Kumpulan Instruksi dan Assembly MIPS (Pertemuan ke-25)

Transkripsi

1 Kumpulan Instruksi dan Assembly MIPS (Pertemuan ke-25) Diedit ulang oleh: Endro Ariyanto Prodi S1 Teknik Informatika Fakultas Informatika Universitas Telkom April 2016

2 Kumpulan Instruksi MIPS Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #1

3 Jenis Instruksi MIPS Instruksi pada MIPS dibagi dalam tiga bentuk format yakni: format R, format I, format J R format terdiri dari tiga register dan function field I format terdiri atas dua register dan 16 bit long immediate value J format terdiri atas enam bit opcode yang diikuti oleh 26 bits immediate value Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #2

4 Daftar Opcode 0: tipe R (add, sub, and, or, slt) 2: jump (j) 4: branch (beq) 5: branch (bne) 8: penjumlahan dengan immediate (addi) 17: load upper dengan immediate (lui) 35: load (lw) 43: store (sw) Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #3

5 Instruksi dalam MIPS Add penambahan add $s1,$s2,$s3 #jumlahkan isi reg s2 dengan isi reg s3 dan simpan hasilnya ke reg s1 Addi add immediate addi $sp,$sp, 4 #Jumlahkan isi reg sp dengan 4 dan hasilnya simpan di dalam reg sp ADDIU -- Add immediate unsigned ADDU -- Add unsigned AND -- Bitwise and ANDI -- Bitwise and immediate BEQ -- Branch on equal BGEZ -- Branch on greater than or equal to zero Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #4

6 Instruksi dalam MIPS BGEZAL -- Branch on greater than or equal to zero and link BGTZ -- Branch on greater than zero BLEZ -- Branch on less than or equal to zero BLTZ -- Branch on less than zero BLTZAL -- Branch on less than zero and link BNE -- Branch on not equal bne $t0,$zero, Less #Lompat ke alamat Less jika isi reg t0 tidak sama dengan nol DIV -- Divide DIVU -- Divide unsigned Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #5

7 Instruksi dalam MIPS J -- Jump JAL -- Jump and link JR -- Jump register LB -- Load byte LI Load immediate li $v0, 5 #isi reg v0 dengan sign number (5) LUI -- Load upper immediate lui $t0, 255 #isi reg t0 bagian upper (bit 16-31) dengan 255 Isi memori sebelum instruksi dieksekusi: Isi memori sesudah instruksi dieksekusi: LW -- Load word lw $s1,100($s2) #isi reg s1 dengan data dari memori pada alamat hasil jumlahan dari isi reg s2 dengan 100 (offset) MFHI -- Move from HI MFLO -- Move from LO Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #6

8 Instruksi dalam MIPS MULT -- Multiply MULTU -- Multiply unsigned NOOP -- no operation OR -- Bitwise or ORI -- Bitwise or immediate SB -- Store byte SLL -- Shift left logical SLLV -- Shift left logical variable SLT -- Set on less than (signed) slt $t0,$s0,$s1 #reg t0 diisi dengan 1 jika isi reg s0 lebih kecil daripada reg s1 biasanya diikuti dengan perintah: bne $t0,$zero,less SLTI -- Set on less than immediate (signed) slti $t0,$s0, 10 #reg t0 diisi dengan 1 jika isi reg s0 lebih kecil dari 10 biasanya diikuti dengan perintah: bne $t0,$zero,less SLTIU -- Set on less than immediate unsigned SLTU -- Set on less than unsigned Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #7

9 Instruksi dalam MIPS SRA -- Shift right arithmetic SRL -- Shift right logical SRLV -- Shift right logical variable SUB Subtract sub $s1,$s2,$s3 #kurangkan isi reg s2 dengan isi reg s3 dan simpan hasilnya ke reg s1 SUBU -- Subtract unsigned SW -- Store word sw $s1,100($s2) #simpan isi reg s1 ke memori pada alamat hasil jumlahan dari isi reg s2 dengan 100 (offset) SYSCALL -- System call XOR -- Bitwise exclusive or XORI -- Bitwise exclusive or immediate Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #8

10 Studi Kasus Instruksi Add Instruksi penjumlahan isi dua register Hasil operasi disimpan dalam register tujuan Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #9

11 Studi Kasus Instruksi BEQ Instruksi percabangan bersyarat Terjadi percabangan jika syarat dipenuhi Percabangan terjadi dengan mengisikan nilai instruksi target pada PC Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #10

12 Studi Kasus Instruksi OR Melakukan operasi OR pada dua buah input bit per bit Hasil operasi disimpan dalam suatu register Contoh operasi OR Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #11

13 Bahasa Assembly MIPS Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #12

14 Struktur Program Deklarasi data Ditempatkan pada bagian program setelah directive.data Mendeklarasikan nama variabel yang digunakan dalam program, alokasi memori RAM Kode Ditempatkan pada bagian program setelah directive.code Mengandung instruksi/kode program Pengeksekusian dimulai dari label main: Program diakhiri dengan exit system call Komentar Diawali oleh tanda # Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #13

15 Deklarasi Data Format Nama: tipe_storage nilai Membuat variabel dengan nama nama yang bernilai nilai dan bertipe tipe_storage Label Label senantiasa diakhiri oleh tanda : Contoh: Var1:.word 3 #membuat variabel tunggal dengan #nilai awal 3 Array1:.byte a, b #membuat array karakter 2 #elemen dengan nilai awal a dan b Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #14

16 Aturan Umum Register MIPS Setiap register diberi nama agar mudah diingat Terdapat register yang memiliki fungsi khusus dan tidak bisa digunakan untuk menyimpan nilai Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #15

17 Instruksi Load/Store Instruksi yang mengakses RAM Load Lw tujuan_register, sumber_ram Lb tujuan_register, sumber_ram Store word Sw sumber_register, tujuan_ram Sb sumber_register, tujuan_ram Load immediate Li tujuan_register, nilai Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #16

18 Bahasa Assembly MIPS Arithmetic Add: add $s1, $s2, $s3 # $s1= isi $s2 + isi $s3 Substract: sub $s1, $s2, $s3 # $s1= isi $s2 isi $s3 Data Transfer Load word: lw $s1, 100($s2) # $s1=memory[$s2+100] Store word: sw $s1, 100($s2) # Memory[$s2+100]=$s1 Conditional branch Branch on equal: beq $s1,$s2, L # if ($s1=$s2) go to L Branch on not equal: bne $s1,$s2, L # if ($s1!=$s2) go to L Set on less than: slt $s1, $s2, $s3 #if ($s2<$s3) $s1=1, else $s1=0 Unconditional jump Jump: j 2500 # go to Jump register: jr $ra # go to $ra Jump and link: jal 2500 #$ra=pc+4; go to ; for procedure call Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #17

19 Instruksi Load/Store Contoh:.data var1:.word 23.text start: lw $t0, var1 Li $t1, 5 sw $t1, var1 done Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #18

20 Pengalamatan Tidak Langsung Hanya digunakan pada instruksi load dan store Load alamat: la $t0, var1 #menyalin alamat RAM var1 ke #dalam register $t0 Pengalamatan tidak langsung: lw $t2, ($t0) #mengambil data pada RAM dengan alamat yang ditunjukkan $t0 ke dalam $t2 sw $t2, ($t0) #menyimpan data dari reg $t2 ke dalam RAM dengan alamat yang ditunjukkan $t0 Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #19

21 Pengalamatan Berbasis Atau Berindex lw $t2, 4($t0) Mengambil word pada RAM alamat (isi $t0+4) ke dalam register $t2 "4" adalah jarak dari register $t0 sw $t2, -12($t0) Menyimpan word dari register $t2 ke dalam RAM pada alamat (isi $t0-12) Offset negatif dapat digunakan Pengalamatan berbasis khusus digunakan pada: Arrays: mengakses elemen sebagai offset dari alamat basis Stacks: mudah dalam mengakses elemen dari stack pointer atau frame pointer Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #20

22 Contoh Pengalamatan Tidak Langsung dan Berindex.data array1:.space 12.text start: la $t0, array1 li $t1, 5 sw $t1, ($t0) li $t1, 13 sw $t1, 4($t0) li $t1, -7 done Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #21

23 Instruksi Aritmetika Sebagian besar menggunakan 3 buah operand Semua operand register Ukuran operand adalah 1 word (4 bytes) Contoh: add $t0,$t1,$t2 # $t0 = $t1 + $t2 sub $t2,$t3,$t4 # $t2 = $t3 $t4 addi $t2,$t3, 5 # $t2 = $t3 + 5 addu $t1,$t6,$t7 # $t1 = $t6 + $t7 subu $t1,$t6,$t7 # $t1 = $t6 - $t7 Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #22

24 Struktur Kendali Branch (Pencabangan) b target #pencabangan tanpa kondisi beq $t0,$t1,target blt $t0,$t1,target ble $t0,$t1,target bgt $t0,$t1,target bge $t0,$t1,target bne $t0,$t1,target Jump (Lompatan) J target # lompat ke label target Jr $t3 # lompat ke alamat isi $t3 Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #23

25 Pemanggilan Subrutin Instruksi JAL: Jump and link Jal sub_label #sub_label adalah nama subrutin Menyalin isi program counter ke dalam register $ra Lompat ke program dengan label sub_label Instruksi JR: jump register Jr $ra Lompat ke alamat kembali yang terdapat dalam register $ra Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #24

26 Bahasa Mesin MIPS Bahasa mesin adalah bahasa yang bisa dimengerti oleh mesin Setiap bahasa assembly diterjemahkan ke dalam bahasa mesin yang dapat dimengerti oleh MIPS Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #25

27 Kompilasi Program C ke Dalam MIPS Contoh: Berikut bagian program C yang mengandung lima variabel a, b, c, d, dan e: a = b + c; d = a e; Tunjukkan kode MIPS-nya! Jawab: add a, b, c sub d, a, e Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #26

28 Kompilasi Program C ke Dalam MIPS Contoh: Program C kompleks berikut mengandung 5 variabel f, g, h, i, dan j: f = (g+h) (i+j); Apakah yang dihasilkan oleh compiler C? Jawab: add t0, g, h add t1, i, j sub f, t0, t1 Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #27

29 Kompilasi Program C Menggunakan Register Contoh: f = (g+h) (i+j) Ubah ke dalam assembly MIPS! Jawab: add $t0, $s1, $s2 #register $t0 menyimpan nilai g+h add $t1, $s3, $s4 #register $t1 menyimpan nilai i+j sub $s0, $t0, $t1 #f gets $t0-$t1 Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #28

30 Kompilasi Assignment Dimana Operand Dalam Memory Contoh: Misal A adalah array 100 word dan compiler memetakan variabel g dan h dengan register $s1 dan $s2. Misal alamat awal, alamat basis, array ada dalam $s3. Terjemahkan program C berikut: g = h + A[8] Jawaban: lw $t0, 32($s3) # Temporary reg $t0 gets A[8] add $s1, $s2, $t0 # g = h + A[8] Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #29

31 Kompilasi Menggunakan Load dan Store Misal variabel h diasosiasikan dengan register $s2 dan alamat dasar array A ada dalam $s3. Bagaimanakah kode assembly MIPS untuk program C berikut? Jawab: lw $t0, 32($s3) A[12] = h + A[8] add $t0, $s2, $t0 sw $t0, 48($s3) Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #30

32 Kompilasi Menggunakan Variable Array Index Berikut contoh array dengan index variabel: g = h + A[i] Misal A adalah array 100 elemen dengan basisnya ada pada register $s3, compiler mengasosiasikan variabel g, h, dan i dengan register $s1, $s2, dan $s4. Bagaimanakah bahasa MIPS? Jawaban: add $t1, $s4, $s4 #temp reg $t1=2*i add $t1, $t1, $t1 #temp reg $t1=4*i add $t1, $t1, $s3 #$t1=address of A[i] (4*i+$s3) lw $t0, 0 ($t1) #temp reg $t0=a[i] add $s1, $s2, $t0 #g=h+a[i] Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #31

33 Menterjemahkan Assembly MIPS ke Dalam Instruksi Mesin Contoh: Terdapat instruksi MIPS: add $t0, $s1, $s2 Ubahlah ke dalam kombinasi bilangan desimal kemudian bilangan binernya! Jawab: The decimal representation: In biner: machine language Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #32

34 Menterjemahkan C ke Dalam Assembly dan Bahasa Mesin MIPS Contoh: Terjemahkan bahasa MIPS ke dalam bahasa mesin. Asumsi $t1 menyimpan basis array A dan $s2 sebagai h, program C: A[300] = h + A[300] Jawab: Dikompile dalam MIPS lw $t0, 1200($t1) #temp reg $t0 gets A[300] add $t0, $s2, $t0 #temp reg $t0 gets h+a[300] sw $t0, 1200($t1): Bahasa mesinnya: Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #33

35 Instruksi untuk membuat Keputusan Compile pernyataan IF ke dalam branch kondisional. Berikut program C: if (i==j) go to L1; f = g + h; L1: f = f i; Asumsi 5 buah variabel f-j sama dengan registers $s0 - $s4, bagaimanakah hasil compile dalam kode MIPS? Jawab: beq $s3, $s4, L1 # go to L1 if i equals j add $s0, $s1, $s2 # f = g + h L1: sub $s0, $s0, $s3 # f = f i Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #34

36 Kompilasi pencabangan kondisional if-then-else Menggunakan variabel dan register yang sama seperti contoh sebelumnya, compile statemen berikut: if (i == j) f = g + h ; else f = g h; Jawab: bne $s3, $s4, else # go to else if i j add $s0, $s1, $s2 # f = g + h (skipped if i j) j exit # go to Exit else: sub $s0, $s1, $s2 # f = g - h exit: Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #35

37 Kompilasi Liupan dengan variable Array Index Berikut ini instruksi loop dalam C: Loop: g = g + A[i]; i = i + j; if (i!= h) goto Loop; Asumsi A adalah array 100 element dan kompiler mengasosiasikan variabel g, h, i, dan j dengan register $s1, $s2, $s3 dan $s4 berturutturut. Misal basis array A terdapat dalam $s5. Bagaimanakah kode MIPS? Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #36

38 Kompilasi Liupan dengan variable Array Index Jawab: Loop: add $t1, $s3, $s3 # Temp reg $t1 = 2*i add $t1, $t1, $t1 # Temp reg $t1 = 4*i add $t1, $t1, $s5 # $t1 = address of A[i] lw $t0, 0($t1) # Temporary reg $t0 = A[i] add $s1, $s1, $t0 # g = g + A[i] add $s3, $s3, $s4 # i = i + j bne $s3, $s2, Loop # go to Loop if i h Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #37

39 Kompilasi Liupan while Pemeriksaan kondisi yang terdapat setelah instruksi While Jika terpenuhi maka isi liupan dijalankan Jika tidak terpenuhi keluar dari liupan Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #38

40 Kompilasi Liupan while Berikut loop dalam C: while (save[i] ==k) i = i + j; Asumsi i, j, dan k berkorespondensi dengan register $s3, $s4, dan $s5 dan basis array disimpan dalam $s6. Bagaimanakah bahasa MIPS-nya? Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #39

41 Kompilasi Liupan while Jawab: Ambil nilai save[i] ke dalam register temp Loop: add $t1, $s3, $s3 # Temp reg $t1 = 2 * i add $t1, $t1, $t1 # Temp reg $t1 = 4 * i add $t1, $t1, $s6 # $t1 = address of save[i] lw $t0, 0($t1) # temp reg $t0 = save[i] bne $t0, $s5, Exit # go to Exit if save[i] k add $s3, $s3, $s4 # go to Loop j Loop Exit: Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #40

42 Kompilasi pengecekan Less Than Apakah kode untuk memeriksa jika variabel a (berkorespondensi dengan register $s0) lebih kecil dari variabel b (register $s1) dan lompat ke label Less jika kondisi dipenuhi? Jawab: slt $t0, $s0, $s1 # $t0 gets 1 if $s0<$s1(a<b) bne $t0, $zero, Less # go to Less if $t0 0 # that is if a<b Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #41

43 Case/Switch Statement Kode C berikut memilih diantara 4 alternatif tergantung nilai k 0, 1, 2, atau 3 switch (k) { case 0: f = i + j; break; case 1: f = g + h; break; case 2: f = g h; break; case 3: f = i h; break; } Asumsi 6 variabel f k berkorespondensi dengan 6 register $s0 - $s5 dan register $t2 bernilai 4. Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #42

44 Case/Switch Statement Jawab: kita gunakan switch variabel k sebagai index alamat jump address table, dan loncat melalui nilai yang diambil. slt $t3, $s5, $zero # test if k<0 bne $t3, $zero, Exit # if k < 0, go to exit slt $t3, $s5, $t2 # test if k<4 beq $t3, $zero, Exit # if k 4, go to exit Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #43

45 Case/Switch Statement add $t1, $s5, $s5 # temp reg $t1 = 2 * I add $t1, $t1, $t1 # temp reg $t1 = 4 * I add $t1, $t1, $t4 # $t1 = address of Jumptable[k] lw $t0, 0 ($t1) # temp reg $t0 = JumpTable[k] jr $t0 # jump based on register $t0 L0: add $s0, $s3, $s4 # k = 0 so f gets i + j j Exit # end L1: add $s0, $s1, $s2 # k = 1 so f gets g + h j Exit # end L2: sub $s0, $s1, $s2 # k = 2 so f gets g - h j Exit # end L3: sub $s0, $s3, $s4 # k = 3 so f gets i - j Exit: # end Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #44

46 Referensi Hennessy, John L. dan Patterson, David A Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface. 3 rd edition. Morgan Kaufmann publisher Inc. San Fransisco. USA Chapter- 01/ Organisasi dan Arsitektur Komputer CSG2G3/2016 #45