了解 MIPS 算法

Question

我对编码非常陌生，我们从 MIPS 开始。我们有点“被扔进了冷水里”，不得不实现一种算法来检查数组的元素是否按升序排序。如果已排序，则将 1 存储在 $v0 中，否则将存储 0。 给我们的解决方案：

.data
A: .word 1, 2, 3, 4, 5
l: .word 5

.text
main:
la $s0, A #address of A
lw $s1, l
add $t0, $0, $0 #counter for loop
addi $v0, $0, 1
sub $s1, $s1, $v0
for:
beq $t0, $s1, done
sll $t1, $t0, 2 #byte offset
add $t1, $t1, $s0
lw $t1, 0($t1) #$t1 = A[j]
addi $t2, $t0, 1
sll $t2, $t2, 2
add $t2, $t2, $s0
lw $t2, 0($t2) #$t2 = A[j + 1]
sub $t3, $t2, $t1 #$s3 = A[j+1] - A[j]?
slt $t4, $t3, $0
addi $t3, $0, 1
beq $t3, $t4 unsort #A isn’t sorted if A[j+1] - A[j] has a negative value
addi $t0, $t0, 1 #$t0 = $t0 + 1
j for

unsort:
add $v0, $0, $0 #set $v0 if array isn’t sorted

done:

我无法理解此代码/算法。首先什么是数组，为什么我们特别需要其中的 5 个？ 但对我来说更重要的是理解这个代码/算法。所以我需要一个足够友善的人，用简单的话一步一步地向我解释：D，这段代码是如何工作的。

将非常有帮助，并提前感谢。

Answer 1

简答

基本上，这个程序在带有循环计数器的循环中迭代数组A，比如i。索引i 初始化为0，并且在每次循环迭代中递增1，直到达到l-1，其中l 是数组A 的大小/长度。在每次迭代中，算法都会检查 A[i] < A[i + 1] 是否（即 A 中的第 i 个和第 (i+1) 个元素是否按升序排列并因此排序）。如果是，则继续执行，$v0 保持 1。否则，它将 $v0 设置为 0 并终止。

---

长答案

数组和内存

数组基本上是一个有序的数据列表——在这种情况下，它是一个有序的单词列表（MIPS 中的一个单词意味着：32 位值，它由 4 个字节组成，每个字节其中有8位信息）。所以在这种情况下，每个单词都代表一个 32 位整数。
如果我们有一个长度为l 的数组A，则元素的索引从0 到l-1。数组A（符号：A[0]）中的第一个元素保存在内存中的某个地址，我们称之为addr。然后将A (A[i]) 中的第 i 个元素保存在内存地址addr + 4*i 中。这是因为 MIPS 中的内存是字节可寻址的，即每个字节都有自己的地址，并且因为一个字由 4 个字节组成，字地址偏移 4（见下文）。

---

.数据部分

A: .word 1, 2, 3, 4, 5
l: .word 5

你会意识到你没有 5 个数组，只有一个（称为A），它包含值 1、2、3、4 和 5。因此，长度为 5，并且它被指定在l这个词中。您可以向数组添加更多值，但随后您必须调整长度，否则会发生奇怪的事情（或者至少结果将是随机的）。您的数据在此 .data 部分中指定，因此存储在程序内存空间中的某个位置。

---

MIPS 程序集

为了理解 .text 部分中的代码，您必须了解 MIPS 汇编。如果我写的是寄存器，只需将其视为 32 位值的占位符。例如，$0 是零寄存器，它总是存储一个 32 位的 0。其他寄存器用于临时存储程序中使用的值。您使用的说明是：

• la rd, label（“加载地址”）
  (rd = label的地址；将“label”指定的字的地址存储在目标寄存器rd中)
• lw rd，标签（“加载词”）
  或
  lw rd, offset(rs)
  （将label指定的数据，或者地址rs+offset的数据加载到目的寄存器rd中）
• 添加 rd, rs, rt
  (rd = rs + rt; 添加源寄存器 rs 和 rt 并将结果存储到目标寄存器 rd)
• addi rd, rs, imm ("立即添加")
  (rd = rs + imm; 将源寄存器 rs 和立即数（16 位常数）值相加，并将结果存储到目标寄存器 rd)
• sub rd, rs, rt ("减")
  (rd = rs - rt; 从源寄存器 rs 中减去源寄存器 rt 并将结果存储到目标寄存器 rd)
• beq rs, rt, label ("如果相等则分支")
  （如果 rs 中的值等于 rt 中的值，则跳转到标签）
• sll rd, rs, shamt（“逻辑左移”）
  (rd = rs
• slt rd, rs, rt ("设置小于")
  (rd = (rs
• j 标签（“跳跃”）
  （跳转到标签）

---

.文本部分

main:
la $s0, A
lw $s1, l
add $t0, $0, $0
addi $v0, $0, 1
sub $s1, $s1, $v0

for:
beq $t0, $s1, done
sll $t1, $t0, 2 #byte offset
add $t1, $t1, $s0
lw $t1, 0($t1) #$t1 = A[j]
addi $t2, $t0, 1
sll $t2, $t2, 2
add $t2, $t2, $s0
lw $t2, 0($t2) #$t2 = A[j + 1]
sub $t3, $t2, $t1 #$s3 = A[j+1] - A[j]?
slt $t4, $t3, $0
addi $t3, $0, 1
beq $t3, $t4 unsort #A isn’t sorted if A[j+1] - A[j] has a negative value
addi $t0, $t0, 1 #$t0 = $t0 + 1
j for

unsort:
add $v0, $0, $0 #set $v0 if array isn’t sorted

done:

这个汇编代码相当于伪代码（如果你不习惯伪代码或while循环，请在网上查一下）：

s0 <- address of first element in A
s1 <- l
t0 <- 0
v0 <- 1
s1 <- s1-1

while (t0 != s1) do
    t1 <- 4 * t0
    t1 <- t1 + s0
    t1 <- word at address t1
    t2 <- t0 + 1
    t2 <- 4 * t2
    t2 <- t2 + s0
    t2 <- word at address t2
    t3 <- t2 - t1
    if (t3 < 0) then t4 <- 1
    else t4 <- 0
    t3 <- 1
    if (t3 == t4) then
        v0 <- 0
        return
    else t0 <- t0 + 1

希望，这有帮助。如果您以前没有编码，我认为从汇编代码开始是非常雄心勃勃的。祝你好运！