[컴퓨터시스템구조] 04. MIPS 명령어(add, sub, addi, zero)

산술 연산

• 덧셈, 뺄셈 : 피연산자가 세개
  
  • 두 개의 소스와 하나의 대상

add a, b, c       # a = b + c
sub a, b, c       # a = b - c

 

• 디자인 원칙 1: 단순은 규칙을 선호한다.
  
  • 규칙성이 있으면 구현이 더 간단하다.
  • 단순성은 더 낮은 비용으로 더 높은 성능이 가능하다.

 

산술 예제

• C 코드

f = (g + h) - (i + j);

 

• MIPS 코드

add t0, g, h     # temp t0 = g + h
add t1, i, j       # temp t1 = i + j
sub f, t0, t1     # f = t0 - t1

 

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레지스터 피연산자

• 산술 명령어는 레지스터 피연산자를 사용한다.
• MIPS에는 32비트 × 32개 레지스터 파일이 있다.
  
  • 자주 액세스하는 데이터에 사용
  • 0~31번
  • 워드(word) : 32비트 데이터
• 어셈블러 이름
  
  • 임시 값(temporary) : $t0, $t1, …, $t9
  • 저장된 변수(saved) : $s0, $s1, …, $s7
    
    
• 디자인 원칙 2: 작을수록 빠르다
  
  • 참조) 메인 메모리: 수백만 개의 위치

 

레지스터 피연산자 예제

• C 코드

f = (g + h) - (i + j);
# f, …, j : $s0, …, $s4

 

• MIPS 코드

add $t0, $s1, $s2
add $t1, $s3, $s4
sub $s0, $t0, $t1

 

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메모리 피연산자

• 복합 데이터에 사용되는 메인 메모리
  
  • 배열, 구조, 동적 데이터
• 산술 연산을 적용하려면
  
  • 1. 메모리 값 → 레지스터로 로드
  • 2. 레지스터 결과 → 메모리에 저장
• 메모리는 바이트 주소로 지정된다.
  
  • 각 주소는 8비트 바이트를 식별
• 워드는 메모리에 정렬된다.
  
  • 주소는 4의 배수
• MIPS는 빅 엔디안
  • 최상위 바이트는 워드의 최하위 주소
  • 참조) 리틀엔디안: 최하위 바이트는 최하위 바이트

 

메모리 피연산자 예제 1

• C 코드

g = h + A[8];
# g : $s1, h : $s2, A의 베이스 주소 : $s3

 

• MIPS 코드
  • 8개 인덱스에는 32개 오프셋이 필요(word당 4 바이트)

lw $t0, 32($s3)           # load word, 32 : 오프셋
add $s1, $s2, $t0

 

• A를 X라고 할 때 A[8]의 주소
  • &A[8] = X + 32 (32인 이유는 4*8)
  • 32($s3) : $s3이라는 주소에 32(오프셋)를 더한 주소

 

메모리 피연산자 예제 2

• C 코드

A[12] = h + A[8];
# h : $s2, A의 베이스 주소 : $s3

 

• MIPS 코
  
  • 8개 인덱스에는 32개 오프셋이 필요

lw $t0, 32($s3)        # load word, 32($s3) 주소의 값을 $t0에 넣어라
add $t0, $s2, $t0
sw $t0, 48($s3)        # store word, $t0이 값을 48($s3) 주소에 넣어라

 

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레지스터 vs 메모리

• 액세스 속도 : 레지스터가 메모리보다 더 빠르다.
• 메모리 데이터 작업에는 로드 및 저장이 필요
  
  • 실행해야 할 추가 명령
• 컴파일러는 변수에 대해 가능한 한 레지스터를 사용
  
  • 덜 자주 사용되는 변수에 대해서만 메모리로 빼낸다.
  • 레지스터 최적화가 중요

 

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직접 피연산자(Immediate Operands)

• 명령어에 지정된 상수 데이터

addi $s3, $s3, 4
# i = i + 4, i += 4

 

• 뺄셈 직접 명령 subi는 없다.
  
  • '-'를 사용하면 된다.

addi $s2, $s1, -1

 

• 디자인 원칙 3: 일반적인 사례를 빠르게 만든다.
  
  • 작은 상수가 일반적이다.
  • 직접 피연산자는 로드 명령을 피한다.

 

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상수 제로

• MIPS 레지스터 0($zero) = 상수 0
  
  • 덮어쓸 수 없다.
• 일반적인 작업에 유용
  
  • 예: 레지스터 간 이동
  • add $t2, $s1, $zero