MIPS Reprsenting Instructions
우리가 배웠던 MIPS Instruction을 CPU가 이해할 수 있도록 2진수로 해석하는 것을 배워보도록 하겠습니다! MIPS 명령어를 32비트로 format하는 방법은 총 3가지이며 이번 장에서는 R-format과 I-format에 대해 배워보겠습니다.
R-format Instructions
| 이름 | 기능 | bits |
|---|---|---|
| op | operation 코드 | 6bits |
| rs | 첫번째 레지스터 번호 | 5bits |
| rt | 두번째 레지스터 번호 | 5bits |
| rd | 결과값 레지스터 번호 | 5bits |
| shamt | shift를 할 양 | 5bits |
| funct | function 코드, op의 부가적 내용 | 6bits |
ex) add $t0, $s1, $s2
1. add의 opcode,function 코드를 opcode map에서 찾는다 (000000/100000)
2. $t0 : 8번 레지스터 , $s1 : 17번 레지스터, $s2 : 18번 레지스터
=> 01000 / 10001 / 10010
3. shift 없으니까 00000
이걸 합치면
000000 / 10001 / 10010 / 01000 / 00000 / 100000
=> 0000 0010 0011 0010 0100 0000 0010 0000
=> 0x02324020Disassemble to MIPS instruction
어셈블을 할 수 있다면 반대도 당연히 할 수 있다.
ex) 0x00853022
0000 0000 1000 0101 0011 0000 0010 0010
1. R-format 형태로 바꾼다
000000 / 00100 / 00101 / 00110 / 00000 / 100010
2. opcode + functional code : sub
3. 00100 : rs$4 / 00101 : rt$5 / 00110 : rd$6
4. shift = 0
=> sub $6 $4 $5sll, srl
sll, srl은 다른 R-format은 rs를 비어두고, shamt에 이동할만큼의 값을 넣어주면 된다.
ex) sll $10, $16, 4
1. opcode+functional : 000000 / 000000
2. rs = 00000
3. rt : 01010 / rd : 10000
4. shamt : 00100
000000 00000 10000 01010 00100 000000
0000 0000 0001 0000 0101 0001 0000 0000
=> 0x00105100I-format Instructions
R-format의 한계점
만약 addi나 ori처럼 두번째 operand 상수가 온다면? 5bits로 표현하기 어렵다 ex) 0x8000(16비트)
SO. Immediate arithmetic or load/store instructions에서는 I-format을 사용한다!
| 이름 | 기능 | bits |
|---|---|---|
| op | operation 코드 | 6bits |
| rs | 첫번째 레지스터 번호 | 5bits |
| rt | 두번째 레지스터 번호 | 5bits |
| constant or address | 상수값이나 주소 | 16bits |
이로써 상수나 주소를 16비트까지 표현 가능하게 되었다(-2^15 ~ 2^15-1)
sign-extention
- memory에서 control로 요청을 할 때 I-format을 통해 상수를 16비트로 받아온다.
- 그러나 control에서 확인 후 연산을 위해 ALU 연산자를 부른다. 이때 계산 형태가 32비트가 되어야 된다.
그러기 위해서 16비트의 상수를 32비트로 확장을 시켜주어야 되는데 이를 Extention이라고 한다.
extention에서 중요한 것은 32비트로 확장은 시키되 값이 변하면 안되는데 이로 인해서 zero-extention과 sign-extention으로 나누어지게 된다.
1) zero extention
logical Instruction은 bit-by-bit 연산을 하기 때문에, MSB가 1이어도 양수 음수로 나누어지지 않는다.
그렇기 때문에 아래 그림의 ?을 전부 0으로 채워줘도 값의 변화가 나타나지 않는다.
sign bit와 상관없이 0으로 채우는 것을 zero extention이라 부른다
ex) ori, andi
2) sign extention
반면 Arithmetic Instruction의 경우는 다르다. 산술연산자일 경우는 sign bit에 따라 값이 달라진다.
1101 0010 1100 0001
그냥 무턱대고 0을 넣어버리면
0000 0000 0000 0000 1101 0010 1100 0001 (부호가 바뀌고 값이 달라진다)
그렇기 때문에 산술연산자를 사용할 경우는 sign extention의 값으로 나머지 16비트를 채워준다. 이것을 우리는 sign-extention이라고 부른다.
ex) addi
