MIPS: Instruções de Multiplicação

Oi pessoal! No artigo anterior eu detalhei a Compilação de Procedimentos no MIPS. No artigo de hoje, vou falar sobre algumas instruções que ainda não foram apresentadas a vocês. Quem tiver interesse, todas as informações referentes à Arquitetura MIPS estão disponíveis no site oficial neste link: https://www.mips.com.

Multiplicação

MULT: Multiply Word

Sintaxe: mult rs, rt

Formato:

opcode	rs	rt	rd	shamt	funct
0				0x18
6 bits	5 bits	5 bits	10 bits	6 bits

A multiplicação “normal”, vamos assim dizer, é parecida com as instruções que já estudamos até aqui. A diferença agora está nos 10 bits que compreendem os campos rd e shamt. Vamos fazer a multiplicação entre os números 10 e 2. Manualmente sabemos que o resultado é 20. Agora vamos converter todos os números para binário e em seguida para hexadecimal:

10 = 0000 1010 = A

2 = 0000 0010 = 2

20 = 0001 0100 = 14

Isso vai nos ajudar a nos localizar no simulador MARS. O código para testar esta instrução é dado abaixo:

.text
          li $s2, 10      #carrega o valor imediato 10 no registrador s2 (li = load immediate)
          li $s3, 2        #carrega o valor imediato2 no registrador s3
          mult $s2, $s3          #executa a multiplicação entre s2 e s3

Execute este código no MARS. Você verá algo como as imagens abaixo. Note que o resultado da multiplicação é armazenada no registrador lo, que é o registrador que armazena a palavra menos significativa do produto. A palavra mais significativa do produto é armazenada no registrador hi.

Multiplicação sem sinal

MULTU: Multiply Unsigned Word

Sintaxe: multu rs, rt

Formato:

opcode	rs	rt	rd	shamt	funct
0				0x19
6 bits	5 bits	5 bits	10 bits	6 bits

A diferença desta multiplicação para a anterior, é que nesta o sinal do número não é considerado (sem sinal). Da mesma forma que MULT, aqui os registradores HI e LO também são utilizados. Note também que o código em FUNCT é outro. Tome muito cuidado, pois esses códigos são muito parecidos. Quando for programar, caso tenha dúvidas, consulte sempre os artigos disponíveis no Embarcados. Para facilitar nosso entendimento, vamos usar os mesmos números para todos os exemplos.

.text
          li $s2, 10      #carrega o valor imediato 10 no registrador s2 (li = load immediate)
          li $s3, 2        #carrega o valor imediato2 no registrador s3
          mult $s2, $s3          #executa a multiplicação entre s2 e s3

Multiplicação sem overflow

MUL: Multiply Word to GPR (register propouse geral)

Sintaxe: mul rd, rs, rt

Formato:

opcode	rs	rt	rd	shamt	funct
0x1c				0	2
6 bits	5 bits	5 bits	5 bits	5 bits	6 bits

Esta multiplicação não trata do overflow, e é parecida com a instrução ADD que conhecemos. O resultado da multiplicação será armazenado no registrador RD. No caso do nosso exemplo, RD será o registrador $s1

.text
          li $s2, 10      #carrega o valor IMEDIATO 10 no registrador s2 (li = load immediate)
          li $s3, 2        #carrega o valor IMEDIATO 2 no registrador s3
          mul $s1 $s2, $s3    #executa a multiplicação entre s2 e s3 e armazena o resultado em $s1

Multiplicação com overflow

Sintaxe: mulo r_destino, r_source1, r_source2

Esta multiplicação é uma pseudoinstrução, isto significa que ela desencadeia uma série de outras instruções em sua execução. Para entende-la vamos ver em detalhes a execução do código abaixo no MARS.

.text
          li $s2, 10      #carrega o valor IMEDIATO 10 no registrador s2 (li = load immediate)
          li $s3, 2        #carrega o valor IMEDIATO 2 no registrador s3
          mulo $s1 $s2, $s3   #executa a multiplicação entre s2 e s3 e armazena o resultado em $s1

Observe a imagem:

A primeira e a segunda linha são instruções que já conhecemos e discutimos anteriormente. A terceira linha realiza uma instrução MULT, que é a multiplicação normal que vimos neste artigo. Note que o registrador LO e HI tem os valores 14 e 0 respectivamente. Na quarta linha temos a instrução MFHI, que significa Move From HI register e tem a seguinte sintaxe:

mfhi rd

O formato é:

opcode	rs	rt	rd	shamt	funct
0				010000
6 bits	10 bits	5 bits	5 bits	6 bits

Esta instrução copia o valor do registrador HI para RD. Em nosso exemplo, HI tem o valor zero e será copiado para $1. Já na quinta linha, encontra-se a instrução MFLO, que é idêntica à instrução MFHI, a qual copia o valor do registrador lo para o registrador RD. Em nosso exemplo, LO vale 14 e este será copiado para o registrador $17.

Sintaxe: mflo rd

Formato:

opcode	rs	rt	rd	shamt	funct
0				010010
6 bits	10 bits	5 bits	5 bits	6 bits

Na sexta linha vemos a instrução SRA (Shift Word Right Arithmetic), que executa um deslocamento aritmético à direita, de uma palavra, por um número fixo de bits. A sintaxe é o seguinte:

sra rd, rt, sa

E o formato é:

opcode	rs	rt	rd	sa	funct
0					000011
6 bits	5 bits	5 bits	5 bits	5 bits	6 bits

O conteúdo da palavra de 32 bits de baixa ordem do registrador de uso geral é deslocado para a direita, duplicando o bit de sinal (bit 31) nos bits esvaziados. O resultado da palavra é colocado no registrador RD, e o valor do deslocamento de bits é especificado por SA. Em nosso exemplo, a instrução está da seguinte maneira:

sra $17, $17, 0x0000001f

$17 tem o valor 14 e é nosso registrador RD, e o valor 0x0000001f é o valor de deslocamento. A próxima linha possui a instrução BEQ, a qual já estudamos anteriormente, e está da seguinte forma:

Beq $1, $17, 0x00000001

Portanto, se $1 = $17, desviará para o endereço 0x00000001. Tudo é necessário para tratar do overflow, que já foi explicado no artigo “Sinal e Overflow no MIPS”. Na linha 8 temos a palavra-chave break, para parar a execução, e na linha 9 a instrução MFLO $17, que conterá o resultado final da multiplicação.

Multiplicação sem sinal com overflow

Mulou r_destino, r_source1, r_source_2

Esta pseudoinstrução funcionará de forma parecida a instrução MULO. A instrução MULTU será utilizada no lugar da instrução MULT e não fará uso da instrução SRA. O código é dado a seguir:

.text
          li $s2, 10      #carrega o valor IMEDIATO 10 no registrador s2 (li = load immediate)
          li $s3, 2        #carrega o valor IMEDIATO 2 no registrador s3
          madd $s2, $s3        #executa a multiplicação entre s2 e s3

Observe a imagem da execução no MARS:

Multiplicação Adição

MADD: Multiply and Add Word to Hi,Lo

Sintaxe: Madd, rs, rt

Formato:

opcode	rs	rt	rd	shamt	funct
0x1c				0
6 bits	5 bits	5 bits	10 bits	6 bits

Exemplo de código:

.text
          li $s2, 10      #carrega o valor IMEDIATO 10 no registrador s2 (li = load immediate)
          li $s3, 2       #carrega o valor IMEDIATO 2 no registrador s3
          madd $s2, $s3   #executa a multiplicação entre s2 e s3

O objetivo desta instrução é multiplicar duas palavras e adicionar o resultado a Hi, Lo. O valor da palavra de 32 bits em registrador rs é multiplicado pelo valor da palavra de 32 bits no registrador rt, produzindo um resultado de 64 bits. O produto é adicionado aos valores concatenados de 64 bits de HI e LO. Os 32 bits mais significativos do resultado são escritos em HI e os 32 bits menos significativos são gravados em LO.

Multiplicação adição sem sinal

MADDU: Multiply and Add Unsigned Word to Hi, Lo.

Sintaxe: Maddu rs, rt

Formato:

opcode	rs	rt	rd	sa	funct
0x1c					1
6 bits	5 bits	5 bits	5 bits	5 bits	6 bits

Exemplo de código:

.text
          li $s2, 10      #carrega o valor IMEDIATO 10 no registrador s2 (li = load immediate)
          li $s3, 2        #carrega o valor IMEDIATO 2 no registrador s3
          maddu $s2, $s3      #executa a multiplicação entre s2 e s3

Essa instrução multiplica duas palavras sem sinal e adiciona o resultado em HI e LO. O valor da palavra de 32 bits no registrador rs é multiplicado pelo valor da palavra de 32 bits no registrador rt, produzindo um resultado de 64 bits. O produto é adicionado aos valores concatenados de 64 bits de HI e LO. Os 32 bits mais significativos do resultado são escritos em HI e os 32 bits menos significativos são gravados em LO.

Multiplicação Subtração

MSUB: Multiply and Subtract Word to Hi,Lo

Sintaxe: msub rs, rt

Formato:

opcode	rs	rt	rd	shamt	funct
01xc				4
6 bits	5 bits	5 bits	10 bits	6 bits

Exemplo de código:

.text
          li $s2, 10      #carrega o valor IMEDIATO 10 no registrador s2 (li = load immediate)
          li $s3, 2        #carrega o valor IMEDIATO 2 no registrador s3
          msub $s2, $s3        #executa a multiplicação entre s2 e s3

A instrução multiplica duas palavras e subtrai o resultado de HI, LO. O valor da palavra de 32 bits no registrador RS é multiplicado pelo valor de 32 bits no registrador RT, produzindo um resultado de 64 bits. O produto é subtraído dos valores concatenados de 64 bits de HI e LO. Os 32 bits mais significativos do resultado são escritos em HI e os 32 bits menos significativos são gravados em LO.

Multiplicação Subtração Sem Sinal

MSUB: Multiply and Subtract Word to Hi,Lo

Sintaxe: msub rs, rt

Formato:

opcode	rs	rt	rd	shamt	funct
01xc				5
6 bits	5 bits	5 bits	10 bits	6 bits

Exemplo de código:

.text
          li $s2, 10      #carrega o valor IMEDIATO 10 no registrador s2 (li = load immediate)
          li $s3, 2        #carrega o valor IMEDIATO 2 no registrador s3
          msub $s2, $s3        #executa a multiplicação entre s2 e s3

A instrução é exatamente a mesma da anterior, porém, o código de função é 5 e não 4! Fique atento. Esta instrução multiplica duas palavras e subtrai o resultado de HI, LO. O valor da palavra de 32 bits no registrador RS é multiplicado pelo valor de 32 bits no registrador RT produzindo um resultado de 64 bits. O produto é subtraído dos valores concatenados de 64 bits de HI e LO. Os 32 bits mais significativos do resultado são escritos em HI e os 32 bits menos significativos são gravados em LO.

Por hoje é só pessoal! No próximo artigo, vamos conhecer outras instruções! Até.