Technische Grundlagen der Informatik I 9. Poolraummusterlösung

Prof. Dr.-Ing. Sorin A. Huss
Technische Grundlagen der Informatik I
9. Poolraummusterlösung
Wintersemester 2010/11
Aufgabe 1 Pseudobefehle
Der MIPS-Prozessor basiert auf der RISC-Architektur, d.h. bei der Konzipierung wurde darauf geachtet den Umfang
des Befehlssatzes möglichst gering zu halten (RISC: Reduced Instruction Set Computer). Um die Entwicklung von MIPS-
Programmen zu erleichtern wurden daher sogenannte Pseudobefehle eingeführt. Diese Befehle sollen die Verständlichkeit
von MIPS-Programmen verbessern und die Anzahl an nötigen Befehlszeilen reduzieren. Da diese Befehle jedoch nicht von
der Hardware ausgeführt werden können, müssen sie in eine Folge von Befehlen übersetzt werden die von der Hardware
unterstützt werden.
Übersetzten Sie die unten stehenden Pseudobefehle in möglichst einfache, von der MIPS-Hardware ausführbare Befehle.
Welche Befehle tatsächlich unterstützt werden und bei welchen Befehlen es sich um Pseudobefehle handelt entnehmen
Sie dem bereit gestellten Befehlssatz “MIPS®-R2000“.
• MOVE R D , R S
R D = R S
• LI R D , I M M 32 R D = I M M 32
• BGT R S , R T , Label
i f (R S > R T ) PC = Label
Pseudobefehl Effekt Umsetzung
MOVE R D , R S R D = R S ADD R D , $Z ERO, R S
LI R D , I M M 32 R D = I M M 32 LUI R D , I M M 32[31 : 16]
ORI R D , R D , I M M 32[15 : 0]
BGT R S , R T , Label i f (R S > R T ) PC = Label SLT R D , R T , R S
BNE R D , $Z ERO, Label
Aufgabe 2 Optimierung
In Übung 10 Aufgabe 1 sollten Sie mehrere 32Bit Werte zwischen Big- und Little-Endian konvertieren. Überlegen Sie sich
nun eine zweite Implementierung für dieses Problem. Diese soll jedoch nur einen einzigen Wert von der Speicheradresse
value lesen und konvertieren sowie das Ergebnis in Register v0 vorhalten.
Ihre zweite Lösung soll dabei mit weniger Registern auskommen wie die in der 10. Musterlösung angegebene (5 Register)
oder Ihre selbst gefundene Version (je nachdem, welche weniger Register benötigt).
Zählen Sie dazu nur Register, welche tatsächlich bei der Konvertierung benötigt werden. Beachten Sie dabei aber auch
solche Register, die durch Pseudobefehle beim assemblieren unbeabsichtigt hinzugefügt werden. Ob dies der Fall ist, erkennen
Sie bei MARS an den zu dem Pseudobefehl korrespondierenden Zellen in der Spalte Basic im Reiter Execute.
Ignorieren Sie alle Register die nicht zur Konvertierung beitragen um die Ergebnisse miteinander vergleichen zu können.
Dazu zählen beispielsweise Register für den Schleifenzähler aus Übung 10 Aufgabe 1 (in der Musterlösung Register t5),
das laden von Adressen (Pseudobefehl, welcher ein zusätzliches Register verwendet; in Übung 10 Aufgabe 1 als gegeben
angenommen) oder anderweitig verwendete Register.
Alexander Biedermann biedermann@iss.tu-darmstadt.de (0 61 51) 16-6710 – Marc Stöttinger stoettinger@iss.tu-darmstadt.de (0 61 51) 16-704701

Wenn Sie keine bessere Lösung finden können, überlegen Sie sich warum es keine Lösung mit weniger Registern geben
kann und warum Ihre Lösung trotzdem nicht optimal sein muss.
Sie können für Ihre Implementierung das vorgegebene Template nutzen, welches Ihnen eine Prüfung Ihres Ergebnisses
bereit stellt.
Eine auf ein Minimum an verwendeten Registern optimierte Lösung benötigt zwei Register um die Konvertierung
zwischen Big- und Little-Endian durchzuführen. Dabei ist es offensichtlich, dass es keine Lösung mit weniger Registern
geben kann:
Eines der Register wird benötigt um die Adresse des zu lesenden/schreibenden Wortes zu speichern. Das zweite Register
speichert den Wert des Datenwortes byte-weise zur Weiterverarbeitung zwischen. Unter Zuhilfenahme des Speichers
genügen diese beiden Register um eine Konvertierung durchzuführen.
. data . word
value : 0x12345678 0x00000000
. a s c i i z
c o r r e c t : " Konvertierung e r f o l g r e i c h "
missed : " Konvertierung f e h l g e s c h l a g e n "
. t e x t
l a $t0 , value # Laden der Adresse des zu konvertierenden Wortes
l b $v0 , 0( $t0 ) # Laden des e r s t e n Bytes ; Speichern a l s v i e r t e s Byte
addi $t0 , $t0 , 4
sb $v0 , 3( $t0 ) # Anm:
addi $t0 , $t0 , −4 # subi $t0 , $t0 , 4: Pseudobefehl , der z u s a e t z l i c h e s R e g i s t e r verwendet
l b $v0 , 1( $t0 ) # Laden des zweiten Bytes ; Speichern a l s d r i t t e s Byte
addi $t0 , $t0 , 4
sb $v0 , 2( $t0 )
addi $t0 , $t0 , −4
l b $v0 , 2( $t0 ) # Laden des d r i t t e n Bytes ; Speichern a l s zweites Byte
addi $t0 , $t0 , 4
sb $v0 , 1( $t0 )
addi $t0 , $t0 , −4
l b $v0 , 3( $t0 ) # Laden des v i e r t e n Bytes ; Speichern a l s e r s t e s Byte
addi $t0 , $t0 , 4
sb $v0 , 0( $t0 )
lw $v0 , 0( $t0 ) # Laden des v o l l s t a e n d i g k o n v e r t i e r t e n Wortes in R e g i s t e r v0
t e s t :
l i $t0 , 0x78563412
bne $v0 , $t0 , f a i l
match :
l i $v0 , 4
l a $a0 , c o r r e c t
s y s c a l l
l i $v0 , 10
s y s c a l l
f a i l :
l i $v0 , 4
l a $a0 , missed
s y s c a l l
l i $v0 , 10
s y s c a l l
Die hier gegebene Lösung ist unter der Bedingung die Anzahl der verwendeten Register zu minimieren optimal. Es sollte
aber sofort auffallen, dass im Vergleich zur Musterlösung von Übung 10 Aufgabe 1 fast doppelt so viele Instruktionen
zur Konvertierung eines Datenwortes benötigt werden. Die Konsequenz ist eine entsprechend längere Ausführungszeit.
Ob eine Lösung optimal ist hängt somit von dem gesetzten, zu erreichenden Ziel ab. Damit ergeben sich für verschiedene
Ziele in den aller meisten Fällen unterschiedliche Lösungen, die in der Regel im Widerspruch zueinander stehen und sich
gegenseitig beeinflussen oder im Extremfall sogar ausschließen.
2Alexander Biedermann biedermann@iss.tu-darmstadt.de (0 61 51) 16-6710 – Marc Stöttinger stoettinger@iss.tu-darmstadt.de (0 61 51) 16-70470

Aufgabe 3 Stack
Unter einem Zahlenpalindrom versteht man - analog zum klassischen Palindrom - eine Zahlenfolge, welche von Vorne
als auch von Hinten gelesen den gleichen Zahlenwert ergibt. Ein Beispiel wäre die Zahlenfolge 2670762.
Schreiben Sie ein Assembler-Programm, mit dem Sie zu einer gegebenen Zahlenfolge entscheiden können, ob es sich
um ein Zahlenpalindrom handelt oder nicht. Gehen Sie bei Ihrer Lösung davon aus, dass im Speicher an Position length
ein vier Byte langer Eintrag liegt, der die Anzahl Ziffern in der Zahlenfolge angibt. An Position numbers liegt die zu
prüfende Zahl als Folge von Bytes, die die Ziffern aus dem Intervall 0-9 enthalten.
. data . word
length : 11
. byte
numbers : 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 4 , 3 , 2 , 1 , 0
Als Einschränkung stehen Ihnen für Ihre Berechnung - für jede “beliebige“ Länge des Zahlenpalindroms - nur die Register
t0 bis t7 und sp zur Verfügung. Für Ihre Lösung können Sie das vorgegebene Template verwenden.
. data . word
length : 22
. byte
numbers : 3 , 1 , 5 , 7 , 4 , 4 , 1 , 0 , 3 , 5 , 4 , 4 , 5 , 3 , 0 , 1 , 4 , 4 , 7 , 5 , 1 , 3
. a s c i i z
c o r r e c t : " Zahlenpalindrom erkannt "
missed : " kein Zahlenpalindrom "
. t e x t
l a $t0 , length # Laenge der Z i f f e r n f o l g e laden
lw $t1 , 0( $t0 )
andi $t2 , $t1 , 1 # Laenge gerade oder ungerade ?
s r l $t3 , $t1 , 1 # Laenge/2 bestimmen ( ab wann muss v e r g l i c h e n werden )
move $t4 , $t3
l a $t0 , numbers
f i r s t _ h a l f : # E r s t e H a e l f t e der Z i f f e r n f o l g e im Stack speichern
l b $t1 , 0( $t0 )
subi $sp , $sp , 1
sb $t1 , 0( $sp )
addi $t0 , $t0 , 1
subi $t3 , $t3 , 1
bnez $t3 , f i r s t _ h a l f
beqz $t2 , compare # Wenn Z i f f e r n f o l g e ungerade Laenge , Z i f f e r in der Mitte ueberspringen
addi $t0 , $t0 , 1
compare : # Zweite H a e l f t e der Z i f f e r n f o l g e mit S t a c k i n h a l t v e r g l e i c h e n
l b $t1 , 0( $t0 ) # Aufgrund der LiFo−S t r u k t u r des Stack sind keine Vertauschungen
l b $t2 , 0( $sp ) # noetig
addi $sp , $sp , 1
bne $t1 , $t2 , no_palindrom
addi $t0 , $t0 , 1
subi $t4 , $t4 , 1
bnez $t4 , compare
palindrom :
l i $v0 , 4
l a $a0 , c o r r e c t
s y s c a l l
l i $v0 , 10
s y s c a l l
no_palindrom :
l i $v0 , 4
l a $a0 , missed
s y s c a l l
l i $v0 , 10
s y s c a l l
Alexander Biedermann biedermann@iss.tu-darmstadt.de (0 61 51) 16-6710 – Marc Stöttinger stoettinger@iss.tu-darmstadt.de (0 61 51) 16-704703