Primeira Instrução MIPS

Oi pessoal. Hoje nós vamos começar com as instruções MIPS e, conforme formos “caminhando”, vou apresentando os detalhes do MIPS.

Todo software é traduzido para a linguagem binária (0 e 1) pra poder ser executado pelo processador. Quando você está com o computador ligado, usando quaisquer programas, todos eles estão sendo traduzidos e executados pelo seu processador. Se você desenvolve software, sabe que as instruções do seu programa serão convertidas para 0 e 1. Enfim, a linguagem da máquina é 0 e 1, mas a nossa linguagem não.

Eu não sei falar Chinês, mas se eu precisar conversar com um Chinês, solicitarei a ajuda de alguém que saiba essa língua, provavelmente um tradutor. Assim, com um tradutor, o Chinês e eu poderemos conversar igualmente. É a mesma coisa entre os programas e o hardware.

Considere a seguinte instrução em linguagem C:

a = b + c;

Essa instrução, para ser executada no processador, deve ser convertida para MIPS e depois para 0 e 1. Para poder manipular as variáveis é necessário utilizar os registradores do MIPS. Acredito que todos já saibam que a CPU é composta por registradores, que é a memória mais rápida e mais cara do projeto de um microprocessador, justamente porque está na CPU, para ajudar a executar as instruções.

Para as conversões usamos os registradores de uso geral do MIPS. Normalmente, nas nossas conversões, as variáveis que armazenam valores usam os registradores de nome t e as variáveis que contêm os operandos usam os registradores de nome s. A Tabela 1 apresenta os 32 registradores do MIPS 32 bits.

Tabela 1: Os 32 Registradores de uso geral do MIPS 32 bits.

De acordo com a tabela, usaremos então os registradores que vão de $t0 à $t7 e de $s0 à $s7. A instrução a = b + c ficará da seguinte forma:

ADD $t0, $s0, $s1

ADD é o mnemônico para ADIÇÃO, $s0 é o valor que está armazenado em b, $s1 o valor da variável c e $t0 é a variável a. Essa é a instrução Assembly MIPS correspondente à instrução em linguagem C, também chamada de Linguagem de Montagem. Mas isso ainda não é suficiente para que a instrução seja executada no microprocessador. Os nomes dos registradores usados aqui foram escolhidos arbitrariamente, mas durante a execução real são usados os registradores que estiverem livres naquele instante.

O próximo agora é converter a instrução de Linguagem de Montagem para Linguagem de Máquina. Cada registrador tem um número, conforme apresenta a Tabela 1. A Linguagem de Máquina corresponde a trocar o NOME DO REGISTRADOR pelo seu NÚMERO. A instrução ficará da seguinte forma:

ADD $8, $16, $17

Simples né? Agora, o próximo passo é fazer a REPRESENTAÇÃO da instrução. No MIPS existem três FORMATOS de instruções, veremos um agora, que é o formato do tipo R (registrador).

Tabela 2: Formato de Instrução do Tipo R

Todas as instruções no MIPS 32 têm exatamente 32 bits e cada formato de instrução tem campos diferentes. O formato R é dividido em seis campos, sendo os campos OP e FUNCT com 6 bits e o restante com 5 bits, totalizando 32 bits.

O primeiro campo, OP, é destinado para identificação do código de operação que será realizada. O último campo seleciona uma operação secundária, por exemplo, a operação principal é a aritmética, mas a secundária é uma soma. Nem todas as operações têm dois códigos (op-funct) e nesse caso o campo FUNCT é setado com o valor zero.

Os campos RS e RT são destinados aos operandos fontes, em ordem, da esquerda para a direita, conforme aparecem na operação. Já o campo RD é destinado para o armazenamento do resultado da operação, portanto, operando destino. Shamt é um campo usado para setar uma quantidade de deslocamento mas, por hora, não o usaremos, por isso será setado com o valor zero.

Precisamos também conhecer as operações e seus valores decimais correspondentes. A Tabela 3 apresenta os valores binários e decimais para cada instrução que utilizaremos nesta série. Por hora, guardem a Tabela e não se preocupem com as instruções, nós as aprenderemos ao longo da série.

Tabela 3: Opcodes

Consultando a Tabela 3, a instrução ficará da seguinte forma: 

Instruções de formato tipo R sempre terão o opcode igual a zero e funct será correspondente à instrução específica. A instrução está representada no seu formato específico, agora fica bem mais fácil pra chegar no código de máquina, conforme abaixo: 

O código binário 00000010000100010100000000100000 é a instrução a = b + c em MIPS 32 bits. Diante de tudo o que vimos até aqui, podemos fazer um algoritmo passo a passo para realizar a conversão: 

1. Converter a instrução de alto nível para Linguagem de Montagem;

2. Converter a instrução na Linguagem de Montagem para Linguagem de Máquina;

3. Fazer a representação correspondente da Linguagem de Máquina;

4. Converter a representação da Linguagem de Máquina para Código de Máquina.

Tranquilo não é? Bom, no próximo artigo veremos outros detalhes, mostrarei outra instrução e como ela será convertida. Espero que este artigo tenha sido útil pra vocês. Caso tenham dúvidas, por favor, deixem nos comentários. Muito Obrigada!