(biāo)簽是符號名(遵循與C符號名相同的約定)，后跟冒號(colon)。

使用不同形式的Label可以很好地將指令分類，在執(zhí)行程序之前，我們需要告訴匯編程序從哪里開始。在SPIM中，程序的執(zhí)行從帶有標(biāo)簽main的位置開始。

內(nèi)存中的一個(gè)位置可能有多個(gè)標(biāo)簽。因此，為了告訴 SPIM應(yīng)該將label main分配給程序的第一條指令。

# add.asm

# begin of add.asm

main:

li $t1,1 #load 1into register $t1

add $t0,$t1,2 #$t0 = $t1 + 2# end of add.asm

注意，SPIM匯編程序不允許將指令名用作標(biāo)簽。因此，不允許使用名為add的標(biāo)簽，因?yàn)榇嬖谕噶睢?當(dāng)然，由于指令名都很短而且相當(dāng)通用(li, lw等)，因此它們通常不會生成非常描述性的標(biāo)簽名。)

(2)syscall調(diào)用

程序的結(jié)尾與C類似，在C中可以調(diào)用exit函數(shù)來停止程序的執(zhí)行，停止MIPS程序的一種方法是使用類似于在C中調(diào)用exit的方法。

但是，與C不同，如果忘記“調(diào)用exit”，則當(dāng)程序到達(dá)主函數(shù)的末尾時(shí)，它可能不會直接退出。相反，它會在內(nèi)存中出錯(cuò)，將找到的任何內(nèi)容解釋為執(zhí)行指令。

使用 syscall告訴 SPIM它應(yīng)該停止執(zhí)行的程序，以及執(zhí)行許多其他有用的事情的方法。syscall指令暫停程序的執(zhí)行，并將控制權(quán)傳輸?shù)讲僮飨到y(tǒng)。然后，操作系統(tǒng)查看寄存器$v0的內(nèi)容，以確定程序要求它執(zhí)行的操作。

這通過在執(zhí)行syscall指令之前將10(exit syscall的編號)放入 $v0來完成的

# add.asm

# begin of add.asm

main:

li $t1,1 #load 1into register $t1

add $t0,$t1,2 #$t0 = $t1 + 2# exit

li $v0,10syscall

# end of add.asm

2. 了解syscall

新指令/標(biāo)簽

.data

.text

move

syscall 1

syscall 5

syscall 10

正文

算法中我們還不知道該怎么做的部分是從用戶那里讀取數(shù)字，并打印出，這兩個(gè)操作都可以通過系統(tǒng)調(diào)用完成。

2.1 讀取和打印整數(shù)

在C中，我們?nèi)绻蛴≥敵鲆粋€(gè)數(shù)字：printf("%d",x);， 但是那么在 mips是沒有這樣的一個(gè)print指令的，唯一一個(gè)可以用于輸出的指令是syscall，在特定條件下它是可以起到輸出的作用的。它的使用要配合其他的寄存器($v0)，$v0中儲存不同的值在調(diào)用syscall時(shí)會有不同的作用

$v0 = 1, syscall -> print_in (output)

$v0 = 5, syscall -> read_in (into $v0, input)

$v0 = 10, syscall -> exit

(1)syscall 1

我們現(xiàn)在知道怎樣將syscall的作用定義為打印輸出(即完成了%d部分)，但是我們要打印輸出哪個(gè)寄存器的內(nèi)容呢(即找出需要被打印的x)？在mips中syscall只能打印$a0中的內(nèi)容(無法指定被打印的寄存器)，為此，我們需要將x(位于某個(gè)寄存器)的值存儲至$a0寄存器，供syscall調(diào)用和輸出。MIPS中有一個(gè)move指令，它將一個(gè)寄存器的內(nèi)容復(fù)制到另一個(gè)寄存器中。

# print_in: 1addi $t0, $zero,1move $a0,$t0 #不推薦使用li給$a0賦值，那樣就不是打印$t0的內(nèi)容了，沒有意義

li $v0,1# 將1存儲至$v0中，提示syscall的作用為打印整數(shù)

syscall

(2)syscall 5

# read and print Integer

# $t0-used to hold the first number

# $t1-used to hold the second number

# $t2-used to hold the sum of the $t1 and $t2

# $v0-syscall paramenter and returnvalue

# $a0-syscall parameter

# start

main:

#get the first number fromuser, put into $to

li $v0,5 #load syscall read_int(5 represents this) into $v0

syscall #make the syscall

# 這之后在控制臺輸入一個(gè)整數(shù)并回車，用戶輸入的數(shù)據(jù)將被存儲在$v0中

move $t0,$v0 #move the number(5) read into $t0

#get the second number fromuser, put into $t1

li $v0,5 #load syscall read_int(5 represents this) into $v0

syscall #make the syscall

move $t1,$v0 #move the number(5) read into $t1

# sum, put into $t2

add $t2,$t0,$t1

# printout$t2

move $a0,$t2 # move the number to print into $a0

li $v0,1# load syscall print_int into $v0

syscall # make the syscall

# exit

li $v0,10 # syscall code 10 is forexit

syscall

# end

2.2 hello world

新指令/標(biāo)簽

la

.asciiz

.ascii

.byte

syscall 4

正文

$v0 = 4, syscall -> print_string (output)

我們需要將被打印字符串 "hello world" 的地址放入$a0中，將$v0的值設(shè)為4，再進(jìn)行syscall的調(diào)用輸出即可。接下來我們會學(xué)習(xí)如何定義一個(gè)(字符串)變量并使用它。

像是在C語言中一樣，MIPS中也可以對地址進(jìn)行調(diào)用，而這里我們定義了變量后如果想要對這個(gè)變量調(diào)用可以通過訪問其變量名存儲的地址來實(shí)現(xiàn)。指令la可以獲取并存儲變量地址。

字符串“Hello World”不應(yīng)該是程序的可執(zhí)行部分(包含要執(zhí)行的所有指令)的一部分，該部分稱為程序的文本段 (text segment)。相反，字符串應(yīng)該是程序使用的數(shù)據(jù)的一部分，按照慣例，它存儲在數(shù)據(jù)段中。MIPS匯編程序允許程序員通過使用幾個(gè)匯編程序指令來指定在程序中存儲每個(gè)項(xiàng)的段。

為了在數(shù)據(jù)段中放置一些東西，我們需要做的就是在定義它之前放置一個(gè)· .data。.data指令和下一個(gè) .text指令(或文件結(jié)尾)之間的所有內(nèi)容都被放入數(shù)據(jù)段中。注意，默認(rèn)情況下，匯編程序從文本段開始，這就是為什么即使我們沒有明確提到要使用哪個(gè)段,早期的程序仍舊工作正常。

我們還需要知道如何定義和為空結(jié)束的字符串分配空間。在MIPS匯編程序中，這可以使用 .asciiz(ASCII，以零結(jié)尾的字符串)指令來完成。對于以非空結(jié)尾的字符串，可以使用 .ascii指令(directive)

.data

hello_msg: .asciiz"hello world\n"# 這里\n依舊有效.text

main:

la $a0, hello_msg # load the addr of hello_msg into register $a0

li $v0,4syscall

# exit

li $vo,10syscall

數(shù)據(jù)段中的數(shù)據(jù)被組裝到相鄰的位置。因此，有很多方法可以聲明字符串“Hello World\n”并獲得相同的準(zhǔn)確輸出。嘗試各種方法的輸入輸出可以很快地熟悉這門語言。

# Method 1.data

hello_msg: .ascii"Hello".ascii" ".ascii"World".ascii"\n".byte 0 # a 0 byte# Method2.data

hello_msg: .byte 0x48 # hex for ASCII "H".byte 0x65 # hex for ASCII "e".byte 0x6C.byte 0x6C.byte 0x6F# ... # and so on

.byte 0xA # hex forASCII newline

.byte 0x0 # hex for ASCII NULL

2.3 條件執(zhí)行

新指令/標(biāo)簽

bgt

b endif, endif 為標(biāo)簽名

正文

我們將編寫的下一個(gè)程序?qū)⑻接懺贛IPS匯編語言中實(shí)現(xiàn)條件執(zhí)行的問題。

我們將要編寫的實(shí)際程序?qū)挠脩裟抢镒x取兩個(gè)數(shù)字，并打印出其中較大的一個(gè)。

下面我們先用占位符(placeholder comment)代表這個(gè)操作表示出該算法：

# start

.text

main:

# Get first numberfromuser, put into $t0.

syscall # make the syscall.

move $t0, $v0 # move the number read into $t0.

# Get second numberfromuser, put into $t1.

li $v0,5# load syscall read_int into $v0.

syscall # make the syscall.

move $t1, $v0 # move the number read into $t1.

# (placeholder comment)

# put the larger of $t0 and $t1 into $t2.

# Printout$t2.

move $a0, $t2 # move the number to print into $a0.

li $v0,1# load syscall print_int into $v0.

syscall # make the syscall.

# exit

li $v0,10 # syscall code 10 is forexit.

syscall # make the syscall.

# end

分支指令之一是 bgt。bgt指令有三個(gè)參數(shù)。前兩個(gè)是數(shù)字，最后一個(gè)是標(biāo)簽。

如果第一個(gè)數(shù)字大于第二個(gè)數(shù)字，則應(yīng)在標(biāo)簽處繼續(xù)執(zhí)行；

否則將在下一條指令處繼續(xù)執(zhí)行。

另一方面，b指令只是分支到給定的標(biāo)簽。(無條件跳轉(zhuǎn))

占位符所在位置的程序：

# bgt, branch greater than

bgt $t0, $t1, t0_bigger #if &to>$t1, branch to t0_bigger

move $t2, $t1 #elsecopy $t1 into $t2

b endif # and then branch to endif

# b endif：一次判斷賦值后直接跳轉(zhuǎn)至結(jié)尾防止重復(fù)賦值

t0_bigger:

move $t2, $t0 # copy $t0 into $t2

endif:

完整的程序：

# start

.text

main:

# the first numberfrom user/(console)

li $v0,5syscall

move $t0,$v0

# the second numberfrom user/(console)

li $v0,5#由于第一個(gè)數(shù)的獲取，此時(shí)的$v0可能不是5，需要重新賦值

syscall

move $t1,$v0

# judge

bgt $t0,$t1,int_greater #ifmove $a0,$t1 #elseli $v0,1 # set$v0

syscall # print(make syscall)

b endif # branch to end

int_greater:

move $a0,$t0 # ifSo-then

li $v0,1 # set$v0

syscall # print(make syscall)

endif:

# exit

li $v0,10 # set$v0

syscall # exit(make syscall)

# end

至此，本次內(nèi)容基本結(jié)束，一些更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如數(shù)組的聲明)和算法(如對應(yīng)于C語言中的switch)可以通過對下一章介紹的指令集的內(nèi)容自行研究。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的mips中的li_MIPS学习笔记（一）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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