Cheat sheet Mips 32 bits

MIPS 32 BITS CHEAT SHEET
Tipos de Instruções
opcode rs rt rd Shamt Funct
6 bits 5 bits 5 bits 5 bits 5 bits 6 bits
Código da
operação
Registrador
Fonte
Registrador
Fonte
Registrador
Destino
Deslocamento Código de
operação
secundário
Instruções Tipo R
opcode rs rt endereço
6 bits 5 bits 5 bits 16 bits
Código da
Operação
Registrador Registrador Endereço de
memória
Instruções Tipo I
opcode rs endereço
6 bits 5 bits 21 bits
Código da
operação
Registrador Endereço de
memória
Instruções Tipo J
Instrução C a = b + c;
Linguagem de
Montagem
ADD $t0, $s0, $s1
Linguagem de
máquina
ADD $8, $16, $17
Representação 0 16 17 8 0 32
Código de
Máquina
000000 10000 10001 01000 00000
100000
Instrução C g = h + a[8];
Linguagem de
Montagem
LW $t0, 8 ($s3)
ADD $s1, $s2, $t0
Linguagem de
Máquina
LW $8, 8 ($19)
ADD $16, $17, $8
Representação 35 8 19 8
0 17 8 16 0 32
Código de Máquina 100011 010000 10011 0000 0000 0000 1000
000000 10001 01000 10000 00000 100000
Instrução C EXIT, ELSE, ou algum outro label, ou retorno de função
Linguagem de Montagem JR $t0
Linguagem de máquina JR $8
Representação 0 8 8
Código de Máquina 000000 01001 00000 00000 00000 001000
elainececiliagatto@gmail.com

Registradores e Memória
opcode Operação básica da instrução
rs Registrador do primeiro operando fonte
rt Registrador do segundo operando fonte
rd Registrador do operando destino
shamt Shift amount, em português, quantidade de
deslocamento. Utilizado em algumas instru-
ções lógicas
funct Função ou código de função. É um código
variante do opcode. Utilizado em algumas
instruções aritméticas.
Registrador Decimal Binário Uso
$zero 0 000 000 Constante zero
$at 1 000 001 Montador
$v0 2 000 010 Avaliação de
expressão e
resultados de
função
$v1 3 000 011
$a0 4 000 100
Argumentos de
Função
$a1 5 000 101
$a2 6 001 110
$a3 7 000 111
$k0 26 011 010 Reservado para
o Kernel do S.O.
$k1 27 011 011
$gp 28 011 100 Global pointer
$sp 29 011 101 Stack pointer
$fp 30 011 110 Frame pointer
$ra 31 011 111 Endereço de
retorno da fun-
ção
Registrador Decimal Binário Uso
$t0 8 001 000
Registrado-
res tempo-
rários. Não
preservados
pela chama-
da.
$t1 9 001 001
$t2 10 001 010
$t3 11 001 011
$t4 12 001 100
$t5 13 001 101
$t6 14 001 110
$t7 15 001 111
$s0 16 010 000
Registrado-
res tempo-
rários sal-
vos. Preser-
vados pela
camada.
$s1 17 010 001
$s2 18 010 010
$s3 19 010 011
$s4 20 010 100
$s5 21 010 101
$s6 22 010 110
$s7 23 010 111
Segmento de Pilha
Dados Dinâmicos
Dados Estáticos
Segmento de Texto
Reservado
MEMÓRIA
...
Registros salvos
Argumento 5
Argumento 6
FRAME DE PILHA
Variáveis Locais
Endereço de Memória mais alto
Endereço de Memória mais baixo
$sp
$fp
- 32 registradores de propósito geral;
- HI e LO: registradores de propósito especial para
guardar resultados de divisão e multiplicação de
inteiros e outras operações acumuladoras;
- PC: counter program, ou contador de programa,
registrador de propósito especial;
4 co-processadores:
- CP0: cpu, sistema de controle; memória virtual, execções;
- CP1: ponto flutuanteCoprocessor 2 (CP2) is available for specific imple-
mentations;
- CP2: implementações específicas
- CP3: ponto flutuante mips 64 bits

Memória
Word
Modos de Endereçamento e Instruções
op rs rt imediato
Imediato
op rd shamt funct
rs rt
Registrador
Registro
op rs rt Endereço
Base
Half Word
Byte
Registrador
+
Memória
Word
PC
op rs rt Endereço
Relativo ao PC
+
Memória
Word
PC
op Endereço
Pseudodireto
+
- Instruções MIPS possuem endereços em
BYTES
- Os endereços das palavras sequenciais
diferem em 4
- MIPS é Big Endian
20 000
20 004
20 008
20 012
20 016
O operando é uma constante dentro da pró-
pria instrução.
O operando é um registrador
O operando está no local de memória
cujo endereço é a soma de um regis-
trador e uma constante na instrução
O endereço de desvio é a soma do PC e
uma constante na instrução
O endereço de jump são os 26 bits da ins-
trução concatenados com os bits mais altos
do PC
Instrução Código
Add (32)10 (20)16
addi (08)10 (08)16
addiu (09)10 (09)16
And (36)10 (24)16
beq (04)10 (04)16
bne (05)10 (05)16
div (26)10 (1A)16
divu (27)10 (1B)16
j (02)10 (02)16
jr (8)10 (8)16
lw (35)10 (23)16
mult (24)10 (18)16
Nor (39)10 (27)16
Or (37)10 (25)16
sll (0)10 (0)16
Slt (42)10 (2A)16
sra (2)10 (2)16
Sub (34)10 (22)16
subu (35)10 (23)16
sw (43)10 (2B)16
Xor (38)10 (26)16
Principais Instruções
Instruções Implementadas
- Aritméticas, Lógicas e Relacionais;
- Desvios condicionais e incondicio-
nais;
- Manipulação de operandos constan-
tes e imediatos;
- Tratamento de Exceções e Interrup-
ções;
- Carga e Armazenamento;
- Transferência de dados;
- Ponto Flutuante.

BNE, BEQ, SLT e SLTI
Passo a passo: conversão ALTO NÍVEL
para ASSEMBLY
1. Converter a instrução de alto nível
para Linguagem de Montagem;
2. Converter a instrução na Linguagem
de Montagem para Linguagem de Má-
quina;
3. Fazer a representação corresponden-
te da Linguagem de Máquina;
4. Converter a representação da Lin-
guagem de Máquina para Código de
Máquina.
Passo a passo: conversão ASSEMBLY
para ALTO NÍVEL
1. Converter o Código de Máquina para
a Representação;
2. Converter a Representação em Lin-
guagem de Máquina;
3. Converter a Linguagem de Máquina
para Linguagem de Montagem;
4. Converter Linguagem de Montagem
para instrução de alto nível;
inicio
reg1 == reg2 ?
instruções
Desvie para cá se
REG1 != REG2
REG1 == REG2
Não executa se
reg1 != reg2
BNE: BRANCH IF NOT EQUAL
Desvie se não for igual. Testa uma desigualdade. A próxima
instrução a ser executada é aquela que estiver armazenada no
endereço do LABEL se o valor no registrador 1 não for igual ao
valor no registrador 2.
BNE REG1, REG2, ELSE # vá para ELSE se REG1 != REG2
.....
instruções
ELSE
inicio
reg1 == reg2 ?
instruções
REG1 != REG2
Não executa se
reg1 == reg2
.....
instruções
ELSE
BEQ: BRANCH IF EQUAL
Desvie se for igual. Testa uma igualdade. A próxima instrução a
ser executada é aquela que estiver armazenada no endereço do
LABEL se o valor no registrador 1 for igual ao valor no registra-
dor 2.
BEQ REG1, REG2, ELSE # vá para ELSE se REG1 == REG2
Desvie para cá se
REG1 == REG2
Cálculo do endereço relativo da memória
- Instruções de desvio acrescentam X palavras, ou X bytes, ao
endereço da instrução seguinte à si mesma;
- Especificam o destino do desvio em relação à instrução seguin-
te e não em relação à instrução de desvio ou ao uso do endereço
de destino completo
Exemplo:
80000 bne $s3, $s4, Else
80004 add $s0, $s1, $s2 # instrução seguinte à bne
80008 j Exit # + 2 palavras ou 8 bytes
# 80008 + 4 = 80012
80012 ELSE: sub $s0, $s1, $s2
80016 Exit: # endereço completo 20004 * 4
SLT: SET ON LESS THAN
Compara dois valores de dois
registradores diferentes.
Atribui o valor 1 a um tercei-
ro registrador se o valor do
primeiro registrador for
menor que o valor do segun-
do registrador. Caso contrá-
rio, atribui zero.
SLT REG3, REG1, REG2
REG3 = 1 se REG1 < REG2
REG3 = 0 se REG1 > REG2
SLTI: SET ON LESS THAN
IMMEDIATE
Compara o valor de um regis-
trador com um valor constan-
te ou imediato. Atribui o
valor 1 a um terceiro regis-
trador se o valor do primeiro
registrador for menor que o
valor do segundo registrador.
Caso contrário, atribui zero.
SLTI REG3, REG1, VALOR
REG3 = 1 se REG1 < VALOR
REG3 = 0 se REG1 > VALOR

LOAD WORD e STORE WORD
LOAD WORD
Transfere dados da memória para o registrador
LW REG1, valor (REG2) # REG1 = memória [ REG2 + valor ]
EXEMPLO 1: LOAD
Instrução:
g = h + a[8];
* multiplicar 8 por 4 devido à restrição de alinhamento
Linguagem de montagem:
LW $t0, 32($s3)
ADD $s0, $s1, $t0
Linguagem de máquina:
LW $8, 32 ($19)
ADD $16, $17, $8
Representação:
35 8 19 32
0 17 8 16 0 32
Código de Máquina:
100011 01000 10011 00000 00000 100000
000000 10001 01000 10000 00000 100000
STORE WORD
Transfere dados do registrador para a memória
SW REG1, valor (REG2) # memória [ REG2 + valor ] = REG1
EXEMPLO 2: STORE
Instrução:
g[8] = h + a;
* multiplicar 8 por 4 devido à restrição de alinhamento
ADD $t0, $s1, $t0
SW $t0, 32($s0)
ADD $8, $17, $8
SW $8, 32 ($16)
Representação:
0 8 17 8 0 32
43 8 16 32
000000 01000 10001 01000 00000 100000
101011 01000 01000 00000 00000 100000
EXEMPLO 3: LOAD E STORE
Instrução:
g[2] = h + a[4];
LW $t0, 16 ($s0)
ADD $t1, $s1, $t0
SW $t1, 8 ($s2)
LW $8, 16 ($16)
ADD $9, $17, $8
SW $9, 4 ($18)
Representação:
35 8 16 16
0 17 8 9 0 32
43 9 18 4
100011 01000 10000 00000 00000 10000
000000 10001 01000 01001 00000 100000
101011 01001 10010 00000 00000 000100
EXEMPLO 4: ÍNDICE VARIÁVEL
Instrução:
g = h + a[i];
ADD $t0, $s3, $s3 # 2*i
ADD $t0, $t0, $t0 # 4*i
ADD $t0, $t0, $s2 # a[i]=(4*i+$s2)
LW $t1,0($t0) # $t1=a[i]
ADD $s0, $s1, $t1 # g=h+a[i]
ADD $8, $19, $19 # 2*i
ADD $8, $8, $8 # 4*i
ADD $8, $8, $18 # a[i]=(4*i+$s2)
LW $9,0($8) # $t1=a[i]
ADD $16, $17, $9 # g=h+a[i]
Representação:
0 19 19 8 0 32
0 8 8 8 0 32
0 8 18 8 0 32
35 9 8 0

Controle de Programa e Array
IF SIMPLES
Instrução: if (a==b){ c = a + b }
Resolução:
Se a ==b então execute a instrução c = a + b, caso
contrário, sai do if. O desvio só vai acontecer se a !
= b, caso contrário não tem desvio!!! Portanto, Se
(a==b) entra no if e se (a!=b) vai para EXIT
(desvia).
Linguagem de Montagem:
BNE $s0, $s1, EXIT
ADD $t0, $s0, $s1
J EXIT
Linguagem de Máquina:
BNE $16, $17, EXIT
ADD $8, $16, $17
J EXIT
Representação:
5 16 17 EXIT
0 16 17 8 0 32
2 [endereço]
Código:
000101 10000 10001 [endereço]
000000 10000 10001 01000 00000 100000
000010 [endereço]
IF COMPOSTO
Instrução: if (a==b) { c = a + b } else { c = a — b}
Resolução:
Se a ==b então execute a instrução c = a + b, caso
contrário, execute a instrução c = a—b.
Linguagem de Montagem:
BNE $s0, $s1, ELSE
ADD $t0, $s0, $s1
J EXIT
ELSE SUB $t0, $s0, $s1
Linguagem de Máquina:
BNE $16, $17, EXIT
ADD $8, $16, $17
J EXIT
ELSE SUB $8, $16, $17
Representação:
5 16 17 EXIT
0 16 17 8 0 32
2 [endereço]
ELSE 0 16 17 8 0 34
Código:
000101 10000 10001 [endereço]
000000 10000 10001 01000 00000 100000
000010 [endereço]
ELSE 000000 10000 10001 01000 00000 100010
FOR
Instrução:
for(indice=0; indice<10; indice++) {
soma = Vetor[indice] + soma; }
Resolução:
LOOP:
# t0 = 0 se $s0 >= $s3 ( i >= n), t0 = 1 caso contrário
SLT $t0, $s0, $s3
# se $s0 >= $s3 ( i >= n) vá para EXIT
BEQ $t0, $zero, EXIT
# $t1 = 4 * i, ou 4 * $s0
SLL $t1, $s0, 2
# t2 = ( vetor + ( 4 * i) )
ADD $t2, $s4, $t1
# $t3 = vetor[i], carregando o elemento do índice i
LW $t3, 0($t2)
# somando os elementos (soma = soma + vetor[i]
ADD $s1, $s1, $t3
# $s0 = $s0 + 1 (ou i = i + 1) é o contador
ADDI $s0, $s0, 1
# volta para o LOOP EXIT
J LOOP
WHILE
Instrução:
while(save[i] == k) { i += 1; }
Resolução:
LOOP:
SLL $t1, $s3, 2 # $t1 = 4 * i
ADD $t1, $t1, $s6 # $t1 = (4i + $s6)
LW $t0, 0 ($t1) # $t0 = save[i]
# vá para EXIT se save[i] diferente de k
BNE $t0, $s5, EXIT
ADDI $s3, $s3, 1 # $s3 = $s3 + 1 (ou i = i + 1)
J LOOP # volta para o LOOP
EXIT:
ARRAY
Instrução
int c[15] = {3, 0, 1, 2, -6, -2, 4, 10, 3, 7, 8, -9, -15, -20, -
87, 0};
int a = 0, b = 30;
a = b + c[10];
Resolução:
.data
c: .word 3, 0, 1, 2, -6, -2, 4, 10, 3, 7, 8, -9, -15, -20, -87,
0
.text
# determinando o valor para $s1 (b)
LI $s1, 30
# colocando o endereço do array em $s2
LA $s2, [Endereço. Exemplo: 80008]
# colocando o índice do array em $t2
LI $t2, 10
ADD $t2, $t2, $t2 # “2i”
ADD $t2, $t2, $t2 # “4i”
# combinando os dois componentes do
endereço
ADD $t1, $t2, $s2
# obtendo o valor da célula do array
LW $t0, 0 ( $t1 )
# executando a soma
ADD $s0, $s1, $t0
* podemos usar a instrução SLL no lugar
dos dois ADD para calcular o endereço:
SLL reg1, reg2, 2 # $t1 = 4 * i

Controle de Programa e Procedimentos
SWTICH/CASE
Instrução:
switch (k) {
case 0:
f = i + j; // k = 0 break;
case 1:
f = g + h; // k=1 break;
case 2:
f = g – h; // k = 2 break;
case 3:
f = i – j; // k = 3 break;
}
Resolução:
.data
jTable: .word L0,L1,L2,L3
.text
# Definindo as variáveis: carregando valores
para testar o código!
LI $s1, 15 # g = $s1 = 15
LI $s2, 20 # h = $s2 = 20
LI $s3, 10 # i = $s3 = 10
LI $s4, 5 # j = $s4 = 5
LI $s5, -1 # k = $s5 = 2
# $t4 = base address of the jump table
LA $t4, jTable
# Verificando os limites dos casos
SLT $t3, $s5, $zero
BNE $t3, $zero, EXIT
SLTI $t3, $s5, 4
BEQ $t3, $zero, EXIT
# Calculando o endereço correto do Label
SLL $t1, $s5, 2
ADD $t1, $t1, $t4
LW $t0, 0($t1)
JR $t0 # Seleção do Label
# Casos
L0: ADD $s0, $s3, $s4
J EXIT
L1: ADD $s0, $s1, $s2
J EXIT
L2: SUB $s0, $s1, $s2
J EXIT
L3: SUB $s0, $s3, $s4
EXIT:
PROCEDIMENTOS
Instrução:
int exemplo ( int g, int h, int i, int j) {
int f;
f = ( g + h ) - ( i + j );
return f;
}
Resolução:
.text
LI $a0, 15 # g = $a0 = 15
LI $a1, 20 # h = $a1 = 20
LI $a2, 10 # i = $a2 = 10
LI $a3, 5 # j = $a3 = 5
EXEMPLO:
# salva os registradores temporários usados pelo corpo
da função
ADDI $sp, $sp, -12
SW $t1, 8 ($sp)
SW $t0, 4 ($sp)
SW $s0, 0 ($sp)
# corpo da função
ADD $t0, $a0, $a1 # (g + h) = 15 + 20 = 35
ADD $t1, $a2, $a3 # (i + j) = 10 + 5 = 15
SUB $s0, $t0, $t1 # (g + h ) - ( i + j) = 35 – 15 = 5
ADD $v0, $s0, $zero # retorno da função f ($v0 = $s0 + 0 )
LW $s0, 0 ($sp) # restaura o registrador para o caller
LW $t0, 4 ($sp) # restaura o registrador para o caller
LW $t1, 8 ($sp) # restaura o registrador para o caller
ADDI $sp, $sp, 12 # ajusta a pilha para excluir os 3 itens
JR $ra # volta para o endereço de retorno
Registradores para manipular procedimentos:
- $a0 até $a3: são os registradores de argumentos utilizados para a passagem de parâmetros;
- $v0 e $v1: são os registradores de valor utilizados para o retorno do procedimento;
- $ra: é o registrador de endereço do retorno do procedimento, utilizado na volta ao ponto de origem
da chamada do procedimento.
JAL: é uma instrução de salto (jump) utilizada unicamente para os procedimentos (jump and link). Essa
instrução desvia para um endereço e, ao mesmo tempo, salva o endereço da instrução seguinte no
registrador de endereço de retorno.
JR: uma instrução de desvio incondicional para o endereço especificado em um registrador; ela volta ao
endereço de retorno correto que é armazenado em $ra.
CALLER: é o programa que chama o procedimento, fornecendo os valores dos parâmetros.
CALLEE: é um procedimento que executa uma série de instruções armazenadas com base nos parâme-
tros fornecidos pelo Caller e depois retorna o controle para o Caller novamente.
SPILLED REGISTERS: é o processo de colocar variáveis menos utilizadas na memória
PILHA: gerencia as chamadas e retornos de procedimentos
STACK POINTER: é um valor que indica o endereço alocado mais recentemente em uma pilha, mostran-
do onde devem ser localizados os valores antigos dos registradores e onde os Spilled Registers devem
ser armazenados.
PUSH: coloca palavras para cada registrador salvo ou restaurado na pilha. Valores são colocados na
pilha pela subtração do valor do Stack Pointer.
POP: remove palavras da pilha. Valores são retirados da pilha pela soma do valor do stack pointer.

Memória, Montador e Sistema
MEMÓRIA
- Segmento de texto:
+ É o segmento de memória que mantém as instruções do programa, começa no endereço 400000 hexa. O código
em linguagem de máquina para rotinas no arquivo de origem é mantido aqui.
- Segmento de dados:
+ A representação binária dos dados no arquivo de origem é mantida aqui.
+ Dados dinâmicos: são alocados pelo programa enquanto ele é executado.
+ Dados estáticos: são os objetos cujo tamanho é conhecido pelo compilador e cujo tempo de vida é a execução
inteira do programa
- Segmento de pilha:
+ O tamanho máximo da pilha de um programa não é conhecido antecipadamente
+ Conforme a pilha vai crescendo, o sistema operacional vai expandindo o segmento de pilha em direção ao seg-
mento de dados.
DIRETIVAS DO MONTADOR
.text: define um bloco de instruções.
.data: define um bloco de dados.
.align n: define que os itens nas linhas seguintes devem ser alinhados em um limite de 2n bytes, por exemplo,
.align 2 indica que o próximo item deverá estar em um limite da palavra.
.globl “nome”: indica que nome é um símbolo global e deve ser visível ao código armazenado em outros arquivos,
sendo nome o nome que você define.
.asciiz: armazena uma string terminada em nulo na memória.
CHAMADAS DO SISTEMA
Serviço Código Argumentos Resultado Observações
print_int 1 $a0 = integer
Recebe um inteiro e o imprime no
console
print_float 2 $f12 = float
Imprime um único número de
ponto flutuante
print_double 3 $f12 = double
Imprime um número de precisão
dupla
print_string 4 $a0 = string
Recebe um ponteiro para uma
string terminada em nulo e a
escreve no console
read_int 5 Integer em $v0
Leem uma linha inteira da entrada
incluindo o caractere de newline.
Caracteres após o número são
ignoradoso
read_float 6 Float em $f0
read_double 7 Double em $f0
read_string 8
$a0 = buffer
Igual a fgets do UNIX
$a1 = tamanho
sbrk 9 $a0 = valor Endereço em $v0
Retorna um ponteiro para um
bloco de memória contendo n
bytes adicionais
exit 10
Interrompe o programa que está
sendo executado
print_char 11 $a0 = char Escreve um único caractere
read_char 12 Char em $v0 Le um único caractere
open 13
$a0 = nome de arquivo
(string) Descritor de arquivo em
$a0
Chamadas da biblioteca padrão do
UNI
$a1 = flags
$a2 = modo
ead 14
$a0 = descritor de
arquivo Número de caracteres
lidos em $a0
$a1 = buffer
$a2 = tamanho
write 15
$a0 = descritor de
arquivo Número de caracteres
escritos em $a0
$a1 = buffer
$a2 = tamanho
close 16
$a0 = descritor de
arquivo

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