[ 컴퓨터 구조 ] 4. MIPS 에 관하여

• MIPS 의 목적

1) Performance를 최대화

2) 비용 최소화

3) design 시간 줄이기

 

 

 

• Register 관련해서 4가지 종류가 있다.

1) 일반적인 목적 

: 주소나 값들 갖고 있는 목적 , 주로 Int관련 register 

32 * 32 bits 레지스터 : 32개의 레지스터, 각각 32비트를 갖고 있다.

+ 0번(첫 번째) 레지스터는 항상 0을 가지고 있다!

 

 

2) 소수 관련 목적

: 소수점 아래를 32비트씩 나눠 가져가서 계산함

 

 

 

3) HI(32bits) LO(32bits)

: 나누기와 곱하기 관련 연산

32비트 * 32비트 곱하기를 하면, 자리수가 넘칠 수가 있다.

높은 쪽 32비트는 HI가 커버하고, 그 아래는 LO가 커버한다.

 

나누기에서는 HI에는 몫, LO에는 나머지를 넣는다.

 

 

4) PC (program counter)

: 머신의 Instruction을 읽어들이는 register

 

 

---

 

MIPS Design Principles

 

1) Simplicity favors Regularity

    간단하게 하려면, 규칙이 있어야 한다.

 

한 Operation에 몇 개의 Operator를 넣을지 (규칙을)정해야 식을 간단하게 보기 편하다.

MIPS의 목적을 달성하기 위해!!

 

---

 

 

2) Smaller is faster

 

MIPS 는 32개의 Register만 사용가능하다.

   - 많아지면 Propagation Delay가 길어지면서 CLK Cycle도 길어지기 때문에

      작은 단위로 돌리는 게 더 빠를 수가 있다.

 

   - Register에 접근할 때, Decoder를 사용하여 접근한다. 근데 5*2^5 Decoder와 6*2^6 Decoder중 어느 것이 계산 결과를 빨리 내어줄까? 

 

Register가 32개가 속도,계산 갯수 단위로 제일 합리적이다.

 

---

 

3) Make common case fast

 

Constants 자주 쓰이는 상수들에 관해서 어떻게 처리할까 생각중...

 

1) Memory access는 시간이 좀 걸린다. 

2) Register 에 넣는다 → 0번 Register에 0을 넣는 건 ㅇㅋ, 근데 어떤 게 많이 자주 쓰이는지 어떻게 알 수 있냐?

 

 

해결법 : Instructions 안에 넣는다!

Immediate 가 이러기 위해 존재

 

자주 일어나는 일을 빠르게 처리하는 방식으로 만들면 성능이 향상된다! 

 

 

 

---

 

4) Good design demands a compromise.

서로 합의가 되어있어야 그 안에서 이쁜 구상을 할 수 있다.

 

위와 같이 2진수 코드로(Machine Language) 만들어 졌을 때는 

32비트가 한 Instruction을 나타내고, 그 구성이 저렇게 나누어져 있다는 합의를 한 것이다.

 

 

R-type은 이런 Format을 가진다! 

 

type마다 다름.

 

 

 

 

연습문제!

 

답

priciple1 - 2

priciple2 - 1

priciple3 - 3

priciple4 - 4

 

 

---

MIPS Instruction

 

• 기본적으로 있어야 하는 것들

- Arithmetic / Logic

- Data Transfer ( MEM → Register(CPU) )

- Control

 

 

1. Arithmetic 

1) ADDI = s1 register에 있는 값 + 100 의 값의 주소에 있는 데이터를 s0 register에 넣어라 

2) MF@@( Move From @@)

 

 

+ Logical

1) ANDI , ORI도 가능

 

위에 있는 Inst를 조합해서 없는 Inst도 만들 줄 알아야 한다. 

 

밑에 Question 답

S1 과 S2에 대한 진리표를 만든다

> 그 결과 T에 대한 값도 넣는다

> 그 T에 대한 NOR을 한다.

문제 2)

ADD t0 s0 s1

ADD t1 s2 s3

SUB s4 t0 t2 

 

 

---

2. Data Transfer

 

- 데이터를 메모리에서 Register로 가져오는 명령어

- MIPS에서는 Memory Access 관련된 명령어가 2개 밖에 없다 : LW / SW

         * ADD S1 S3 S5 ( 얘네는 레지스터에 access하는 것)

 

Word 단위로 가져오기 때문에  4개의 byte로 가져온다.

Immediate 로 32인 이유 : A[8] = word 단위로 8개 = 4*8 = 32.

s3 주소에서 +32 

 

+ SW는 Source 가 먼저, Destination이 뒤에 온다. 

 

(다음 과제가 이런 식이라고 하셨음)

 

우선 이 배열의 시작은 A[0] = $s0 , A[3] = $s0 +12

연산 할 것은 A[1] = A[3] +3; 

즉

lw $t0 , 12($s0)   ← t0 레지스터에 s0+12 주소에 있는 A[3]를 가져온다

addi $t2 , $t0 ,3   ← t2 레지스터에 t0레스터의 값에 3을 더한 결과를 넣는다.

sw $t2, 4($s0)     ← t2 레지스터의 값을 s0+4 주소에 있는 A[1]에 넣는다.

 

 

3. Control Instructions

 

MIPS에 Branch Inst는 두 가지 종류가 있다.

 

1) Conditional Branch : BEQ(같으면) / BNE(같지 않으면) / SLT / SLTI

 

- BEQ 명령어 구성

 

S1, S2가 같으면, Label 로 (그냥 함수 이름이라고 생각하면 됨) 가서 branch해야하는데 

현재 위치와 branch하는 곳의 차이를 계산함. PC 값을 Label 까지의 word간격으로 계산한다.

 

- BNQ 명령어 구성

 

- slt 명령어 구성

set if less than : 작으면 destination 의 값을 0이나 1로 해라

s1의 값 < s2의 값 이면 t1 = 1 or t0 = 0 

 

 

 

(연습)

이거 양쪽으로 왔다갔다 할 줄 알아야 함!

 

 

Exercise

 

 

 

 

2) Un  ""        " "           : J(ump) / JR(Jump Register) / JAL 

 

- JUMP

word address로 위치를 표현한다~!, direct address이다.

+ PC값을 TargetAddress로 바꾼다 정도만 알면 됨

PC = TargetAddress

 

- JUMP Register

마지막 register의 값을 PC값으로 바꾼다!

PC = ra

 

- JUMP and Link

레지스터에 PC값을 저장해두고,

PC에는 TargetAddress값을 넣는다.

 

ra =PC

PC = TagetAddress

 

(출처) 

 

한동대학교 용환기교수님 - 컴퓨터구조