[컴퓨터구조] week2

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Operation and Operand

Arithmetic Operation

$Instruction = Opcode + Operand$

의미	Instructions
a = b+c	add a, b, c
a = b+c+d+e	add a,b,c
	add a,a,d
	add a,a,e
f = (g+h)-(i+j)	add t0, g, h
	add t1, i, j
	sub f, t0, t1

Operation 수헹

	역할	add a, b, c 수행 시
Registers	Operand의 값 저장	a, b, c 값 저장
ALU (Arithmetic Logic Unit)	Operation 수행	add 등의 연산
Control Unit	ALU와 register 동작 제어	order add to ALU

Register Operand

No.	Name	Purpost
0	$zero	0
2-3	$v0-$v1	return value
4-7	$a0-$a3	Arguments (params)
8-15	$t0-$t7	temporaries
16-23	$s0-$s7	saved
24-25	$t8-$t9	temporaries
28	$gp	global pointer
29	$sp	stack pointer
30	$fp	frame pointer
31	$ra	return address

Appications

Register Operand

의미	Instructions
f = (g+h)-(i+j)	add t0, g, h
	add t1, i, j
	sub f, t0, t1

f, g, h, i, j - $s0 ~ $s3에 할당
$s: 메모리에 저장

Memory

의미	Instructions
g = h + A[9]	lw $t0, 8($s3)
	add $s1, $s2, $t0

$s1 = g
$s2 = h
$3 = Base Addr of arr A

• Data transfer instructions:
  load > (mem to reg),
  store > (reg to mem)
• A[8] -> Base Addr + offset 8

Instruction and Offset by Data Size

Data Size	load	store	offset 단위	A[8]접근
Word	lw	sw	4	32($3)
Half Word	lh	sh	2	16($s3)
Byte	lb	sb	1	8($s3)

Constant or Immediate Operands

Operand 하나가 상수일 경우

구분	필요 Inst
4를 변수에 넣고 a과 합산	변수에 4할당 -> load var -> add
4 to a	add only

상수 Operand지원
addi: add immediate
addi $s3, $s3, -4 subtract immediate 지원 불가

MIPS Register 0: $zero

write 불가능
1. add $t2, $s1, $zero means $t2 = $s1
2. nor $t2, $s1, $zero means ~$s1

Instruction

Instruction Set

Instruction: HW를 위한 명령어
Instruction Set:

• Inst 모음 > 어휘
• CPU 구조의 상이함으로 컴퓨터마다 상이하지만 간단하고 공통됨

MIPS ( Microprocessor w/o Interlocked Pipeline Stages )

구분	Desc.	Instructions
Arithmetic	산술 연산	add, addi, sub
Logical	bit-by-bit AND, OR, NOR 등의 bitwise 논리연산	andi, ori, nori, sll, srl
Data Transfer	레지와 멤 간의 데이터 이동	lw, lh, lb, sw, sh, sb
Branch/Jump	Instruction흐름의 변경
	- Conditional branch: 조건에 따른 흐름 변경	beq, bne, slt, slti, j, jr, jal
	- Unconditional Jump: 무조건 흐름 변경

** Arithmetic And Logical Operaion are Data Procession

산술 논리 연산의 표현

R format

• Register Operand * 3
• op(6 bits), rs(5), rt(5), rd(5), shamt(5), funct(6)
  - op: Operation Code
  - rs: 1st Src Register #
  - rt: 2nd src register #
  - rd: Destination Register # - 연산결과 저장
  - shamt: shift amount - shift 연산 시 사용
  - funct: function code ( extends opcode )
  - 명령어 구분
  • Op코드 구분은 funct 연산자로 구분

I format

• Register Operand * 2 + Immediate ( Constant )
• Immediation 산술 논리 및 데이터 전송 연산 / Conditional Branch
• op(6), rs(5), rt(5), constanct or address (16)
  - Constanct: $-2^{15}$ to $+2^{15}$ (sign extension)
  • Address: rs의 base address에 더해지는 offset

J format

• Unconditional Jump
• op(6), Address(26)

Logic Operation

Ops	C	MIPS
Shift Left	<<	sll
Shift Right	>>	srl
Bitwise AND	&	and, andi
Bitwise OR	|	or, ori
Bitwise NOT	~	nor

not 표현: nor $s1, $s2, $zero: $s1 = ~($s2|$zero) = ~$s2

Data Transfer 연산 표현

• Register Operand * 2 + offset
• Assembly Lang: OpCode $s1 Offset($s2)
• Machine Lang: I-format
• op(6), rs(5), rt(5), constant or address (16)

Character Data

• 알파벳, 숫자, 기호, 특수문자: ASCII 1byte 표현
• 한글: Unicode 2bytes

	load	store	note
byte ops	load byte (lb)	store byte (sb)	sign-extension
halfword ops	load halfword (lh)	store halfword (sh)	sign-extension
unsigned byte ops	load byte unsigned (lbu)
unsigned halfword ops	load halfword unsigned (lwu)

• Unsigned byte means Unsigned char
• signed -128 ~ 127 (1): 32-bit 확장 시 sign-extension 필요
• unsigned 0 ~ 255 (0)

32-bit Constant Data

• load upper immediate (lui): 최상위 16-bit에 상수값 기록
• lui(15), 0(5), rt(5), constant(16)
• rt의 최상위 16-bit에 constant 기록

lui $40, 61 ➡️ $s0 = 61 << 16
to
ori $s0, $s0, 2304 ➡️ $s0 = $s0 | 2304

immediate 연산은 16-bit 데이터만을 표현
ori $s1, $zero, 100 to $s1 = 100