MIPS: Subtração e outras instruções

Oi pessoal!!! Nos artigos anteriores eu mostrei a vocês as instruções MIPS de Multiplicação e Divisão. Hoje aprenderemos mais sobre instruções aritméticas MIPS. Preparados?

Subtração com overflow

Sub = Subtract Word (Subtrair palavra). O valor da palavra de 32 bits no registrador RT é subtraído do valor de 32 bits no registrador RS para produzir um resultado de 32 bits. Se a subtração resultar em estouro aritmético (overflow) do complemento de 2 de 32 bits, o registrador de destino não será modificado e ocorrerá uma exceção de Integer. Se não houver overflow, o resultado de 32 bits será colocado no registrador rd.

Sintaxe: sub rd, rs, rt

Formato:

Exemplo:

.text
    li $s2, 10        #carrega o valor imediato 10 no registrador s2 (li = load immediate)          
    li $s3, 2         #carrega o valor imediato 3 no registrador s3          
    sub $s1, $s2, $s3 #executa a subtração entre s2 e s3

Figura:

Como podemos notar pelo Exemplo, a instrução SUB funciona da mesma forma que a instrução ADD e nós já a estudamos em outros artigos!

Subtração sem overflow

O valor da palavra de 32 bits no registrador RT é subtraído do valor de 32 bits no registrador RS e o resultado aritmético de 32 bits é colocado registrador RD. Nenhuma exceção de estouro de número inteiro ocorre sob nenhuma circunstância.

Sintaxe: subu rd, rs, rt

Formato:

Exemplo:

.text          
    li $s2, 10        #carrega o valor imediato 10 no registrador s2 (li = load immediate)          
    li $s3, 2         #carrega o valor imediato 3 no registrador s3          
    subu $s1, $s2, $s3 #executa a subtração entre s2 e s3

Figura:

Valor Absoluto

Essa instrução é na verdade uma pseudoinstrução. Caso você não saiba o que é valor absoluto, aqui você pode encontrar uma explicação.

Sintaxe: abs r_destino, r_source

Exemplo:

.text          
    li $s2, -10          
    abs $s1, $s2

Figura:

O número -10 em hexadecimal é fffffff6, o qual é armazenado no registrador $s2 (ou registrador $18). O registrador $s1 é o $17 e o registrador $s2 é o $18. Vejamos o que acontece no MARS:

Na primeira linha vemos a instrução ADDIU que faz uma soma do número imediato 0xfffffff6 (-10) com o valor zero do registrador $0 (zero) e armazena o resultado no registrador $18 ($s2). Na segunda linha temos a instrução SRA que já foi explicada também no artigo sobre multiplicação. A instrução SRA executa um deslocamento aritmético à direita, de uma palavra, por um número fixo de bits, que no nosso caso aqui é o valor 0x0000001f (31). Quando executamos esta linha, o registrador $s2 tem o valor 0x000000f6, e o registrador $1 passa ter o valor 0xffffffff. Na terceira linha temos a instrução XOR que é uma operação lógica. XOR significa exclusive or (ou exclusivo) e tem a seguinte tabela verdade:

Onde E1 é entrada 1, E2 é entrada 2 e S é saída. Quando a entrada E1 for zero e a entrada E2 também for zero, a saída será zero. Observe que quando a E1 for um, e a E2 também for um, a saída também será zero. Note também que quando E1 é igual zero e E2 é igual a um, a saída é um, e quando E1 é um e E2 é zero, a saída também é um. Isso significa que, quando as entradas forem iguais, a saída será zero e, quando as entradas forem diferentes a saída será um. Esse é o comportamento da XOR.

Em nosso exemplo será executada uma operação XOR entre os registradores $1 e $18, os quais valem no momento da execução 0xffffffff e 0xffffff6, que vai resultar no valor 0x00000009, o qual é armazenado no registrador $17. Por fim, na quarta linha, é executada a instrução sub entre os valores armazenados nos registradores $17 (0x00000009) e $1 (0xffffffff) e o resultado, 0x0000000a (10), é guardado em $17.

A operação XOR combina o conteúdo do registrador RS e do registrador RT em uma operação exclusiva de bit a bit (bitwise) lógica e coloca o resultado no registrador RD. Em termos mais simples seria algo como RD = RS XOR RT, onde sabemos que RD é o registador destino (nosso S da tabela verdade) e RS e RT são os registradores fonte (nosso E1 e E2 da tabela verdade). O formato da instrução XOR é:

Formato:

É dessa foram que se obtém o número absoluto em linguagem assembly MIPS. Vamos ver um exemplo com o número +10 (que é A em hexadecimal):

.text
    li $s2, +10
    abs $s1, $s2

Note que a execução ocorreu exatamente da mesma forma que antes!

Contar uns iniciais

clo = Count Leading Ones in Word (Conte os uns iniciais na palavra). O objetivo desta instrução é contar os uns iniciais em uma palavra. Os bits de 31 até 0 do registrador geral RS são escaneados do bit mais significativo para o menos significativo. O número de uns iniciais é contado e o resultado é gravado no registrador RD. Se todos os bits de 31 até 0 foram configurados no registrador RS, o resultado será gravado no registrador RD.

Um detalhe importante: para estar em conformidade com a arquitetura MIPS32 e MIPS64, o software deve colocar o mesmo número de registrador nos campos RT e RD da instrução. A operação da instrução é IMPREVISÍVEL se os campos RT e RD da instrução contiverem valores diferentes.

Sintaxe: clo rd, rs

Formato:

Exemplo:

.text
    li $s2, -10
    clo $s1, $s2

Figura:

No MARS você notará que a quantidade de uns será armazenada no registrador $17, que neste caso será 0x0000001c. Teste com outros números e veja o acontece.

Contar zeros iniciais

clz = Count Leading Zeros in Word (Conte os zeros iniciais na palavra). O objetivo desta instrução é contar os zeros iniciais em uma palavra. Os bits de 31 até 0 do registrador geral RS são escaneados do bit mais significativo para o menos significativo. O número de zeros iniciais é contado e o resultado é gravado no registrador RD. Se todos os bits de 31 até 0 foram configurados no registrador RS, o resultado será gravado no registrador RD.

Um detalhe importante: para estar em conformidade com a arquitetura MIPS32 e MIPS64, o software deve colocar o mesmo número de registrador nos campos RT e RD da instrução. A operação da instrução é IMPREVISÍVEL se os campos RT e RD da instrução contiverem valores diferentes.

Sintaxe: clz rd, rs

Formato:

Exemplo:

.text
    li $s2, 10
    clz $s1, $s2

Figura:

No MARS você notará que a quantidade de zeros será armazenada no registrador $17, que neste caso será 0x0000001c. Teste com outros números e veja o que acontece.

Negar valor com overflow

Esta instrução realiza a negação de um número hexadecimal.

Sintaxe: neg r_destino, r_source

Exemplo:

.text
    li $s1, 10        
    neg $s0, $s1

Figura:

Negar valor sem overflow

Esta instrução realiza a negação de um número hexadecimal. A diferença desta instrução para a anterior é apenas o fato de que esta não trata overflow, enquanto que a NEG trata o overflow. Atente-se para o opcode dado na execução do MARS conforme mostra a Figura.

Sintaxe: negu r_destino, r_source

Exemplo:

.text          
    li $s1, 10         
    negu $s0, $s1

Figura:

Resto

Esta pseudoinstrução coloca o resto do registrador r_source1 dividido pelo registrador r_source2 no registrador r_destino.

Sintaxe: rem r_destino, r_source1, r_source2

Exemplo:

.text          
    li $s1, 10          
    li $s2, 2         
    rem $s0, $s1, $s2

Figura:

A pseudoinstrução REM, e a REMU, a seguir, abrem uma sequencia de instruções que incluem BNE, BREAK, DIVU e MFHI, todas elas nós já estudamos. Como exercício, vou pedir para que vocês tentem compreender o que está acontecendo, já que as instruções são conhecidas! Deixem suas dúvidas nos comentários tá bom.

Resto sem sinal

Esta pseudonstrução coloca o resto do registrador r_source1 dividido pelo registrador r_source2 no registrador r_destino. Se um operando for negativo, o resto não é especificado pela arquitetura MIPS e depende da convenção da máquina.

Sintaxe: remu r_destino, r_source1, r_source2

Exemplo

.text          
    li $s1, 10          
    li $s2, 2         
    remu $s0, $s1, $s2

Figura:

Conclusão

Por hoje é só pessoal! Mas continuem atentos, em breve mais artigos com mais instruções!