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MIPSの主記憶の構成
z 主記憶の各ワード（語）は，番地（アドレス）によって識別され
る。（番地はbyte単位で付けられる）
語（ワード）の番地
プロセッサからは
4の倍数の番地
で各ワードを指定
する
byte単位での番地
0番地
0番地
1番地
2番地
3番地
4番地
4番地
5番地
6番地
7番地
8番地
8番地
9番地
10番地
11番地
…………
4n番地
4n
4n+1
4n+2
4n+3
…………
1073741820番地
(230-4)
230-4
230-3
230-2
230-1
最初のワードの番地は0番地，次は4番地，次は8番地... ，となる
MIPSのレジスタ
z 32個のレジスタ
– 機械語では0から31までの番号で識別される
– アセンブラ言語では名前（レジスタ名）で識別できる
z 使用目的により32個のレジスタを分類（規約）
– レジスタ $s0，$s1，$s2，……，$s7
• C言語などの高級言語でプログラム中の変数の値を保持する目的
– レジスタ $t0，$t1，$t2，……，$t7
• 演算の途中での一時的なデータを保持する目的
– レジスタ $zero
• 特別なレジスタで，常に 0 を値としてもつ
（どのような値を書き込んでも，値は0のまま = データは保存できない）
1
MIPSのﾚｼﾞｽﾀ番号とﾚｼﾞｽﾀ名
ﾚｼﾞｽﾀ番号
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
ﾚｼﾞｽﾀ名
$zero
$at
$v0
$v1
$a0
$a1
$a2
$a3
$t0
$t1
$t2
$t3
$t4
$t5
$t6
$t7
ﾚｼﾞｽﾀ番号
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
ﾚｼﾞｽﾀ名
$s0
$s1
$s2
$s3
$s4
$s5
$s6
$s7
$t8
$t9
$k0
$k1
$gp
$sp
$fp
$ra
※ アセンブリ言語では，レジスタ名で表記する
例 変数 a と b の値を交換するプログラム
アセンブリ言語のプログラム
C言語のプログラム
w=a；
a=b；
b=w；
$gp
a
1
2
lw $t0, 0($gp)
sw $t0，8($gp)
w = a；
3
4
lw $t0, 4($gp)
sw $t0, 0($gp)
a = b；
5
6
lw $t0, 8($gp)
sw $t0， 4($gp)
b = w；
これは説明用の行番号
b
w
ある変数の値を別の変数に代入するには，
ロード命令とストア命令を使い，レジスタを
経由しなければならない
2
代入文の意味
「代入文」
変数 ＝ 式 ；
「式」： 単独の定数や変数，配列要素，及び
それらを演算記号で結合したもの。
記号「＝」は，右辺の式の「値」を左辺の変数に「格納」するという作用をもつ。
a＝5 ；
a
5
b＝8；
b
8
h＝4；
h
4
s＝（a＋b）* h / 2；
s
26
右辺の式の値を求めてから，変数に格納する。
整数演算命令
z 加算命令（add instruction）
add $Ri, $Rj, $Rk
動作 ： $Ri ← $Rj + $Rk
レジスタ$Rjと$Rkの値の和をRiに格納する
z 減算命令（subtract instruction）
sub $Ri, $Rj, $Rk
動作 ： $Ri ← $Rj - $Rk
レジスタ$Rjと$Rkの値の差をRiに格納する
3
整数演算の例
z $s0 ← $s1 + $s2 + $s3
add $s0, $s1, $s2
add $s0, $s0, $s3
# $s0 ← $s1 + $s2
# $s0 ← $s0 + $s3
# 以降の文字列は コメント
z $s2 ← $s0 + 2×$s1
add $s2, $s0, $s1
add $s2, $s2, $s1
# $s2 ← $s0 + $s1
# $s2 ← $s2 + $s1 = $s0 + 2×$s1
($s1の2倍の計算は $s1+$s1 で求まる)
用語
z ｵﾍﾟｺｰﾄﾞ（operation code の略） ： 命令コード
z ｵﾍﾟﾗﾝﾄﾞ（operand） ： 演算対象（のデータ）
− ｿｰｽ（source：元）： 被演算対象となるデータ
− ﾃﾞｽﾃｨﾈｰｼｮﾝ
（destination：目的）： 演算結果のデータ
add $s0, $s1, $s2
# $s0←$s1+$s2
第2 ｿｰｽｵﾍﾟﾗﾝﾄﾞ
第1ｿｰｽｵﾍﾟﾗﾝﾄﾞ
ﾃﾞｽﾃｨﾈｰｼｮﾝｵﾍﾟﾗﾝﾄﾞ
ｵﾍﾟｺｰﾄﾞ
4
ｿｰｽ
ﾃﾞｽﾃｨﾈｰｼｮﾝ
代入文
x = 2 * a + 4 * b - c のプログラム
（x, a, b, c は変数）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
lw $s0, 0($gp)
add $s0, $s0, $s0
lw $s1, 4($gp)
add $t0, $s1, $s1
add $t0, $t0, $t0
add $t0, $s0, $t0
lw $s2, 8($gp)
sub $s3, $t0, $s2
sw $s3, 12($gp)
# $s0 ← a
# $s0 ← a+a
$gp
# $s1 ← b
# $t0 ← 2*b
# $t0 ← 4*b
# $t0 ← 2*a+4*b
# $s2 ← c
# $s3 ← 2*a+4*b-c
# x ← $s3
a
b
c
x
加算命令の命令形式
add $s1,$s2,$s3
# $s1← $s2+$s3
第2ｿｰｽﾚｼﾞｽﾀ(rt)
第1ｿｰｽﾚｼﾞｽﾀ(rs)
ﾃﾞｽﾃｨﾈｰｼｮﾝﾚｼﾞｽﾀ（rd）
ｵﾍﾟｺｰﾄﾞ（op）
functﾌｨｰﾙﾄﾞ（6ﾋﾞｯﾄ）
命令の詳細機能を示す：
加算指定
opﾌｨｰﾙﾄﾞ（6ﾋﾞｯﾄ）
命令の分類を表す：演算命令
op
rs
rt
rd
shamt
funct
000000 10010 10011 10001 00000 100000
31
26 25
21 20
16 15
11 10
6 5
0
rsﾌｨｰﾙﾄﾞ（5ﾋﾞｯﾄ） rtﾌｨｰﾙﾄﾞ（5ﾋﾞｯﾄ） rdﾌｨｰﾙﾄﾞ（5ﾋﾞｯﾄ）
shamtﾌｨｰﾙﾄﾞ（5ﾋﾞｯﾄ）
ｿｰｽﾚｼﾞｽﾀを示す ｿｰｽﾚｼﾞｽﾀを示す ﾃﾞｽﾃｨﾈｰｼｮﾝﾚｼﾞｽﾀ シフト命令でｼﾌﾄ量を示す
$s2 (18)
$s3 (19)
を示す $s1 (17)
加算命令の場合は0
5
減算命令の命令形式
sub $s1,$s2,$s3
# $s1← $s2－$s3
第2ｿｰｽﾚｼﾞｽﾀ(rt)
第1ｿｰｽﾚｼﾞｽﾀ(rs)
ﾃﾞｽﾃｨﾈｰｼｮﾝﾚｼﾞｽﾀ(rd)
functﾌｨｰﾙﾄﾞ（6ﾋﾞｯﾄ）
命令の詳細機能を示す：
減算指定
opﾌｨｰﾙﾄﾞ（6ﾋﾞｯﾄ）
命令の分類を表す：演算命令
op
rs
rt
rd
shamt
funct
000000 10010 10011 10001 00000 100010
31
26 25
21 20
16 15
11 10
6 5
0
rsﾌｨｰﾙﾄﾞ（5ﾋﾞｯﾄ） rtﾌｨｰﾙﾄﾞ（5ﾋﾞｯﾄ） rdﾌｨｰﾙﾄﾞ（5ﾋﾞｯﾄ）
shamtﾌｨｰﾙﾄﾞ（5ﾋﾞｯﾄ）
ｿｰｽﾚｼﾞｽﾀを示す ｿｰｽﾚｼﾞｽﾀを示す ﾃﾞｽﾃｨﾈｰｼｮﾝﾚｼﾞｽﾀ シフト命令でｼﾌﾄ量を示す
$s2 (18)
$s3 (19)
を示す $s1 (17)
減算命令の場合も0
整数演算命令
z 即値加算命令（add immediate instruction）
addi $Ri, $Rj, C
動作 ： $Ri ← $Rj + C
- レジスタ$Rjと即値（定数）Cの値の和をRiに格納する。
- 即値Cは16bitの2の補数表現のもとで -32768～
32767の範囲（-215～215-1）を指定できる。
- 定数の減算は C に負の値を使えばよい。
addi $s1, $s2, C
（rt） （rs）
op
# $s1← $s2 + C
rs
rt
imm
001000 10010 10001
31
26 25
21 20
16 15
6
C
0
整数演算命令の使い道
z レジスタのデータセット（16bitデータ，2の補数）
addi $Ri, $zero, 128
: $Ri ← 128
z レジスタ間のデータ移動（コピー）
add $Ri, $Rj, $zero
： $Ri ← $Rj + 0
z 符号反転
： $Ri ← －$Rj
sub $Ri, $zero, $Rj
z 定数の減算
addi $Ri, $Rj, -50
： $Ri ← $Rj －50
論理演算
z 論理積
0100 0110 1010 0110 1100 1100 1010 0101
& 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111
0000 0000 0000 0000 1100 1100 1010 0101
z 論理和
0100 0110 1010 0110 1100 1100 1010 0101
| 0000 0000 0000 0000 1111 0000 1111 0000
0100 0110 1010 0110 1111 1100 1111 0101
z 排他的論理和
0100 0110 1010 0110 1100 1100 1010 0101
0000 0000 0000 0000 1111 0000 1111 0000
0100 0110 1010 0110 0011 1100 0101 0101
7
論理演算命令
z 論理積命令（and instruction）
and $Ri, $Rj, $Rk
動作 ： $Ri ← $Rj & $Rk
- レジスタ$Rjと$Rkの論理積を$Riに格納する。
z 論理和命令（or instruction）
or $Ri, $Rj, $Rk
動作 ： $Ri ← $Rj | $Rk
- レジスタ$Rjと$Rkの論理和を$Riに格納する。
z 排他的論理和命令（exclusive-or instruction）
xor $Ri, $Rj, $Rk
動作 ： $Ri ← $Rj $Rk
- レジスタ$Rj と$Rkの排他的論理和を$Ri に格納する。
論理演算命令の命令形式
and $s1,$s2,$s3
（rd） （rs） （rt）
op
# $s1← $s2 & $s3
rs
rt
rd
shamt
funct
000000 10010 10011 10001 00000 011000
31
26 25
21 20
16 15
or $s1,$s2,$s3
op
0
6 5
11 10
# $s1← $s2 | $s3
rs
rt
rd
shamt
funct
000000 10010 10011 10001 00000 011001
31
26 25
21 20
16 15
xor $s1,$s2,$s3
op
6 5
11 10
0
# $s1← $s2 $s3
rs
rt
rd
shamt
funct
000000 10010 10011 10001 00000 011010
31
26 25
21 20
16 15
8
11 10
6 5
0
論理シフト演算
‹ 指定されたビット数，左あるいは右に論理シフトする
z 左論理シフト（shift left logical）
命令 ： sll $Ri, $Rj, k
レジスタ$Rjの内容を k ビット左に論理シフトした値を$Riに格納する
z 右論理シフト(shift right logical)
命令 ： srl $Ri, $Rj, k
レジスタ$Rjの内容を k ビット右に論理シフトした値を$Riに格納する
算術シフト演算
‹ 指定されたビット数，左あるいは右に算術シフトする
z MIPSでは左論理シフト命令はあるが，左算術シフト命令はない
（左シフトを行う場合は，左論理シフト命令を使う）
z 右算術シフト(shift right arithmetic)
はみ出したビットは捨てられ，空いた部分には符号ビットの値が入る
命令 ： sra $Ri, $Rj, k
レジスタ$Rjの内容を k ビット右に算術シフトした値を$Riに格納する
9
左シフトと数値との関係
整数 100(10) の2進表現
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 0100 ＝ 100(10)
2 ビット左にシフト
0000 0000 0000 0000 0000 0001 1001 0000 ＝ 400(10)
整数 -100(10) の2進表現
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1001 1100 ＝ -100(10)
2ビット左にシフト
1111 1111 1111 1111 1111 1110 0111 0000 ＝ - 400(10)
n ビットの左シフト ⇔ 2n 倍
右算術シフトと数値との関係
整数 400(10) の2進表現
0000 0000 0000 0000 0000 0001 1001 0000 ＝ 400(10)
2 ビット右に算術シフト
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 0100 ＝ 100(10)
整数 -400(10) の2進表現
1111 1111 1111 1111 1111 1110 0111 0000 ＝ - 400(10)
2 ビット右にシフト
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1001 1100 ＝ -100(10)
n ビットの右算術シフト ⇔ 2-n 倍（2nでの割ったときの商）
10
rd
シフト命令の命令形式
rt
sll $s1, $s2, 3
op
# $s1← $s2 << 3
rs
rt
rd
shamt
funct
000000 00000 10010 10001 00011 000000
31
26 25
21 20
16 15
0
6 5
11 10
シフト量はshamt
（shift amount）
フィールドで指定
※ rs フィールドは使われないので何でもよい。ここでは 00000 としてある。
srl $s1,$s2, 8
op
rs
# $s1← $s2 >> 8
rt
rd
shamt
funct
000000 00000 10010 10001 01000 000010
31
26 25
21 20
16 15
# $s1← $s2 >> 4 （算術シフト）
sra $s1,$s2, 4
op
rs
0
6 5
11 10
rt
rd
shamt
funct
000000 00000 10010 10001 00100 000011
31
26 25
21 20
16 15
6 5
11 10
0
代入文 x = 10 * a のプログラム
（シフト命令使用）
1
2
3
4
5
lw $s0, 0($gp)
sll $t0, $s0, 2
add $t0, $t0, $s0
sll $s1, $t0, 1
sw $s1, 4($gp)
# $s0 ← a
# $t0 ← 4*a
# $t0 ← 5*a
# $s1 ← 10*a
# x ← $s1
11
$gp
a
x
代入文 x = 2 * a + 4 * b - c のプログラム
（シフト命令使用）
1
2
3
4
5
6
7
8
lw $s0, 0($gp)
sll $s0, $s0, 1
lw $s1, 4($gp)
sll $s1, $s1, 2
add $s3, $s0, $s1
lw $s2, 8($gp)
sub $s3, $s3, $s2
sw $s3, 12($gp)
# $s0 ← a
# $s0 ← 2*a
$gp
# $s1 ← b
# $s1 ← 4*b
# $s3 ←2*a+4*b
# $s2 ← c
# $s3 ← a+4*b-c
# x ← $s3
12
a
b
c
x