메모리접근 명령

* 0x000AE430 
* 0x00014432 
* 0x000B0737 
* 0x0E0D8844 }}}
힌트: 이진수에서 어떻게 4를 곱합니까?

=== 빅 엔디언(Big Endian)과 리들 엔디언(Little Endian) ===

http://chortle.ccsu.edu/AssemblyTutorial/Chapter-15/ass15_3.html

답: 4의 배수인 정수는 4*N의 꼴로 표현이 가능합니다

2진수에서 4를 곱하는 방법은? 왼쪽으로 2자리만큼 쉬프트하면 됩니다. 그러므로 4의 배수는 N이 왼쪽으로 두번 쉬프트 된 결과이고, 하위 2비트가 0이 되어야합니다.


* 0x000AE430   예. 
* 0x00014432   아니오. 
* 0x000B0737   아니오. 
* 0x0E0D8844   예. }}}

워드를 로드하거나 스토어하는 명령은 메모리의 주소 한개만 지정한다. 4개의 연속된 블록중 제일 낮은 주소를 가진 바이트가 4개의 연속된 바이트를 가리키기 위해 쓰인다.

32비트패턴이 메모리의 4바이트에 어떻게 저장될까? 4바이트엔 32비트가 있고 패턴에도 똑같이 32비트가 있지만, 패턴의 어떤부분이 어떤 바이트로 들어가야 할지 결정해야한다. 일반적으로 컴퓨터들은 아래의 두가지 방법중 하나를 사용한다

빅 엔디언 바이트 오더(Big Endian Byte Order): 데이터의 최상위 바이트(MSB 또는 the big end)가 가장 낮은 주소에 들어간다. 나머지 데이터도 순서대로 남은 3바이트에 들어간다.

리틀 엔디언 바이트 오더(Little Endian Byte Order): 데이터의 최하위 바이트(LSB 또는 the little end)가 가장 낮은 주소에 들어간다. 나머지 데이터도 순서대로 남의 3바이트에 들어간다

위의 정의에서 32비트 패턴-데이터- 는 32비트 부호 없는 정수로 간주할 때, '최상위 바이트'는2의 큰 제곱수들중의 하나이다: 2^31,...,2^24. 마찬가지로 '최하위 바이트'는 2의 작은 제곱수들중 하나이다: 2^7,...,2^0.

예를들어, 32비트패턴 0x12345678이 0x00400000 에 있다고 한다면, 최상위 바이트는 0x12가 되고 최하위 바이트는 0x78이 된다. 아래에 두 바이트 오더를 그려놓았다.

attachment:bigLittleEndianNew.gif

단 하나의 '''바이트'''안에서 비트의 순서는 항상 같다.

질문: 위의 32비트워드에서 최상위바이트를 가지고있는 비트 패턴을 써보세요.

역주:참조 [http://www.joinc.co.kr/modules/moniwiki/wiki.php/Site/Network_Programing/Documents/endian 빅엔디언과 리틀엔디어]


=== MIPS와 SPIM의 바이트오더 ===

http://chortle.ccsu.edu/AssemblyTutorial/Chapter-15/ass15_4.html

최상위 바이트는 0x12를 가지고 있는 바이트입니다. 비트패턴은 아래와 같습니다

0001 0010

바이트 안에서는 어떤 프로세서든지 7번재 비트가 최상위 비트이다. 그러므로 빅 엔드 바이트는 두 가지 바이트 순서에서 모두 똑같다.  일반적으로 표시할때에는 0001 0010처럼 최상위 비트가 가장 왼쪽에 있다. 참고: 바이트 순서에 대한 것이 아니라면 빅 엔드 바이트는 최상위 바이트(high-order byte 또는 Most Significant byte) 라고 부른다.

밉스 프로세서는 하드웨어의 설정을 통해 두 바이트 오더중 하나를 선택할 수 있다. 컴퓨터 시스템 디자이너가 나머지 컴퓨터 시스템의 구성요소들을 고려해 결정한다. SPIM시뮬레이터는 시뮬레이터가 실행되는 컴퓨터의 바이트 오더를 따른다.

인텔 80x86: 리틀엔디언
매킨토시: 빅엔디언 

아래의 예제들은 윈도우즈/인텔 컴퓨터에서 작성되었으므로 매킨토시 사용자의 결과와는 차이가 있을것이다.

질문: (일반적인 경우와 같이)최상위비트가 왼쪽에 쓰인 비트패턴 0xFF00AA11에 대해 빅 엔디언 과 스몰 엔디언 바이트 오더로 바이트들을 메모리로 복사해보세요.

|||| 리틀 엔디언 |||| 빅 엔디언 ||
|| 주소 || 내용 || 주소 || 내용 ||
|| 4003 || || 4003 || ||
|| 4002 || || 4002 || ||
|| 4001 || || 4001 || ||
|| 4000 || || 4000 || ||

=== 프로그램을 이식하는 문제(Portability Problems) === 

http://chortle.ccsu.edu/AssemblyTutorial/Chapter-15/ass15_5.html

답:

|||| 리틀 엔디언 |||| 빅 엔디언 ||
|| 주소 || 내용 || 주소 || 내용 ||
|| 4003 || FF || 4003 || 11 ||
|| 4002 || 00 || 4002 || AA ||
|| 4001 || AA || 4001 || 00 ||
|| 4000 || 11 || 4000 || FF ||

다음 사항을 명심합시다.

1, 4개의 바이트의 묶음을 가장 작은 주소로 그 묶음의 주소를 지정합니다.  
 
2. 그 묶음에 바이트가 들어가는 방법은

   * 빅 엔디언(Big Endian): 끝이 MSB이다(the big end).
   * 리틀 엔디언(little end):  끝이 LSB이다(the little end).

3. 나머지 3 바이트를 순서대로 채운다.

워드를 메모리로부터 부를때 전자기기는 바이트들을 레지스터안에 올바른 오더로 집어넣는다. 프로세서안에서 덧셈과 같은 작동은 올려진 오더대로 덧셈을 한다. 레지스터가 메모리에 바이트들을 저장할때도 같은 오더로 저장을 한다. 동일한 전자기기안에서는 어떤 바이트 오더를 사용하든 상관이 없다. 대부분의 경우에 어떤 바이트 오더를 사용하든지 신경을 쓸 필요가 없다.
   
하지만 다른 컴퓨터의 데이터를 사용하는 경우에는 이런한 문제를 고려해 보아야한다. 옛날 메인프레임 컴퓨터가 작성한 정수 데이터 파일이 있다고 가정해보자. 이것을 올바르게 읽어내기 위해서는 여러가지 것들을 알아야 하겠지만 우선적으로 다음의 사항을 참고해야한다.

 * 몇개의 비트를 사용해서 각각의 정수를 표현하였는가.
 * 어떤 표현법을 사용하여 정수를 표현하였는가(2의 보수법 또는 다른 표현법)
 * 어떤 바이트 오더링을 사용하였는가(빅엔디언 또는 리틀엔디언)

질문:

데이터가 비트 패턴의 묶음으로 인터넷을 가로질러 전송됩니다. 이러한 인터넷에 전송되는 데이터들에서도 바이트의 전송순서가 중요합니까?

=== 밉스 주소 ===

http://chortle.ccsu.edu/AssemblyTutorial/Chapter-15/ass15_6.html

답: 

네. 자세한 내용은 상당히 복잡합니다. 그러나 확실하게 이것에 대한 국제적 표준이 있습니다. 

워드를 레지스터로 로드하는 명령은 lw이다. 반대로 워드를 스토어하는 명령은 sw이다. 각각의 명령은 항상 레지스터와 메모리 주소를 지정해야한다. 밉스 명령은 32비트이다.  밉스 메모리 주소도 항상 32비트이다. 그러면 어떻게 lw나 sw같은 명령이 명령의 크기와 같은 32비트 크기의 주소를 지정할 수 있을까?   

메모리를 가리키는 명령은 베이스 레지스터와 오프셋을 사용한다. 베이스 레지스터는 32비트 주소를 가지고 있는 일반 레지스터이다. 오프셋은 명령에 포함되어있는 16비트의 부호있는(signed) 정수이다. 베이스 레지스터에 있는 주소와 (부호확장된)오프셋과의 합이 메모리 주소를 가리킨다.

아래가 어셈블리어로 된 로드 명령이다:


lw   d,off(b)       # $d <-- 메모리 주소 b+off에있는 워드
                    # b는 레지스터이고, off는 16비트 2의 보수식의 정수이다.}}}
실행시에는 2가지 일이 일어난다: 
첫째, 베이스 레지스터 b와 오프셋 off를 이용해 주소가 계산되고
둘째, 그 주소에 있는 데이터가 메모리로부터 읽혀진다.

질문:
0x00400060에 있는 워드를 읽어들여 레지스터 $8로 읽어들이는 명령을 써보세요. 레지스터 $10이 0x00400000을 가지고 있다고 가정하자

lw $8, _____(   )

=== 워드를 로드하는 명령 ===
http://chortle.ccsu.edu/AssemblyTutorial/Chapter-15/ass15_7.html

답:

0x00400060 --- data 주소
0x00400000 --- $10에 저장된 베이스 주소
$8         --- 저장되는 레지스터

lw      $8, 0x60($10)                   -- 어셈블리어로 표현한 것

sw   t,off(b)       # 메모리 주소의 워드 (b + off) <== $t
                    # b는 레지스터, off는 16비트 2의 보수식의 정수}}}
lw명령과 같이, 메모리 주소는 워드 정렬이 되어있어야 한다.(4의 배수)

질문:
attachment:lwProblem.gif
먼저 위에 있는 레지스터 $12와 $13과 메모리를 보세요. 워드 $0xFFFFFFFF 를 메모리 주소 0x0004000C로 옮기는 명령을 써보세요

* $12에는 0xFFFFFFFF가 있다
* $13은 0x00040014를 가지고 있다.

sw $_____ , _____($      )

힌트: 16비트 오프셋을 부호있는 10진수 정수로 써도 됩니다.

=== 베이스 레지스터 설정하기 ===
http://chortle.ccsu.edu/AssemblyTutorial/Chapter-15/ass15_9.html

답:

sw $12 , 0xFFF8($13)    or    sw $12 , -8($13)

attachment:lwProblem.gif

답에서 첫번째 명령은 2의 보수식으로 표현된 16비트를 사용하여 음수 8을 표현하였다. 이 16비트는 실제 기계 명령이 담고 있는 비트 패턴이다.이것을 실제로 읽고 계산하는 것이 어색할 수 있다. 2번째 명령에서는 부호있는 10진수 표현법으로 음수 8을 지정하였다.  어셈블러는 이 명령을 첫번째 어셈블러 명령과 똑같은 기계명령으로 어셈블리화한다.

32비트크기의 베이스 레지시터와 오프셋을사용하여 32비트 크기의 lw나 sw 명령은 메모리를 참조 할 수 있다. 그렇다면 어떻게 베이스 주소는 베이스레지스터로 올려질 수 있을까? lui(load upper immediate) 명령이 이런 경우에 사용된다. lui명령은 16비트 크기의 직접 피연산자를 지정된 레지스터의 윗쪽 2 바이트로(upper two bytes) 복사를 한다.


lui  d,const  #  d레지스터의 위쪽 2 바이트 <-- 2 바이트의 상수(const)
                 #  d레지스터의 아래쪽 2 바이트 <-- 0x0000

lui $13, 0x________
lw  $12, 0x10($13)

lui $13, 0x0004
lw  $12, 0x10($13)

ori d,s,imm

lui $13, 0x________
ori $13, $13, 0x________
lw  $12, 0xC($13)

lui $13, 0x0060
ori $13, $13, 0x5000
lw  $12, 0xC($13)

lui $13, 0x0060
lw  $12, 0x500C($13)

ori  $d,const  # ori $d,$d,const와 같은 의미의 명령이다.

ori  $10,$10,0x00C4
ori  $10,$0, 0x00C4

ori  $10,$10,0x00C4

ori  $10,$0, 0x00C4}}}

정수의 배열은 워드 정렬된 연속된 워드의 값으로 구현된다. 아래의 다이어그램을 밑에 c 코드로 표현된 정수 배열을 구현한 것이라고도 볼 수 있다. 

int data[] = {0, 1, 2, 3, 4, 5};


attachment:lwProblemTwo.gif

위의 코드는 "C"라는 언어를 사용해 표현 되었지만 이 페이지를 이해하기위해 "C"를 알아야 할 필요가 전혀 없다. 위의 선언은 6개의 원소로 이루어진 배열을 만들고 각각의 값을 정수 0부터 5로 채운다.

질문:
이 배열을 가리키기 위해서 어떤 메모리 주소를 사용하는것이 가장 적당하겠습니까?

=== 예제 프로그램 ===

http://chortle.ccsu.edu/AssemblyTutorial/Chapter-15/ass15_13.html

답: data[0]의 주소인 0x00605000. 실제로 ANSI C 에서 배열을 가리키는 심볼(이 경우 data)은 배열의 첫 원소의 주소를 가리킵니다. 보통 실행시에  베이스 레지스터가 이 주소값을 담고 있습니다.

메모리로부터 레지스터를 로드할 때 좀 더 쉬운 방법이 있을까? 기계어수준에서는 없다. 그러나 어셈블러는 lw와 sw명령을 쉽게 사용할수 있는 기능들을 가지고 있다. 뒷부분에서 다룰것이다.

예제프로그램작성을 시작해보자. 이 프로그램은 메모리의 x값을 불러들여 5x^2 - 12x + 97의 값을 구할 것이다. 결과를 메모리의 poly 라는 곳에 저장한다.

질문: 예제프로그램에서 

lw 명령과 sw 명령을 몇 번이나 사용할까요?

=== 심볼릭 주소 ===

http://chortle.ccsu.edu/AssemblyTutorial/Chapter-15/ass15_14.html

답: 각각 1번이 필요합니다. x값을 불러들일때 lw, poly값을 저장시킬 때 sw를 한번씩 사용합니다.

이 프로그램에서 메모리의 위치를 각각 x와 poly로 불렀다. 당연히 실행시에 주소들은 32비트의 패턴이다. 그러나, 어셈블리 소스코드에서는 특정한 메모리의 위치를 위해 이름을 지어주는것이 편하다. 그러한 이름을 '''심볼릭 주소(Symbolic Address-기호로 된 주소)''' 라고 한다. 어셈블러의 중요한 기능중 하나가 심볼릭 주소의 지원이다. 아래의 예제에서는, 그러나, 하드웨어 명령이 어떻게 작동하는지를 설명하기 위해 일부 기능을 사용하지 않을 것이다.

아래는 예제 프로그램이다:



## poly.asm
##
## 5x^2 -12x + 97 값을 구한다.
##

        .text
        .globl  main

main: 

        # . . . . 각종 명령들

        .data
                             # SPIM에서 데이터를 위한 섹션은
                             # 주소 0x10000000에서 시작한다.
x:      .word   17           # 베이스 레지스터가 여기를 가리킨다
poly:   .word   0

## 파일의 끝}}}

어셈블러 지정자인 .data는 메모리의 데이터를 저장하는 부분이 시작된다는 것을 의미한다. .word는 32비트의 2의 보수식으로 표현된 정수라는 뜻이다. 정수는 기본적으로 10진수로 표현되어 있다.

위에서 .word 17은 십진수 "17"이 표현하고 있는 수를 32비트 2의 보수 표현식으로 표현된 패턴을 말한다. 어셈블러가 적당한 비트 패턴으로 변환 시킨다.

16진수를 사용할 수도 있다. .word 0x11은 .word 17을 의미한다.

질문:
SPIM에 있는 어셈블러는 자동적으로 .data섹션을 0x10000000에서 시작하도록 한다.
1. x의 주소는 무엇일까요?
2. poly의 주소는 무엇일까요?

=== 예제 계속 ===

http://chortle.ccsu.edu/AssemblyTutorial/Chapter-15/ass15_15.html

답: SPIM의 어셈블러는 자동적으로 주소 0x10000000에서 시작하는 코드를 어셈블합니다.

1. x의 주소는 무엇일까요? '''0x10000000'''
2. poly의 주소는 무엇일까요? '''0x10000004'''

아래의 그림은 SPIM실행시의 이 부분을 나타낸 것입니다:
attachment:polyDataSect.gif

프로그램의 중요한 부분이다. 어떤 레지스터가 무엇에 쓰일 것인지 결정해야한다. 그리고 어떤 레지스터를 사용하기로 결정 했는지 써 넣어 보자. 정확한 결과를 얻기위해서 어떤 레지스터를 사용할 지 분명히 하는 것이 매우 중요하다.


## poly.asm  
##
## evaluate  5x^2 -12x + 97 
##
## Register Use:
##
## $10 베이스 레지스터, x의 주소
## $11 x
## $12 다항식의 결과
## $13 임시저장소

        .text
        .globl  main

main: 
        lui   $10,______     #  베이스 레지스터 초기화
        lw    $11,0($_____)  #  x를 로드

        ori   $12,$0,_____   #  누산기 초기화를
                             #  "load delay slot"기간중 한다

        #. . .  기타 명령들

        sw    $12,___($___)  #  결과를 poly에 저장한다

        .data
                             # 스핌에서는 데이터 섹션이
                             # 주소 0x10000000 에서 시작한다
x:      .word   17           # 베이스 레지스터가 여기를 가리킨다
poly:   .word   0

## poly.asm  
##
## 5x^2 -12x + 97 계산한다 
##
## 사용하는 레지스터:
##
## $10 베이스 레지스터, x의 주소
## $11 x
## $12 다항식의 결과
## $13 임시저장소

        .text
        .globl  main

main: 
        lui   $10,0x1000      #  베이스 레지스터 초기화
        lw   $11,0($10)    #  x를 로드

        ori   $12,$0,97  #  누산기 초기화를
                             #  "load delay slot"기간중 한다

          ori   $13,$0,12      #  2차항을 계산 한다.
        mult  $__,$__        #  12x
        ____  $13            #  32비트라고 가정한다
        subu  $__,$__,$__    #  누산기(accumulator) = -12x +97

        #. . .  기타 명령들

        sw     sw    $12,4($10) #  결과를 poly에 저장한다

        .data
                             # 스핌에서는 데이터 섹션이
                             # 주소 0x10000000 에서 시작한다
x:      .word   17           # 베이스 레지스터가 여기를 가리킨다
poly:   .word   0

## poly.asm  
##
## 5x^2 -12x + 97 계산한다 
##
## 사용하는 레지스터:
##
## $10 베이스 레지스터, x의 주소
## $11 x
## $12 다항식의 결과
## $13 임시저장소

        .text
        .globl  main

main: 
        lui   $10,0x1000      #  베이스 레지스터 초기화
        lw   $11,0($10)    #  x를 로드

        ori   $12,$0,97  #  누산기 초기화를
                             #  "load delay slot"기간중 한다

          ori   $13,$0,12      #  2차항을 계산 한다.
        mult  $11,$13        #  12x
        mflo  $13            #  32 비트라고 가정한다.
        subu  $12,$12,$13    #  accumulator = -12x +97

                             #  3차항 값을 구한다.
        mult  $__,$__        #  x^2
        mflo  $__            #  32비트라고 가정한다.

        . . . 기타 명령들

        sw    $12,4($10)     #  결과를 poly에 저장한다

        .data
x:      .word   17            # 베이스 레지스터가 여기를 가리킨다
poly:   .word   0

## 파일의 끝

## poly.asm  
##
## 5x^2 -12x + 97 계산한다 
##
## 사용하는 레지스터:
##
## $10 베이스 레지스터, x의 주소
## $11 x
## $12 다항식의 결과
## $13 임시저장소

        .text
        .globl  main

main: 
        lui   $10,0x1000      #  베이스 레지스터 초기화
        lw   $11,0($10)    #  x를 로드

        ori   $12,$0,97  #  누산기 초기화를
                             #  "load delay slot"기간중 한다

          ori   $13,$0,12      #  2차항을 계산 한다.
        mult  $11,$13        #  12x
        mflo  $13            #  32 비트 결과로 가정한다.
        subu  $12,$12,$13    #  accumulator = -12x +97

                                      #  3차항 값을 구한다.
        mult  $11,$11        #  x^2
        mflo  $11            #  32 비트 결과로 가정한다.
        ori   $13,$0,___     #  5
        mult  $___,$___      #  5x^2
        mflo  $13            #
        addu  $12,$___,$___  #  누산기 = 5x^2-12x+97

        sw    $12,4($10)     #  결과를 poly에 저장한다.

        .data
x:      .word   17 
poly:   .word   0

## 파일의 끝

## poly.asm  
##
## 5x^2 -12x + 97 계산한다 
##
## 사용하는 레지스터:
##
## $10 베이스 레지스터, x의 주소
## $11 x
## $12 다항식의 결과
## $13 임시저장소

        .text
        .globl  main

main: 
        lui   $10,0x1000      #  베이스 레지스터 초기화
        lw   $11,0($10)    #  x를 로드

        ori   $12,$0,97  #  누산기 초기화를
                             #  "load delay slot"기간중 한다

          ori   $13,$0,12      #  2차항을 계산 한다.
        mult  $11,$13        #  12x
        mflo  $13            #  32 비트 결과로 가정한다.
        subu  $12,$12,$13    #  accumulator = -12x +97

                                      #  3차항 값을 구한다.
        mult  $11,$11        #  x^2
        mflo  $11            #  32 비트 결과로 가정한다.
        ori   $13,$0,5     #  5
        mult  $11,$13      #  5x^2
        mflo  $13            #
        addu  $12,$12,$13  #  누산기 = 5x^2-12x+97

        sw    $12,4($10)     #  결과를 poly에 저장한다.

        .data
x:      .word   17 
poly:   .word   0

## 파일의 끝