Il set di istruzioni¶
In questa sezione verrà illustrato il repertorio delle istruzioni MIPS64 riconosciute da EduMIPS64. è possibile effettuare due differenti classificazioni: una basata sulla funzionalità delle istruzioni e l’altra basata sul tipo di parametri.
La prima classificazione suddivide le istruzioni in tre categorie: istruzioni ALU, istruzioni Load/Store, istruzioni di controllo del flusso. I prossimi tre paragrafi descriveranno ciascuna categoria e le istruzioni che vi appartengono.
Il quarto paragrafo descriverà le istruzioni che non rientrano in nessuna delle tre categorie sopraelencate.
Le istruzioni ALU¶
L’unità logico-aritmetica (ALU) fa parte dell’unità esecutiva di una CPU ed assume il ruolo di esecuzione di operazioni logiche ed aritmetiche. Il gruppo di istruzioni ALU conterrà quindi quelle istruzioni che effettuano questo tipo di operazioni.
Le istruzioni ALU possono essere suddivise in due gruppi: tipo R e tipo I.
Quattro di esse utilizzano due registri speciali: LO e HI. Tali registri sono interni alla CPU ed è possibile accedere al loro valore mediante le istruzioni MFLO e MFHI.
Ecco la lista delle istruzioni ALU di tipo R.
AND rd, rs, rt
Esegue un AND bit a bit tra rs ed rt, e pone il risultato in rd.
ADD rd, rs, rt
Somma il contenuto dei registri a 32-bit rs ed rt, considerandoli come valori con segno, e pone il risultato in rd. Lancia un’eccezione in caso di overflow.
ADDU rd, rs, rt
Somma il contenuto dei registri a 32-bit rs ed rt, e pone il risultato in rd. Non si verificano eccezioni di overflow.
DADD rd, rs, rt
Somma il contenuto dei registri a 64-bit rs ed rt, considerandoli come valori con segno, e pone il risultato in rd. Lancia un’eccezione in caso di overflow.
DADDU rd, rs, rt
Somma il contenuto dei registri a 64-bit rs ed rt, e pone il risultato in rd. Non si verificano eccezioni di overflow.
DDIV rs, rt
Esegue la divisione tra i registri a 64-bit rs ed rt, ponendo i 64-bit del quoziente in LO ed i 64-bit del resto in HI.
DDIVU rs, rt
Esegue la divisione tra i registri a 64-bit rs ed rt, considerandoli come valori senza segno e ponendo i 64-bit del quoziente in LO ed i 64-bit del resto in HI.
DIV rs, rt
Esegue la divisione tra i registri a 32-bit rs ed rt, ponendo i 32-bit del quoziente in LO ed i 32-bit del resto in HI.
DIVU rs, rt
Esegue la divisione tra i registri a 32-bit rs ed rt, considerandoli come valori senza segno e pone i 32-bit del quoziente in LO ed i 32-bit del resto in HI.
DMUHU rd, rs, rt
Esegue il prodotto tra i registri a 64-bit rs ed rt, considerandoli come valori senza segno e ponendo i 64 bit alti del risultato nel registro rd.
DMULT rs, rt
Esegue il prodotto tra i registri a 64-bit rs ed rt, ponendo i 64 bit bassi del risultato nel registro speciale LO e i 64 bit alti del risultato nel registro speciale HI.
DMULTU rs, rt
Esegue il prodotto tra i registri a 64-bit rs ed rt, considerandoli come valori senza segno e ponendo i 64 bit bassi del risultato nel registro speciale LO e i 64 bit alti del risultato nel registro speciale HI.
DMULU rd, rs, rt
Esegue il prodotto tra i registri a 64-bit rs ed rt, considerandoli come valori senza segno e ponendo i 64 bit bassi del risultato nel registro rd.
DSLL rd, rt, sa
Effettua uno shift verso sinistra del registro a 64-bit rt, di un numero di bit indicato nel valore immediato (positivo compreso tra 0 e 63) sa, e pone il risultato in rd. I bit liberi vengono posti a zero.
DSLLV rd, rt, rs
Effettua uno shift verso sinistra del registro a 64-bit rt, di un numero di bit specificato nei 6 bit bassi del registro rs che verrà letto come valore senza segno, e pone il risultato in rd. I bit liberi vengono posti a zero.
DSRA rd, rt, sa
Effettua uno shift verso destra del registro a 64-bit rt, di un numero di bit specificato nel valore senza segno immediato (positivo compreso tra 0 e 63) sa, e pone il risultato in rd. I bit liberi vengono posti a zero se il bit più a sinistra di rs è zero, altrimenti vengono posti a uno.
DSRAV rd, rt, rs
Effettua uno shift verso destra del registro a 64-bit rt, di un numero di bit specificato nei 6 bit bassi del registro rs che verrà letto come valore senza segno,e pone il risultato in rd. I bit liberi vengono posti a zero se il bit più a sinistra di rs è zero, altrimenti vengono posti a uno.
DSRL rd, rs, sa
Effettua uno shift verso destra del registro a 64-bit rt, di un numero di bit specificato nel valore immediato (positivo compreso tra 0 e 63) sa, e pone il risultato in rd. I bit liberi vengono posti a zero.
DSRLV rd, rt, rs
Effettua uno shift verso destra del registro a 64-bit rt, di un numero di bit specificato nei 6 bit bassi del registro rs che verrà letto come valore senza segno, e pone il risultato in rd. I bit liberi vengono posti a zero.
DSUB rd, rs, rt
Sottrae il valore del registro a 64-bit rt al valore del registro a 64-bit rs, considerandoli come valori con segno, e pone il risultato in rd. Lancia un’eccezione in caso di overflow.
DSUBU rd, rs, rt
Sottrae il valore del registro a 64-bit rt al valore del registro a 64-bit rs, e pone il risultato in rd. Non si verificano eccezioni di overflow.
MFLO rd
Copia il contenuto del registro speciale LO in rd.
MFHI rd
Copia il contenuto del registro speciale HI in rd.
MOVN rd, rs, rt
Se rt è diverso da zero, copia il contenuto di rs in rd.
MOVZ rd, rs, rt
Se rt è uguale a zero, copia il contenuto di rs in rd.
MULT rs, rt
Esegue il prodotto tra i registri a 32-bit rs ed rt, ponendo i 32 bit bassi del risultato nel registro speciale LO e i 32 bit alti del risultato nel registro speciale HI.
MULTU rs, rt
Esegue il prodotto tra i registri a 32-bit rs ed rt, considerandoli come valori senza segno e ponendo i 32 bit bassi del risultato nel registro speciale LO e i 32 bit alti del risultato nel registro speciale HI.
OR rd, rs, rt
Esegue un OR bit a bit tra rs ed rt, e pone il risultato in rd.
SLL rd, rt, sa
Effettua uno shift verso sinistra del registro a 32-bit rt, di un numero di bit indicati nel valore immediato (positivo compreso tra 0 e 63) sa, e pone il risultato nel registro a 32-bit rd. I bit liberi vengono posti a zero.
SLLV rd, rt, rs
Effettua uno shift verso sinistra del registro a 32-bit rt, di un numero di bit specificato nei 5 bit bassi del registro rs che verrà letto come valore senza segno, e pone il risultato nel registro a 32-bit rd. I bit liberi vengono posti a zero.
SRA rd, rt, sa
Effettua uno shift verso destra del registro a 32-bit rt, di un numero di bit specificato nel valore immediato (positivo compreso tra 0 e 63) sa, e pone il risultato nel registro a 32-bit rd. I bit liberi vengono posti a zero se il bit più a sinistra di rs è zero, altrimenti vengono posti a uno.
SRAV rd, rt, rs
Effettua uno shift verso destra del registro a 32-bit rt, di un numero di bit specificato nei 5 bit bassi del registro rs che verrà letto come valore senza segno, e pone il risultato nel registro a 32-bit in rd. I bit liberi vengono posti a zero se il bit più a sinistra di rs è zero, altrimenti vengono posti a uno.
SRL rd, rs, sa
Effettua uno shift verso destra del registro a 32-bit rt, di un numero di bit specificato nel valore immediato (positivo compreso tra 0 e 63) sa, e pone il risultato nel registro a 32-bit rd. I bit liberi vengono posti a zero.
SRLV rd, rt, rs
Effettua uno shift verso destra del registro a 32-bit rt, del numero di bit specificato nei 5 bit bassi del registro rs che verrà letto come valore senza segno, e pone il risultato nel registro a 32-bit rd. I bit liberi vengono posti a zero.
SUB rd, rs, rt
Sottrae il valore del registro a 32-bit rt al valore del registro a 32-bit rs, considerandoli come valori con segno, e pone il risultato in rd. Lancia un’eccezione in caso di overflow.
SUBU rd, rs, rt
Sottrae il valore del registro a 32-bit rt al valore del registro a 32-bit rs, e pone il risultato in rd. Non si verificano eccezioni di overflow.
SLT rd, rs, rt
Pone il valore di rd ad 1 se il valore contenuto in rs è minore di quello contenuto in rt, altrimenti pone rd a 0. Questa istruzione esegue un confronto con segno.
SLTU rd, rs, rt
Pone il valore di rd ad 1 se il valore contenuto in rs è minore di quello contenuto in rt, altrimenti pone rd a 0. Questa istruzione esegue un confronto senza segno.
XOR rd, rs, rt
Esegue un OR esclusivo (XOR) bit a bit tra rs ed rt, e pone il risultato in rd.
Ecco la lista delle istruzioni ALU di tipo I.
ADDI rt, rs, immediate
Effettua la somma tra il registro a 32 bit rs ed il valore immediato, ponendo il risultato in rt. Questa istruzione considera gli operandi come valori con segno. Lancia un’eccezione in caso di overflow.
ADDIU rt, rs, immediate
Effettua la somma tra il registro a 32 bit rs ed il valore immediato, ponendo il risultato in rt. Non si verificano eccezioni di overflow.
ANDI rt, rs, immediate
Esegue un AND bit a bit tra rs ed il valore immediato, ponendo il risultato in rt.
DADDI rt, rs, immediate
Effettua la somma tra il registro a 64 bit rs ed il valore immediato, ponendo il risultato in rt. Questa istruzione considera gli operandi come valori con segno. Lancia un’eccezione in caso di overflow.
DADDIU rt, rs, immediate
Effettua la somma tra il registro a 64 bit rs ed il valore immediato, ponendo il risultato in rt. Non si verificano eccezioni di overflow.
DADDUI rt, rs, immediate
Effettua la somma tra il registro a 64 bit rs ed il valore immediato, ponendo il risultato in rt. Non si verificano eccezioni di overflow.
LUI rt, immediate
Carica la costante definita dal valore immediato nella metà superiore dei 32 bit inferiori di rt, effettuando l’estensione del segno sui 32 bit superiori del registro.
ORI rt, rs, immediate
Effettua l’OR bit a bit tra rs ed il valore immediato, ponendo il risultato in rt.
SLTI rt, rs, immediate
Pone il valore di rt ad 1 se il valore di rs è minore di quello dell’immediato, altrimenti pone rt a 0. Questa operazione effettua un confronto con segno.
SLTIU rt, rs, immediate
Pone il valore di rt ad 1 se il valore di rs è minore di quello dell’immediato, altrimenti pone rt a 0. Questa operazione effettua un confronto senza segno.
XORI rt, rs, immediate
Effettua l’OR esclusivo bit a bit tra rs ed il valore immediato, ponendo il risultato in rt.
Istruzioni load/store¶
Questa categoria contiene tutte le istruzioni che effettuano trasferimenti di dati tra i registri e la memoria. Ognuna di esse è espressa nella forma:
[etichetta] istruzione rt, offset(base)
In base all’utilizzo di un’istruzione load oppure store, rt rappresenterà di volta in volta il registro sorgente o destinazione; offset è un’etichetta o un valore immediato e base è un registro. L’indirizzo è ottenuto sommando al valore del registro`base` il valore immediato di offset.
L’indirizzo specificato deve essere allineato in base al tipo di dato che si sta trattando. Le istruzioni di caricamento che terminano con «U» considerano il contenuto del registro rt come un valore senza segno.
Ecco la lista delle istruzioni di caricamento (LOAD):
LB rt, offset(base)
Carica il contenuto della cella di memoria all’indirizzo specificato da offset e base nel registro rt, considerando tale valore come byte con segno.
LBU rt, offset(base)
Carica il contenuto della cella di memoria all’indirizzo specificato da offset e base nel registro rt, considerando tale valore come byte senza segno.
LD rt, offset(base)
Carica il contenuto della cella di memoria all’indirizzo specificato da offset e base nel registro rt, considerando tale valore come una double word.
LH rt, offset(base)
Carica il contenuto della cella di memoria all’indirizzo specificato da offset e base nel registro rt, considerando tale valore come una half word con segno.
LHU rt, offset(base)
Carica il contenuto della cella di memoria all’indirizzo specificato da offset e base nel registro rt, considerando tale valore come una half word senza segno.
LW rt, offset(base)
Carica il contenuto della cella di memoria all’indirizzo specificato da offset e base nel registro rt, considerando tale valore come una word con segno.
LWU rt, offset(base)
Carica il contenuto della cella di memoria all’indirizzo specificato da offset e base nel registro rt, considerando tale valore come una word senza segno.
Ecco la lista delle istruzioni di memorizzazione (STORE):
SB rt, offset(base)
Memorizza il contenuto del registro rt nella cella di memoria specificata da offset e base, considerando tale valore come un byte.
SD rt, offset(base)
Memorizza il contenuto del registro rt nella cella di memoria specificata da offset e base, considerando tale valore come una double word.
SH rt, offset(base)
Memorizza il contenuto del registro rt nella cella di memoria specificata da offset e base, considerando tale valore come una half word.
SW rt, offset(base)
Memorizza il contenuto del registro rt nella cella di memoria specificata da offset e base, considerando tale valore come una word.
Istruzioni di controllo del flusso¶
Le istruzioni di controllo del flusso sono utilizzate per alterare l’ordine delle istruzioni prelevate dalla CPU nella fase di fetch. è possibile fare una distinzione tra tali istruzioni: tipo R, tipo I e tipo J.
Tali istruzioni eseguono il salto alla fase di Instruction Decode (ID), ogni qual volta viene effettuato un fetch inutile. In tal caso, due istruzioni vengono rimosse dalla pipeline, ed il contatore degli stalli dovuti ai salti effettuati viene incrementato di due unità.
Ecco la lista delle istruzioni di controllo del flusso di tipo R:
JALR rs
Pone il contenuto di rs nel program counter, e salva in R31 l’indirizzo dell’istruzione che segue l’istruzione JALR, che rappresenta il valore di ritorno.
JR rs
Pone il contenuto di rs nel program counter.
Ed ecco le istruzioni di controllo del flusso di tipo I:
B offset
Salto incondizionato ad offset.
BEQ rs, rt, offset
Salta ad offset se rs è uguale ad rt.
BEQZ rs, offset
Salta ad offset se rs è uguale a zero.
BGEZ rs, offset
Effettua un salto relativo al PC ad offset se rs è maggiore o uguale a zero.
BNE rs, rt, offset
Salta ad offset se rs non è uguale ad rt.
BNEZ rs, offset
Salta ad offset se rs non è uguale a zero.
Ecco la lista delle istruzioni di controllo del flusso di tipo J:
J target
Pone il valore immediato nel program counter
JAL target
Pone il valore immediato nel program counter, e salva in R31 l’indirizzo dell’istruzione che segue l’istruzione JAL, che rappresenta il valore di ritorno.
L’istruzione SYSCALL¶
L’istruzione SYSCALL offre al programmatore un’interfaccia simile a quella offerta da un sistema operativo, rendendo disponibili sei differenti chiamate di sistema (system call).
Le system call richiedono che l’indirizzo dei loro parametri sia memorizzato nel registro R14 ($t6), e pongono il loro valore di ritorno nel registro R1 ($at). Tali system call sono il più possibile fedeli alla convenzione POSIX.
SYSCALL 0 - exit()¶
SYSCALL 0 non richiede alcun parametro nè ritorna nulla, semplicemente ferma il simulatore.
è opportuno notare che se il simulatore non trova SYSCALL 0 nel codice sorgente, o una qualsiasi istruzione equivalente (HALT TRAP 0), terminerà automaticamente alla fine del sorgente.
SYSCALL 1 - open()¶
SYSCALL 1 richiede due parametri: una stringa (che termini con valore zero) che indica il percorso del file che deve essere aperto, ed una double word contenente un intero che indica i parametri che devono essere usati per specificare come aprire il file.
Tale intero può essere costruito sommando i parametri che si vogliono utilizzare, scelti dalla seguente lista:
O_RDONLY (0x01) Apre il file in modalità sola lettura;
O_WRONLY (0x02) Apre il file in modalità sola scrittura;
O_RDWR (0x03) Apre il file in modalità di lettura/scrittura;
O_CREAT (0x04) Crea il file se non esiste;
O_APPEND (0x08) In modalità di scrittura, aggiunge il testo alla fine del file;
O_TRUNC (0x08) In modalità di scrittura, cancella il contenuto del file al momento della sua apertura.
È obbligatorio specificare una delle prime tre modalità. La quinta e la sesta sono esclusive, non è possibile specificare O_APPEND se si specifica O_TRUNC (e viceversa).Inoltre non si puo” specificare O_CREAT se si specifica O_RDONLY (oppure O_RDWR).
È possibile specificare una combinazione di modalità semplicemente sommando i valori interi ad esse associati. Ad esempio, se si vuole aprire un file in modalità di sola scrittura ed aggiungere il testo alla fine del file, si dovrà specificare la modalità 2 + 8 = 10.
Il valore di ritorno delle chiamate di sistema è il nuovo descrittore del file (file descriptor) associato al file, che potrà essere utilizzato con le altre chiamate di sistema. Qualora si verifichi un errore, il valore di ritorno sarà -1.
SYSCALL 2 - close()¶
SYSCALL 2 richiede solo un parametro, il file descriptor del file che deve essere chiuso.
Qualora l’operazione termini con successo, SYSCALL 2 ritornerà 0, altrimenti -1. Possibili cause di errore sono il tentativo di chiudere un file inesistente, o di chiudere i file descriptor 0, 1 o 2, che sono associati rispettivamente allo standard input, allo standard output ed allo standard error.
SYSCALL 3 - read()¶
SYSCALL 3 richiede tre parametri: il file descriptor da cui leggere, l’indirizzo nel quale i dati letti dovranno essere copiati, il numero di byte da leggere.
Se il primo parametro è 0, il simulatore permetterà all’utente di inserire un valore mediante un’apposita finestra di dialogo. Se la lunghezza del valore immesso è maggiore del numero di byte che devono essere letti, il simulatore mostrerà nuovamente la finestra.
La chiamata di sistema ritorna il numero di byte effettivamente letti, o -1 se l’operazione di lettura fallisce. Possibili cause di errore sono il tentativo di leggere da un file inesistente, o di leggere dai file descriptor 1 (standard output) o 2 (standard error), oppure il tentativo di leggere da un file di sola scrittura.
SYSCALL 4 - write()¶
SYSCALL 4 richiede tre parametri: il file descriptor su cui scrivere, l’indirizzo dal quale i dati dovranno essere letti, il numero di byte da scrivere.
Se il primo parametro è 2 o 3, il simulatore mostrerà la finestra di input/output dove scriverà i dati letti.
Questa chiamata di sistema ritorna il numero di byte che sono stati scritti, o -1 se l’operazione di scrittura fallisce. Possibili cause di errore sono il tentativo di scrivere su un file inesistente, o sul file descriptor 0 (standard input), oppure il tentativo di scrivere su un file di sola lettura.
SYSCALL 5 - printf()¶
SYSCALL 5 richiede un numero variabile di parametri, il primo è la cosiddetta «format string» o stringa di formato. Nella stringa di formato possono essere inseriti alcuni segnaposto, descritti nella seguente lista:
%s parametro di tipo stringa;
%i parametro di tipo intero;
%d si comporta come %i;
%% carattere %
Per ciascuno dei segnaposto %s, %d o %i la SYSCALL 5 si aspetta un parametro, partendo dall’indirizzo del precedente.
Quando la SYSCALL trova un segnaposto per un parametro intero, si aspetta che il corrispondente parametro sia un valore intero, quando trova un segnaposto per un parametro stringa, si aspetta come parametro l’indirizzo della stringa stessa.
Il risultato visualizzato nella finestra di input/output, ed il numero di byte scritti posto in R1.
Qualora si verifichi un errore, R1 avrà valore -1.
Altre istruzioni¶
In questa sezione sono descritte istruzioni che non rientrano nelle precedenti categorie.
BREAK¶
L’istruzione BREAK solleva un’eccezione che ha l’effetto di fermare l’esecuzione se il simulatore è in esecuzione. Può essere utilizzata per il debugging.
NOP¶
L’istruzione NOP non fa nulla, ed è utilizzata per creare pause nel codice sorgente.
TRAP¶
L’istruzione TRAP è deprecated, rappresenta un’alternativa all’istruzione SYSCALL.
HALT¶
L’istruzione HALT è deprecated, rappresenta un’alternativa all’istruzione SYSCALL 0, che ferma il simulatore.