MIPS汇编语言(课堂提问)

NJUSTwang0429s计算机科学与工程学院MIPS汇编语言序言：Q1:

和高级语言相比，低级语言有何优缺点？优点：（1）可以直接访问系统接口，汇编程序翻译成的机器语言程序效率高；（2）直接控制硬件，充分发挥硬件功能；（3）汇编语言程序代码质量高，占用内存空间少，执行速度快。缺点：编写难，难修改，难维护。Q2：为何需要学习汇编语言？便于理解如何更好地编写高级语言代码；有利于深入了解程序执行过程；有助于对高级语言程序机制的理解；Q3：汇编源程序和汇编程序分别是什么？汇编源程序是用汇编语言编写的程序；汇编程序是将汇编源程序转化为机器能识别的机器代码；Q4：根据机器指令体系，CPU分为哪两大类？典型代表有哪些？CPU两种架构：CISC（复杂指令集计算机），RISC（精简指令集计算机）CISC：Intel、80X86、8086；RISC：ARM系列；架构Q1：学习MIPS架构需要了解哪四个主要方面的内容?（1）寄存器用途；（2）指令集；（3）寻址方式；（4）数据类型；Q2：数据类型和高级语言中的数据类型有何不同?汇编语言中指：数据长度，有无符号等；高级语言中：字符型、整形等；Q3：MIPS架构中通用寄存器有多少个?一个寄存器多少位?（1）3232Q4：用于传递函数输入实参的寄存器是哪些?（1）a0—a3编号：4—7；Q5：用于存放函数返回值的寄存器是哪些?（1）v0和v1编号：2和3；Q6：在MIPS程序中，函数Main调用函数A，函数Main中有一个t0寄存器存放某个重要值，但函数A中有改变t0寄存器值的指令，若不希望函数A返回后t0寄存器值被改变，根据编程约定，应该如何保证t0寄存器值不变。（1）在main中入栈；Q7：和上题类似，若函数Main使用s0寄存器存放某个重要值，该如何做呢？（1）在A中入栈；Q8：保留给OS使用的寄存器是哪些?

保留给汇编程序使用的寄存器是？在这段指令中有哪个？k0和k1编号：26和27；at编号：1；Q9：用于存放函数的返回地址的寄存器是哪个？存放栈顶地址的寄存器是哪个？（1）ra编号：31；（2）sp编号：29；Q10：HI寄存器用于存放什么数据？LO寄存器用于存放什么数据？HI：乘积的高32位、余数；（2）LO：乘积的低32位、商；Q11：简述汇编源程序执行过程？（1）汇编源程序->目标程序->可执行程序；Q12：程序计数器寄存器PC存放什么值？为何一次递增4？何时递增？存放将要取出执行的指令所在内存单元的地址；32位MPIPS架构中定义的所有指令长度都为32位，因此每条指令取出后，PC增量值为４；Q13：画一个64KB的存储器。先计算所需内存单元数；再执笔画；Q14：现有一个如下存储器，在对齐要求下，取出地址为0003的一个字节。取出地址为0002的一个半字。取出地址为0001的一个字。Q15：内存分为几个部分？地址范围、地址空间、数据段、堆栈段；Q16：指令寄存器IR存放什么？MIPS指令有几种格式?（1）IR存放最近一条取出的指令；（2）MIPS指令三种格式：R、I、J；Q17：R指令有几段？

举一个指令例子。（1）R指令一共有六段：操作码（op）寄存器（rs、rt、rd）移位数值、功能号；Q18：I指令有几段？举一个指令例子。（1）I指令一共4个域；（2）addi$rt,$rs,imm语意：R[rt]=R[rs]+(IR15)^16IR15-0Q19：J

指令有几段？举一个指令例子。(1)J指令一共2个域；（2）jtarget；Q20：结合指令动画理解三种格式指令并描述指令执行过程。IF（取指）从指令缓存中获取下一条指令，放入IR；RD（从寄存器堆读）解码指令，读取寄存器堆中相应寄存器的内容；ALU（运算）在一个时钟周期内完成ALU的运算，浮点和乘除法除外；MEM（访问数据缓存）按照指令给定的地址，将寄存器的值读入／写入数据缓存；WB（写回）操作完成后，将得到的值保存到寄存器堆。寻址方式和指令集：Q1：操作数寻址方式有哪几种？分别是什么含义？寄存器寻址、立即数寻址、存储单元寻址（３种）；寄存器寻址：在指令中指定寄存器名就是寄存器寻址；立即数寻址：满足了指令中需要常数的要求（I指令格式）；存储单元寻址：CPU访问主存只能通过取数／存数（＂load／Store＂）指令；Q2：采用立即数寻址的指令是什么格式？采用寄存器寻址的指令是什么格式？（１）I指令格式；（２）R指令格式；Q3：采用存储单元寻址的指令是什么格式？什么写法？可以直接访问内存的指令有哪些？（１）load／store架构；（２）取数据字指令lwrt,offset(rs)，存数据字指令swrt,offset(rs)；（３）Q4：为何需要目标地址寻址？（１）Q5：寄存器间接寻址为何称为间接？采用寄存器间接寻址的指令是什么格式？有哪些指令

因为寄存器间接寻址是将指定的寄存器内容为地址，由该地址所指定的单元内容作为操作数；R指令格式；Q6：伪直接寻址为何称为伪？采用伪直接寻址的指令是什么格式？有哪些指令

？由于目标地址的高４位不会改变，导致指令的跳转范围比整个寻址空间小；指令格式：J指令格式；例：jtarjet；Q7：相对寻址为何称为相对？采用相对寻址的指令是什么格式？如何计算Imm？相对寻址以程序计数器的当前值为基地址，指令中的地址标号作为偏移量，将两者相加后得到操作数的有效地址。I指令格式；Imm＝（ｙ－ｘ－４）＞＞２；y-x是目标地址和当前跳转指令的差值；Q8：从内存Mem取数据的指令有哪些？它们是什么种类的指令？取有符号字节类型数据指令格式lb；取无符号字节类型数据的指令lbu；取有符号半字数据类型指令lh取无符号半字类型数据指令lhu取字类型数据的指令lw加载立即数到寄存器指令lui存数据指令sbshsw；有关专用寄存器的指令mfhimflomthimtlo相关宏指令；Q9：带u和不带u指令的区别是什么？为何没有lwu？带ｕ指令对象为无符号型数据；不带ｕ的为有符号型数据；ｌｗ针对字类型数据字类型数据没有符号位；Q10：把寄存器中数据存放到Mem的指令有哪些？它们是什么种类的指令？（１）sbshsw（２）R型指令Q11：把HI寄存器值传送到通用寄存器的指令是什么？该指令是什么格式的？把通用寄存器值传送到LO寄存器的指令是什么？（１）mfhirdest（２）mfloRdest（３）mthiRsrc（４）mtloRsrcQ12：什么是宏指令？（１）宏指令是汇编语言程序中的一种伪指令；宏指令是代表某功能的一段源程序；Q13：如何把32位Imm存放到Mem中？（１）用la或者li指令；Q14：如何把16位Imm存放到Mem中？（１）Q15：写出宏指令li

$t0,

0xffffefff的实现代码。（１）Q16：通用寄存器之间传送数据的宏指令是什么？其如何实现？moveRdest，Rsrc将Rsrc寄存器中的数据复制到Rdest寄存器中；Q17：加法指令包括哪些？分别是什么类型的指令？带u和不带u有何区别？（１）add（R指令）addu（R指令）addi（I指令）addiu（I指令）Q18：减法指令包括哪些？分别是什么类型的指令？（１）sub（R指令）subu（R指令）Q19：减法指令为何不像加法指令那样有带i型指令？如何实现减去一个立即数？（１）减去一个立即数可以用加上一个负的立即数来代替；Q20：与减法指令相关的宏指令有哪些？（１）求补（neg）取绝对值（abs）Q21：求补宏指令能否对-2^31求补？（１）不能会越界；Q22：乘/除法指令包括哪些？是什么类型的指令？（１）乘法（multmultu）（２）除法（divdivu）都是R指令；Q23：与乘法指令相关的宏指令有哪些？（１）mulQ24：与除法指令相关的宏指令有哪些？（１）divdivuremremuQ25：与运算指令包括哪些？是什么类型的指令？（１）and（R指令）andi（I指令）Q26：或运算指令包括哪些？是什么类型的指令？（１）or（R指令）ori（I指令）Q27：异或运算指令包括哪些？是什么类型的指令？（１）xor（R指令）xori（I指令）Q28：或非指令含义是什么？非运算如何实现？（１）或运算加非运算Q29：逻辑左移指令包括哪些？是什么类型的指令？（１）sll（R指令）sllv（R指令）Q30：逻辑右移指令包括哪些？是什么类型的指令？（１）srl（R指令）srlv（R指令）Q31：算术右移指令包括哪些？是什么类型的指令？（１）sra（R指令）srav（R指令）Q32：为何没有算术左移指令?如何实现算术左移?（１）逻辑左移和算术左移在操作上是一致的；（2）算术左移：移动一位对应有符号数乘2，在低位的空位补0；Q33：循环左移宏指令如何实现?循环移位：移出的二进制位不丢失，填补到另一端；循环左移宏指令：rolrd,rs,rt/sa;实现：subu$at,$0,$rt;计算32-rt,得出值xsrlv$at,$rs,$at;逻辑右移x位sllvrd,rs,rt;orrd,rd,at;Q34：循环右移宏指令如何实现?(1)ror

rd,

rs,

rt

/

saQ35：条件设置指令包括哪些？是什么类型的指令？(1)slt

/

sltu

rd,

rs,

rt(2)slti

/

sltiu

rd,

rs,immQ36：条件设置宏指令有哪些？如何实现的？(1)seqrd,rs,rt(2)sgt/sgturd,rs,rt(3)sge/sgeurd,rs,rt(4)sle/sleurd,rs,rt(5)snerd,rs,rtQ37：无条件转移指令包括哪些？是什么类型的指令？(1)I指令（伪直接寻址）jlabel;jallabel;(2)R指令（寄存器间接寻址）jrjs;jalrrd,rs;(3)宏指令blable;实现：bgez$0,lable;Q38：条件转移指令包括哪些？是什么类型的指令?判断两个寄存器$s0和$s1中值符号是否相同的指令(1)I指令（相对寻址）：beq/bners,rt,Labelbgez/bgezal/bgtz/blez/bltz/bltzalrs,Label宏指令：beqzrs,Label实现：beqrs,$0,Labelbge/bgeurs,rt,Label实现：slt/sltu$at,rs,rtbeq$at,$0,Labelbgt/bgturs,rt,Label实现：slt/sltu$at,rt,rsbne$at,$0,Label（为何不和1比较相等？）ble/bleurs,rt,Label实现：slt/sltu$at,rt,rsbeq$at,$0,Labelblt/blturs,rt,Label实现：slt/sltu$at,rs,rtbne$at,$0,Labelbnezrs,Label实现：bners,$0,LabelQ39：无条件转移宏指令如何实现？与j指令有何不同？（1）b

Label；（2）bgez

$0,

Label；Q40：条件转移宏指令包括哪些？如何实现的？（1）beqz

rs,

Label；实现：beq

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Label；（2）bnez

rs,

Label；实现：bne

rs,

$0,

Label（3）bge/

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rs,

rt,

Label；实现：slt/

sltu

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rtbeq

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Label（4）bgt/

bgtu

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Label；实现：slt/

sltu

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Label（5）ble/

bleu

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even…even:（6）abs

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