[CA] Chapter 1-2: MIPS(MAPS)

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MIPS Arithmetic Instructions

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부호 있는 연산(signed)(add, sub): 음수 표현이 가능한 2의 보수(two’s complement) 방식으로 연산. 오버플로우 확인
부호 없는 연산(unsigned)(addu, subu): 모든 비트를 양수로 취급. 오버플로우 확인X.

• mult: 32bits × 32bits = 최대 64bits 결과가 나올 수 있어 special register(hi, lo)를 사용.
  • hi: 상위 32bits 저장
  • lo: 하위 32bits 저장
• div: 나눗셈 결과는 두 부분으로 나뉨.
  • lo: 몫(quotient) 저장
  • hi: 나머지(remainder) 저장

Example: FACTORIAL OF N

# 팩토리얼 계산 예제(n! 계산)
# 입력: $s1 = n
# 출력: $t0 = n!

move $t0, $s1    # result = n
addi $s1, $s1, -1  # n = n - 1

factorial_loop:
    mul $t0, $t0, $s1  # result *= n
    addi $s1, $s1, -1  # n -= 1
    bne $s1, $zero, factorial_loop  # if n != 0, repeat

• Branch Instructions:
  • bne $s1, $zero, factorial_loop: $s1 값이 0이 아니면 factorial_loop 레이블로 점프
  • 기타 branch instructions - beq src1, src2, label: 두 값이 같으면 branch (Branch if Equal)

MARS Simulation

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MIPS 프로그램은 두 가지 주요 세그먼트로 구성된다.

# 기본 MIPS 프로그램 템플릿
.text             # text segment 시작
main:             # 프로그램 시작점
    # 여기에 명령어 작성
    
    # 프로그램 종료
    li $v0, 10    # exit 시스템 콜 코드
    syscall       # 시스템 콜 실행

.data             # data segment 시작
    # 여기에 변수 정의
    message: .asciiz "Hello, World\n"  # 문자열 변수
    array:   .word 1, 2, 3, 4, 5       # 정수 배열
# 이 밑에는 function .text 작성가능

text segment(.text)

• 실행 가능한 code 저장
• 주요 요소:
  • main: 프로그램 시작점
  • 레이블: 함수나 점프 위치를 표시 (예: factorial_loop:)
  • 명령어: 실제 실행할 MIPS 명령어들

Data segment(.data)

• 정적 데이터(변수) 저장
• 데이터 타입:
  • .asciiz: null로 끝나는 문자열 (예: message: .asciiz "Hello")
  • .ascii: null로 끝나지 않는 문자열
  • .word: 32비트 정수 (예: array: .word 1, 2, 3, 4)
  • .half: 16비트 정수
  • .byte: 8비트 정수
  • .space n: n바이트 공간 할당

System Calls

• MIPS에서는 syscall 명령어를 사용하여 운영체제 서비스 호출 가능
• 주요 syscall code:
  • $v0 = 1: 정수 출력 (인자: $a0 = 출력할 정수)
  • $v0 = 4: 문자열 출력 (인자: $a0 = 문자열 주소)
  • $v0 = 5: 정수 입력 (반환: $v0 = 입력된 정수)
  • $v0 = 8: 문자열 입력 (인자: $a0 = 버퍼 주소, $a1 = 버퍼 길이)
  • $v0 = 10: **프로그램 종료 **
• 합 계산 예제

# 1 + 2 + 3 + ... + n 계산
# 입력: $s1 = n
# 출력: $t0 = 합계

move $t0, $zero    # 합계 초기화: sum = 0
move $t1, $zero    # 카운터 초기화: i = 0

loop:
    addi $t1, $t1, 1    # i = i + 1
    add $t0, $t0, $t1   # sum = sum + i
    bne $t1, $s1, loop  # i != n이면 반복

카운터 증가: addi $t1, $t1, 1
현재 카운터 값을 합계에 추가: add $t0, $t0, $t1
반복 조건 확인: bne $t1, $s1, loop