add a, b, c #The sum of b and c is placed in a
add a, a, d #The sum of b,c and d is now in a
add a, a, e #The sum of b,c,d and e is now in a
Assembly
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고급 프로그래밍 언어와는 달리 한 줄에 명령어 하나만을 쓸 수 있으며, 줄이 끝나면 주석도 끝난다는 점이 C와 다르다.

덧셈 연산의 피연산자(operand)는 더해질 숫자 2개와 합을 기억할 장소 하나, 모두 3개인 것이 자연스럽다. 모든 명령어가 반드시 3개씩 갖도록 제한하는 것은 하드웨어를 단순하게 만들 수 있다.

따라서 하드웨어 설계 3대원칙 중 첫번째를 도출할 수 있다.

간단하게 하기 위해서는 규칙적인 것이 좋다.

Examples

a = b + c;
d = a - e;
C
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add a, b, c
sub d, a, e
Assembly
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C 명령어에서 MIPS 어셈블리 언어 명령어로의 변환은 컴파일러에 의해 이루어진다.

컴파일러가 생성한 MIPS코드는 위와 같을 것이다.

f = (g + h) - (i + j);
C
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add t0, g, h
add t1, i, j
sub f, t0, t1
Assembly
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MIPS 명령어는 한번에 하나의 연산만 가능하다는 것을 기억하자.

다음과 같은 C문장을 컴파일러는 복수의 명령어로 나누어야 한다.

컴파일러는 t0라는 임시 변수를 생성해 g와 h의 합을 구하고 결과를 t0에 저장한다.

다음 연산은 뺄셈이지만, 뺄셈 이전에 i와 j의 값을 구할 필요가 있다. t1이라는 임시변수를 만들어 i+j의 값을 저장하자.

마지막으로 f에 t0와 t1의 차를 저장하면 끝이다.

Operand

상위 수준 언어 프로그램과는 달리 산술 명령어의 피연산자에는 제약이 있다.

레지스터라고 하는 하드웨어로 직접 구현된 특수 위치 몇곳에 있는 것만을 사용할 수 있다.

MIPS 구조에서 레지스터의 크기는 32비트다. MIPS에서는 32비트가 한 덩어리로 보통 처리되므로 이를 워드라고 부른다.

프로그래밍 언어의 변수와 레지스터의 큰 차이점 중 하나는 레지스터의 수가 한정되어 있다는 점이다.

레지스터 개수를 32개로 제한하는 이유는 하드웨어 기술의 3가지 설계 원칙 중 2번째 원칙에서 찾을 수 있다.

작은 것이 더 빠르다.

그러나 작은 것이 무조건 빨라지지는 아님을 명심하라.

레지스터가 31개라고 해서 32개보다 빨라지지는 않는다. → 회로와 연관되어있음

명령어를 작성할 때 단순하게 레지스터 번호를 사용할 수 있지만 MIPS에서는 $ 기호 뒤 두 글자가 나오는 이름을 사용할 것이다.

다음 예제를 다시 살벼보자.

f = (g + h) - (i + j);
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add $t0, $s1, $s2
add $t1, $s3, $s4
sub $s0, $t1, %t2
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Memory Operand

안타깝게도 프로그래밍 언어에는 단순 변수 외에도 배열이나 구조체와 같은 복잡한 자료구조 투성이이다. 이런 구조를 위해서 컴퓨터는 메모리를 사용한다.

레지스터는 소량의 데이터만을 다룰 수 있지만, 컴퓨터 메모리는 수십억개의 데이터를 저장한다.

MIPS의 산술연산은 레지스터에만 실행되므로 메모리 레지스터 간의 데이터를 주고받는 명령어가 있어야 한다. 이런 명령어를 데이터 전송 명령어(data transfer insruction)라고 한다.

메모리에 기억된 데이터 워드에 접근하려면 메모리 주소(memory address)를 지정해야 한다.

메모리는 주소가 인덱스 역할을 하는 1차원 배열이다. 주소는 0부터 시작한다.

세번쩨 데이터 주소는 2이고, Memory[2]의 값은 10이다.

메모리에서 레지스터로 데이터를 복사하는 명령을 적재(load)라고 한다.

레지스터 ← 메모리 로 데이터를 읽는 입장이기 때문

lw save_reg, memory_access_reg
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Examples

g = h + A[8];
C
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lw $t0, 8($s3)
add $s1, $s2, $t0
Assembly
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A는 100워드 배열이고, 변수 g,h는 레지스터 $s1, $s2에 할당되었다고 하정한다.

배열의 시작주소가 $s3에 기억되어 있다고 할 때 다음 C 문장을 컴파일하면 오른쪽과 같이 변환된다.

적재와 반대로 레지스터에서 메모리로 데이터를 보내는 명령을 저장(store)이라고 한다. 저장 명령의 생김새는 적재와 같다. 연산자 이름, 저장할 데이터를 갖고 있는 레지스터, 배열 원소 선택에 사용할 변위, 베이스 레지스터로 구성된다.

Examples

A[12] = h + A[8];
C
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lw $t0 32($s3)
add $t0, $s2, $t0
sw $tw, 48($s3)
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변수 h가 레지스터 $s2에 할당되어 있으며 배열 A의 시작주소는 $s3에 들어있다고 가정하자. 다음 C 문장을 MIPS 어셈블리 프로그램을 바꾸면 이렇게 번역된다.

아까와는 말이 다르다. 8과 12가 32와 48로 4배나 뻥튀기 되었다!

이게 무슨 개소리인가!

Hardware / Software Interface 1

컴파일러는 배열이나 구조체와 같은 자료구조를 메모리에 할당하는 일도 담당한다.

프로그램에서는 바이트를 많이 쓰므로 대부분의 컴퓨터는 바이트 단위로 주소를 지정한다.

워드

워드 주소는 워드를 구성하는 4바이트 주소 중 하나를 사용한다.

즉, 연속된 워드의 주소는 4씩 차이가 나며 MIPS에서 워드의 주소는 항상 4의 배수여야 한다.

이처럼 메모리 내에서 데이터가 자연스러운 경계를 지켜 정렬되어야 하는 제약을 정렬 제약(alignment restriction)이라고 한다.

Big Endian and Little Endian

추후 추가 예정

바이트 주소의 사용은 배열의 인덱스에도 영향을 미친다.

앞의 코드에서 바이트 주소를 제대로 구하려면 워드 주소 * 4를 해야한다.

Hardware / Software Interface 2

Constants

프로그램의 연산에서 상수를 사용하는 경우는 많이 있을 것이다.

이제까지 배운 명령어만으로 상수를 사용하려면 메모리에서 상수를 읽어와야 한다.

상수는 프로그램이 적재될 때 메모리에 넣어진다.

lw $t0, AddrConstant4($s1) #$t0 = constant4
add $s3, $s3, $t0          #$s3 = $s3 + $t0 ($t0 == 4)
Assembly
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여기서 $s1 + AddrConstant4는 상수 4가 저장된 메모리 주소라고 가정한다.

이렇게 사용하는 것도 가능은 하겠지만, 메모리에서 레지스터로 값을 복사하는 것은 생각보다 코스트가 비싼 행동이다.

따라서 적재 명령을 사용하지 않으려면, 피연산자가 상수인 산술 연산을 새로 만드는 방법이 있다.

이 상수를 수치(immediate) 피연산자라고 한다.

addi $s3, $s3,4            #$s3 = $s3 + 4
Assembly
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메모리에서 상수를 가져오는 것 보다 훨씬 빨라지고 에너지를 덜 소모한다.

상수 중 0은 중요한 역할을 한다. 명령어에 여러가지 변형 기출을 제공할 수 있다.

복사(move)연산은 피연산자 중 하나가 0인 add명령어다.

따라서 MIPS에서는 레지스터 $zero를 값으로 묶도록 회로가 구현되어있다.

Signed and Unsigned

생략해도 될듯?

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Lecture 05 : 2.5~2.6