Topico_02 (Instruções com memória)

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Tópico 2: Arquitetura (Instruções com Memoria)
Prof. Jhonattan Cordoba Ramirez
Escola de Engenharia
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
ELT123 - Arquitetura e Organização de Computadores
Roteiro
• Introdução
• Linguagem assembly
• Linguagem de maquina
• Princípio para o desenho 1 (simplicidade
favorece regularidade)
Princípios para o desenho
• Princípio para o desenho 2 (faça o caso
comum rápido)
• Princípio para o desenho 3 (menor é
mais rápido)
𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂 𝒂𝒂,𝒃𝒃, 𝒄𝒄
Mnemônico
Destino
Origem
𝑎𝑎 = 𝑏𝑏 + 𝑐𝑐 − 𝑑𝑑;
𝑎𝑎𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑡𝑡, 𝑏𝑏, 𝑐𝑐 #𝑡𝑡 = 𝑏𝑏 + 𝑐𝑐
𝑠𝑠𝑠𝑠𝑏𝑏 𝑎𝑎, 𝑡𝑡,𝑑𝑑 #𝑎𝑎 = 𝑡𝑡 − 𝑐𝑐
Temporário
Onde estão localizados fisicamente os 
operandos no computador?
Memorias
Constantes, também chamadas imediatos.
Registradores
Operandos: Memória
• Muitos dados para 32 registradores só!
• Armazenar mais dados na memória
• A memória é grande, mas lenta
• Variáveis comumente usadas, são mantidas em 
registradores`
• Cada palavra de dados de 32 bits tem um 
endereço exclusivo
Operandos: Memória
Memória Read-Only Memory (ROM) Memória CACHE Random Access Memory (RAM)
• Leitura de memória: load
• Mnemônico: Carregar palavra (lw)
• Formato: lw $s0, 5($t1)
• Cálculo de endereço:
• Adicione endereço base ($t1) ao offset (5)
• address = ($t1 + 5)
• Resultado: $s0 armazena o valor no endereço ($t1 + 
5)
• Qualquer registro pode ser usado como endereço 
base
Exemplo: Carregue os dados armazenados na 
posição de memória 1 e armazenar a 
informação em $s3.
Endereço: ($0 + 1) = 1
$s3 = 0xF2F1AC07 depois de finalizar o 
procedimento.
Código Assembly
lw $s3, 1($0) # Palavra lida do endereço em 
memoria -- 1 é carregada em $s3
Operandos: Memória
Operandos: Memória
• Escrita na memória: write
• Mnemônico: Salvar palavra (sw)
• Formato: sw $s0, 0x7($t1)
• Cálculo de endereço:
• Adicione endereço base ($t1) ao offset (7)
• address = ($t1 + 0x7) = 7
• Resultado: $s0 escreve no endereço ($t1 + 0x7)
Exemplo: Armazenar o valor em $t4 no endereço de 
memória 7.
Endereço: ($0 + 0x7) = 7
O offset pode ser escrito em decimal (padrão) ou 
hexadecimal
Código Assembly
sw $t4, 0x7($0) # Escreva a informação que está em 
$t4 no slot de memória 7
Cada byte tem endereço exclusivo
Load/Store palavras ou um único byte: carregar byte (lb) e 
armazenar byte (sb)
Palavra de 32 bits = 4 bytes, então o endereço da 
palavra é incrementado em 4.
Operandos: Memória
Operandos: Memória Exemplo: Carregue a palavra armazenada 
no endereço de memória 4 e armazenar a 
informação em $s3.
Exemplo: Armazenar o valor em $t4 no 
endereço de memória 0x2C (44).
$s3 = 0xF2F1AC07 depois de finalizar o 
procedimento.
Código Assembly
lw $s3, 4($0) # Palavra lida do endereço 
em memoria -- 4 é carregada em $s3
Código Assembly
sw $t4, 0x2C($0) # Escreva a informação 
que está em $t4 no slot de memória 44
Memória Big-Endian e Little-Endian
Como numerar bytes dentro de uma palavra?
Little-Endian: Os números de bytes começam no 
final (menos significativo)
Big-Endian: Os números de bytes começam no 
final grande (mais significativo)
O endereço da palavra é o mesmo para Big ou 
Little-Endian
Exemplo: Suponha que $ t0 seja inicialmente 0x23456789
Depois de executar o código detalhado embaixo em um 
sistema big-endian, qual valor seria o valor de $s0? Qual 
seria o valor de $S0 em um sistema Little-Endian?
sw $t0, 0($0)
lb $s0, 1($0)
Big-Endian: 0x00000045
Little-Endian: 0x00000067
Onde estão localizados fisicamente os 
operandos no computador?
Constantes, também chamadas imediatos.
Registradores
Memorias
Memória Big-Endian e Little-Endian
lw e sw usam constantes ou imediatos, ou seja, 
imediatamente disponíveis a partir da instrução. 
addi: adicionar imediato
Subtrair imediato (subi) necessário?
Princípio para o desenho 4 (Um bom design exige 
bons compromissos)
Vários formatos de instruções permitem flexibilidade
add, sub: Utiliza 3 operandos de registro
lw, sw: Utiliza 2 operandos de registro e uma constante
Número de formatos de instruções mantidos pequenos
Aderir aos princípios de design 1 e 3.
Código em 
linguagem C
Código em linguagem 
MIPS Assembly
𝑎𝑎 = 𝑎𝑎 + 4;
𝑏𝑏 = 𝑎𝑎 − 12;
# $𝑠𝑠𝑠 = 𝑎𝑎; $𝑠𝑠𝑠 = 𝑏𝑏
𝑎𝑎𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎 $𝑠𝑠𝑠, $𝑠𝑠𝑠,4
𝑎𝑎𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎 $𝑠𝑠𝑠, $𝑠𝑠𝑠,−12
Exercícios
1. Suponha que b é uma variável de tamanho 4 bytes e é armazenada em uma memória endereçável 
de um byte no endereço 0xa80. Se a endianidade do processador for little-endian e o processador 
gravar o valor 0xa155f0d3 armazenado na variável b que bytes serão gravados em cada endereço 
de memória.
2. Suponha que x é uma variável do tipo ponteiro que aponta para um único byte. Além disso, assuma 
que b é uma variável de tamanho 4 bytes e é armazenada em endereço de memória 0xa80. Dado 
que o processador usa big-endian, avalie o novo valor de b após a execução do seguinte código: 
a. b = 0x0002F552;
b. x = 0xa81;
c. b = b + * x;
3. Repetir a seção 2 para uma memória endereçável de 4 bytes.
Linguagem de máquina
Representação binária de instruções
• Os computadores só entendem os 1’s e 0’s
• Instruções de 32 bits
• Simplicidade favorece a regularidade: Dados e 
instruções de 32 bits
• 3 formatos de instruções:
• Tipo - R: Operandos Registradores
• Tipo - I: Operando imediato
• Tipo - J: Operandos para pular
Tipo Registro
• Três operandos registradores:
• rs, rt: origem do registrador
• rd: destino do registrador
• Outros campos:
• op: Código de operação ou opcode (0 para 
instruções do tipo R)
• funct: Função com opcode, diz ao computador 
qual operação executar
• shamt: O valor do turno para instruções de turno, 
caso contrário, é 0
Linguagem de máquina
Linguagem de máquina
Código MIPS Assembly
𝑎𝑎𝑑𝑑𝑑𝑑 $𝑠𝑠𝑠, $𝑠𝑠𝑠,$s2
𝑠𝑠𝑠𝑠𝑏𝑏 $𝑡𝑡𝑠, $𝑡𝑡𝑡,$t5
rs = $s1 (17),rt = $s2 (18), rd = $s0 (16). 
Linguagem de máquina
Representação binária de instruções
• Os computadores só entendem os 1’s e 0’s
• Instruções de 32 bits
• Simplicidade favorece a regularidade: Dados e 
instruções de 32 bits
• 3 formatos de instruções:
• Tipo - R: Operandos Registradores
• Tipo - I: operando imediato
• Tipo - J: para pular
Tipo Imediato
• Três operandos registradores: 
• rs, rt: register
• imm: complemento imediato de 16 bits
• Outros campos:
• op: o opcode
• Simplicidade favorece a regularidade: todas as 
instruções têm opcode
• A operação é completamente determinada pelo 
opcode
Linguagem de máquina
Linguagem de máquina
Código MIPS Assembly
𝑎𝑎𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎 $𝑠𝑠𝑠, $𝑠𝑠𝑠,5
𝑎𝑎𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎 $𝑡𝑡𝑠, $𝑠𝑠𝑡,−12
𝑙𝑙𝑙𝑙 $𝑡𝑡𝑡,𝑡𝑡($0)
s𝑙𝑙 $𝑠𝑠𝑠,4($t1)
Linguagem de máquina
Representação binária de instruções
• Os computadores só entendem os 1’s e 0’s
• Instruções de 32 bits
• Simplicidade favorece a regularidade: Dados e 
instruções de 32 bits
• 3 formatos de instruções:
• Tipo - R: Operandos Registradores
• Tipo - I: operando imediato
• Tipo - J: para pular
Tipo Jump
Este tipo de instrução permite que um usuário possa se-
movimentar de forma imediata em qualquer direção da 
memoria.
• Utiliza um único operando: 
• addr: endereço
• Outros campos:
• op: o opcode
• Comece com opcode: diz como analisar o resto
• Se opcode = 0
• Instrução do tipo R
• Bits de funct – Representa operação
• Caso contrario
• opcode estabelece a operação
Interpretando o Código da Máquina
Interpretando o Código da Máquina
• Instruções de 32 bits. Dados armazenados na memória.
• Sequência de instruções.
• Para executar um novo programa:
• Não é necessário religar
• Simplesmente armazene novo programa na memória
• Execução do Programa:
• O processador busca (lê) instruções da memória em 
sequência
• Processador executa a operação especificada
Código MIPS 
Assembly Código de Maquina
𝑙𝑙𝑙𝑙 $𝑡𝑡𝑡,𝑡𝑡($0)
𝑎𝑎𝑑𝑑𝑑𝑑 $𝑠𝑠𝑠, $𝑠𝑠𝑠,$s2
𝑎𝑎𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎 $𝑡𝑡𝑠, $𝑠𝑠𝑡,−12
𝑠𝑠𝑠𝑠𝑏𝑏 $𝑡𝑡𝑠, $𝑡𝑡𝑡,$𝑡𝑡𝑡
0x8C0A0020
0x02328020
0x2268FFF4
0x016D4022
Contador de programas (PC)
Mantém o controle das instruções atuais
Programa armazenado
Traduzir em linguagem de maquina : 
$t0: 8 $s4: 20 $s5: 21
$s3: 19$s4: 20
Exercício: Tipo-R e Tipo-I
Traduzir em linguagem de maquina : 
add $t0, $s4, $s5
lw $s3, -24($s4)
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	Slide Number 6
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