---
language: "MIPS Assembly"
filename: MIPS.asm
contributors:
- ["Stanley Lim", "https://github.com/Spiderpig86"]
translators:
- ["AstiaSun", "https://github.com/AstiaSun"]
lang: uk-ua
---
Мова ассемблера MIPS (англ. Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) була написана для роботи з мікропроцесорами MIPS, парадигма яких була описана в 1981 році [Джоном Геннессі](https://uk.wikipedia.org/wiki/Джон_Лерой_Геннессі). Ці RISC процесори використовуються у таких вбудованих системах, як маршрутизатори та мережеві шлюзи.
[Детальніше](https://en.wikipedia.org/wiki/MIPS_architecture)
```asm
# Коментарі позначені як'#'
# Всі символи після '#' ігноруються лексичним аналізатором асемблера.
# Зазвичай програми поділяються на .data та .text частини
.data # У цьому розділі дані зберігаються у пам'яті, виділеній в RAM, подібно до змінних
# в мовах програмування вищого рівня
# Змінна оголошується наступним чином: [назва]: .[тип] [значення]
# Наприклад:
hello_world: .asciiz "Hello World\n" # Оголосити текстову змінну
num1: .word 42 # word - це чисельний тип 32-бітного розряду
arr1: .word 1, 2, 3, 4, 5 # Масив чисел
arr2: .byte 'a', 'b' # Масив буквених символів (розмір кожного - 1 байт)
buffer: .space 60 # Виділити місце в RAM
# (не очищується, тобто не заповнюється 0)
# Розміри типів даних
_byte: .byte 'a' # 1 байт
_halfword: .half 53 # 2 байти
_word: .word 3 # 4 байти
_float: .float 3.14 # 4 байти
_double: .double 7.0 # 8 байтів
.align 2 # Вирівнювання пам'яті даних, де число
# показує кількість байтів, вирівнених
# у степені 2. (.align 2 означає
# чисельне (word) вирівнювання оскільки
# 2^2 = 4 байти)
.text # Розділ, що містить інструкції та
# логіку програми
.globl _main # Оголошує назву інструкції як
# глобальну, тобто, яка є доступною для
# всіх інших файлів
_main: # програми MIPS виконують інструкції
# послідовно, тобто першочергово код
# буде виконуватись після цієї позначки
# Виведемо на екран "hello world"
la $a0, hello_world # Завантажує адресу тексту у пам'яті
li $v0, 4 # Завантажує значення системної
# команди (вказуючи тип функціоналу)
syscall # Виконує зазначену системну команду
# з обраним аргументом ($a0)
# Регістри (використовуються, щоб тримати дані протягом виконання програми)
# $t0 - $t9 # Тимчасові регістри використовуються
# для проміжних обчислень всередині
# підпрограм (не зберігаються між
# викликами функцій)
# $s0 - $s7 # Збережені регістри, у яких значення
# зберігаються між викликами підпрограм.
# Зазвичай зберігаються у стеку.
# $a0 - $a3 # Регістри для передачі аргументів для
# підпрограм
# $v0 - $v1 # Регістри для значень, що повертаються
# від викликаної функції
# Типи інструкції завантаження / збереження
la $t0, label # Скопіювати адресу в пам'яті, де
# зберігається значення змінної label
# в регістр $t0
lw $t0, label # Скопіювати чисельне значення з пам'яті
lw $t1, 4($s0) # Скопіювати чисельне значення з адреси
# пам'яті регістра зі зміщенням в
# 4 байти (адреса + 4)
lb $t2, label # Скопіювати буквений символ в частину
# нижчого порядку регістра $t2
lb $t2, 0($s0) # Скопіювати буквений символ з адреси
# в $s0 із зсувом 0
# Подібне використання і 'lh' для halfwords
sw $t0, label # Зберегти чисельне значення в адресу в
# пам'яті, що відповідає змінній label
sw $t0, 8($s0) # Зберегти чисельне значення в адресу,
# що зазначена у $s0, та зі зсувом у 8 байтів
# Така ж ідея використання 'sb' та 'sh' для буквених символів та halfwords.
# 'sa' не існує
### Математичні операції ###
_math:
# Пам'ятаємо, що попередньо потрібно завантажити дані в пам'ять
lw $t0, num # Із розділа з даними
li $t0, 5 # Або безпосередньо з константи
li $t1, 6
add $t2, $t0, $t1 # $t2 = $t0 + $t1
sub $t2, $t0, $t1 # $t2 = $t0 - $t1
mul $t2, $t0, $t1 # $t2 = $t0 * $t1
div $t2, $t0, $t1 # $t2 = $t0 / $t1 (Може не підтримуватись
# деякими версіями MARS)
div $t0, $t1 # Виконує $t0 / $t1. Отримати частку можна
# за допомогою команди 'mflo', остаток - 'mfhi'
# Бітовий зсув
sll $t0, $t0, 2 # Побітовий зсув вліво на 2. Біти вищого порядку
# не зберігаються, нищого - заповнюються 0
sllv $t0, $t1, $t2 # Зсув вліво зі змінною кількістю у
# регістрі
srl $t0, $t0, 5 # Побітовий зсув вправо на 5 (не зберігає
# біти, біти зліва заповнюються 0)
srlv $t0, $t1, $t2 # Зсув вправо зі змінною кількістю у
# регістрі
sra $t0, $t0, 7 # Побітовий арифметичний зсув вправо
# (зберігає біти)
srav $t0, $t1, $t2 # Зсув вправо зі змінною кількістю у
# регістрі зі збереження значеннь бітів
# Побітові операції
and $t0, $t1, $t2 # Побітове І (AND)
andi $t0, $t1, 0xFFF # Побітове І з безпосереднім значенням
or $t0, $t1, $t2 # Побітове АБО (OR)
ori $t0, $t1, 0xFFF # Побітове АБО з безпосереднім значенням
xor $t0, $t1, $t2 # Побітова виключна диз'юнкція (XOR)
xori $t0, $t1, 0xFFF # Побітове XOR з безпосереднім значенням
nor $t0, $t1, $t2 # Побітова стрілка Пірса (NOR)
## Розгалуження ##
_branching:
# В основному інструкції розгалуження мають наступну форму:
# <instr> <reg1> <reg2> <label>
# де label - це назва змінної, в яку ми хочемо перейти, якщо зазначене твердження
# правдиве
beq $t0, $t1, reg_eq # Перейдемо у розгалуження reg_eq
# якщо $t0 == $t1, інакше -
# виконати наступний рядок
bne $t0, $t1, reg_neq # Розгалужується, якщо $t0 != $t1
b branch_target # Розгалуження без умови завжди виконується
beqz $t0, req_eq_zero # Розгалужується, якщо $t0 == 0
bnez $t0, req_neq_zero # Розгалужується, якщо $t0 != 0
bgt $t0, $t1, t0_gt_t1 # Розгалужується, якщо $t0 > $t1
bge $t0, $t1, t0_gte_t1 # Розгалужується, якщо $t0 >= $t1
bgtz $t0, t0_gt0 # Розгалужується, якщо $t0 > 0
blt $t0, $t1, t0_gt_t1 # Розгалужується, якщо $t0 < $t1
ble $t0, $t1, t0_gte_t1 # Розгалужується, якщо $t0 <= $t1
bltz $t0, t0_lt0 # Розгалужується, якщо $t0 < 0
slt $s0, $t0, $t1 # Інструкція, що посилає сигнал коли
# $t0 < $t1, результат зберігається в $s0
# (1 - правдиве твердження)
# Просте твердження якщо (if)
# if (i == j)
# f = g + h;
# f = f - i;
# Нехай $s0 = f, $s1 = g, $s2 = h, $s3 = i, $s4 = j
bne $s3, $s4, L1 # if (i !=j)
add $s0, $s1, $s2 # f = g + h
L1:
sub $s0, $s0, $s3 # f = f - i
# Нижче наведений приклад знаходження максимального значення з 3 чисел
# Пряма трансляція в Java з логіки MIPS:
# if (a > b)
# if (a > c)
# max = a;
# else
# max = c;
# else
# max = b;
# else
# max = c;
# Нехай $s0 = a, $s1 = b, $s2 = c, $v0 = повернути регістр
ble $s0, $s1, a_LTE_b # якщо (a <= b) розгалуження(a_LTE_b)
ble $s0, $s2, max_C # якщо (a > b && a <=c) розгалуження(max_C)
move $v0, $s0 # інакше [a > b && a > c] max = a
j done # Перейти в кінець програми
a_LTE_b: # Мітка розгалуження, коли a <= b
ble $s1, $s2, max_C # якщо (a <= b && b <= c) розгалуження(max_C)
move $v0, $s1 # якщо (a <= b && b > c) max = b
j done # Перейти в кінець програми
max_C:
move $v0, $s2 # max = c
done: # Кінець програми
## Цикли ##
_loops:
# Цикл складається з умови виходу та з інструкції переходу після його завершення
li $t0, 0
while:
bgt $t0, 10, end_while # Коли $t0 менше 10, продовжувати ітерації
addi $t0, $t0, 1 # Збільшити значення
j while # Перейти на початок циклу
end_while:
# Транспонування 2D матриці
# Припустимо, що $a0 зберігає адресу цілочисельної матриці розмірністю 3 x 3
li $t0, 0 # Лічильник для i
li $t1, 0 # Лічильник для j
matrix_row:
bgt $t0, 3, matrix_row_end
matrix_col:
bgt $t1, 3, matrix_col_end
# ...
addi $t1, $t1, 1 # Збільшити лічильник стовпця (col)
matrix_col_end:
# ...
addi $t0, $t0, 1
matrix_row_end:
## Функції ##
_functions:
# Функції - це процедури, що викликаються, приймають аргументи та повертають значення
main: # Програма починається з головної функції
jal return_1 # jal збереже поточний ПЦ (програмний центр) в $ra,
# а потім перейде до return_1
# Як передати аргументи?
# По-перше, ми маємо передати значення аргументів у регістри аргументів
li $a0, 1
li $a1, 2
jal sum # Тепер ми можемо викликати функцію
# Як щодо рекурсії?
# Тут потрібно дещо більше роботи оскільки ми маємо впевнитись, що ми збережемо
# та зчитаємо попередній ПЦ в $ra, оскільки jal автоматично перепише її при виклику
li $a0, 3
jal fact
li $v0, 10
syscall
# Ця функція повертає 1
return_1:
li $v0, 1 # Завантажити val в регіст $v0
jr $ra # Повернутись до попереднього ПЦ і продовжити виконання
# Функція з двома аргументами
sum:
add $v0, $a0, $a1
jr $ra # Повернутись
# Рекурсивна функція, яка знаходить факторіал
fact:
addi $sp, $sp, -8 # Виділити місце в стеку
sw $s0, ($sp) # Зберегти регістр, що містить поточне число
sw $ra, 4($sp) # Зберегти попередній ПЦ
li $v0, 1 # Проініціалізувати значення, що повертатиметься
beq $a0, 0, fact_done # Закінчити, якщо параметр 0
# Інакше, продовжити рекурсію
move $s0, $a0 # Скопіювати $a0 в $s0
sub $a0, $a0, 1
jal fact
mul $v0, $s0, $v0 # Множення
fact_done:
lw $s0, ($sp)
lw $ra, ($sp) # Відновити ПЦ
addi $sp, $sp, 8
jr $ra
## Макроси ##
_macros:
# Макроси надзвичайно корисні для заміни блоків коду, що повторюються, за допомогою
# однієї змінної, для покращення читабельності
# Це не заміна функцій.
# Вони мають бути оголошені перед використанням
# Макрос для виведення нових рядків (оскільки операція досить часто виконується)
.macro println()
la $a0, newline # Значення нового рядка зберігатиметься тут
li $v0, 4
syscall
.end_macro
println() # Асемблер скопіює цей блок коду сюди
# перед тим, як виконувати його
# Можна передавати параметри у макроси.
# Параметри позначаються знаком '%' з довільною назвою
.macro print_int(%num)
li $v0, 1
lw $a0, %num
syscall
.end_macro
li $t0, 1
print_int($t0)
# Значення також можна передавати безпосередньо в макроси
.macro immediates(%a, %b)
add $t0, %a, %b
.end_macro
immediates(3, 5)
# Одночасно із назвами змінних
.macro print(%string)
la $a0, %string
li $v0, 4
syscall
.end_macro
print(hello_world)
## Масиви ##
.data
list: .word 3, 0, 1, 2, 6 # Це масив чисел
char_arr: .asciiz "hello" # Це текстовий масив
buffer: .space 128 # Виділяє блок пам'яті, що
# автоматично не очищується
# Ці блоки пам'яті вирівнені
# вирівнені поруч один з одним
.text
la $s0, list # Завантажити адресу списку
li $t0, 0 # Лічильник
li $t1, 5 # Довжина списку
loop:
bgt $t0, $t1, end_loop
lw $a0, ($s0)
li $v0, 1
syscall # Вивести число
addi $s0, $s0, 4 # Розмір числа - 4 байти
addi $t0, $t0, 1 # Збільшити
j loop
end_loop:
## Включення ##
# Потрібно для імпорту сторонніх файлів у програму (насправді, код з цього файлу
# копіюється та вставляється в місце, де оголошений імпорт)
.include "somefile.asm"
```