Assembly language 汇编语言基础

安装java环境

这个网上很多，就不再赘述了

基本思路：下载java jdk安装包，安装，添加到环境变量中，cmd测试java版本来判断是否安装成功

软件下载安装

MARS：

https://courses.missouristate.edu/KenVollmar/mars/download.htm

点击download mars下载jar文件后

下载下来了一个叫Mars4_5.jar的文件

cmd在jar文件包的目录输入

java -jar Mars4_5.jar

回车，等一会就开启MARS了

Assembly Language

Assembly Language最大的特点就是基本思路不像python和java等一样的high level language一样的智能并且高效，他主要是能让机器识别的作用

机器指令都是由0，1组成的，汇编语言就允许我们用相应的代码来编写指令。

MIPS

MIPS 汇编语言是指MIPS处理器的汇编语言，MIPS是指 an acronym for Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages. 他是由一个名叫MIPS Technologies的组织开发的精简指令集架构

基础

要学习Assembly Language，就需要精通2进制，10进制，16进制的相互转换，这个会在另一篇文章中详细讲解的

还需要了解8bit, 32bit等

Register 寄存器

在MIPS中有32个通用寄存器（Register）
Register 都是由$符号开头的
寄存器一般直接用对应的编号表示，比如$0就是 Register 1， $1就是Register 2，一直到 $32(一共就32个通用寄存器) 或者直接用对应的寄存器名称，例如：$t1， $sp
对于乘法和除法分别有对应的两个寄存器$lo, $hi
- 对于以上二者，不存在直接寻址；必须要通过mfhi(“move from hi”)以及mflo(“move from lo”)分别来进行访问对应的内容
- 乘法：HI 存储32位高位， LO存储32位低位
- 除法：LO存储结果，HI存储余数
栈的走向是从高地址到低地址

32个Register

REGISTER	NAME	USAGE
$0	$zero	常量0(constant value 0)
$1	$at	保留给汇编器(Reserved for assembler)
$2-$3	$v0 - $v1	函数调用返回值(values for results and expression evaluation)
$4-$7	$a0-$a3	函数调用参数(arguments)
$8-$15	$t0-$t7	暂时的(或随便用的)
$16-$23	$s0-$s7	保存的(或如果用，需要SAVE/RESTORE的)(saved)
$24-$25	$t8-$t9	暂时的(或随便用的)
$28	$gp	全局指针(Global Pointer)
$29	$sp	堆栈指针(Stack Pointer)
$30	$fp	帧指针(Frame Pointer)

Byte bit word

A byte = 8 bits
A word* = 4 bytes = 32 bits

foo: .word 0xFFEEDDCC
bar: .byte 0xFF, 0xEE, 0xDD, 0xCC

Big endian & Little endian

基本

指令一览

.word && .text && .data

.word is essentially creating some space in memory to hold data. Each item following it is 4 bytes long. It’s similar to creating an array:

.word本质上是在内存中创建一些空间来保存数据，就如同创建一个array一样：

Assembly

array:
.word 0x12121212, 0x23232323, 0x34343434, 0x4, 0x5

int array[] = {0x12121212, 0x23232323, 0x34343434, 0x4, 0x5};

.text tells the assembler to switch to the text segment (where code goes)

.text 告诉汇编程序切换到文本段（码代码的地方）

.data tells the assembler to switch to the data segment (where data goes).

.data 告诉汇编器切换到数据段（数据去的地方）。

https://stackoverflow.com/questions/60403872/what-is-word-data-and-text-in-assembly

add && addi

addi $9, $0, 1
add $10, $9, $9
add $10, $10, $9

分别表示把1这个值存储到register 9的位置

把register 9和register 9里面的值相加，放到register 10里面

Register 10里面的值加上Register 9 里面的值，存储到Register 10里面

而计算顺序的话，基本都是以第一个register为结果/输出，后面两个是运算，$y, $x, $z就如同 y=x+z 一样的 (这里的表述十分不严谨，只是体现一个运算基本思路)

这里的add很好理解，就是add的意思，addi指的是Add immediate

同样是add，

add adds the value in two registers

addi adds an immediate value (constant) to the register

Add是把两个register里的值相加，而addi是把一个immediate value，也就是一个常数加到register里面

li && ori

addi $8, $0, 0xc800

ori $8, $0, 0xc800

li $8, 0xc800

以上三个都是相同的，都是在Register 8 中填入 0xc800

AND && OR && XOR && NOR

and 和 or 还有xor看这个图就一目了然了

再来个例子，比如(如下是两个Register的值，并且已经转换到了二进制)

$8: 0b 1100 0010 1001 1010 
$9: 0b 0100 1011 1010 0111

那么

and $10, $8, $9

就可以得到

$10: 0b 0100 0010 1000 0010

（从左到右，上下对齐，1 and 0可以得到0，1 and 1可以得到1，0 and 0可以得到0，以此类推）

这里这个$8是我们的data，那么$9就叫做mask

同样的or 和 xor也是类似的

除此之外，还有andi，ori，xori，也是和addi一样类似的含义（指immediate）

如：andi $10, $8, 0x1f

Nor则是

a	b	out
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

sll && srl && sra

位移，sll （shift left logical）就是指向左位移，srl（shift right logical）就是向右位移

至于这个位移的过程，可以用图来很好的表示

位移的时候，头上的如果是0（以位移方向为头，反向为尾），直接抛弃，如果是1也是如此。

而尾部则是一直补足一个0，永远都是补上一个0，这个补足的0可以是无限的

所以如果一直向一个方向位移很多次以后就会发现这个值会变成0（受限于bit）

sra

shift right arithmetic & keep sign bit(left most bit)

向右移动并且保持最左sign bit不变，例：

1010 sra (discrad right most 0)
1101 

0101 sra (discard right most 1)
0010

nop

no operation

啥也不干

loop

.text
	addi $8, $0, 5       	# Initial value & counter
	addi $9, $0, 11
	add $10, $0, $0         # For sum

    # Count-down loop (from 5)
loop:
	beqz $8, exit
	add $10, $10, $9
	addi $8, $8, -1
	b loop

exit:
	nop

一个简单的loop

beqz是指 Branch Equal to Zero 也就是如果这个$8的值是0的话，就跳转到exit这里

beq类似beqz，不过这里不是等于0，而是等于另一个register。如下例子

beq $t0, $t1, Target
# 意思就是 branch to Target if $t0 == $t1
# 如果 register t0 等于 t1的话，那么就跳转到target那里去（比如loop）

b loop: The b instruction for the ARM CPU is nearly the same as the jmp instruction for the x86 CPU: A jump instruction

简单来说这里就是跳转到loop循环的开头，从头开始判断

https://stackoverflow.com/questions/48084634/what-does-b-mean-in-this-assembly-code

bne $10, $0, exit

bne: Branch if Not Equal 如果$10 不等于 $0的话，就exit

load

lw load a word from memory

la load an address

lui load upperimmediate

li load an immediate

lb load byte

lbu load byte unsigned

Example

la $11, nums
lw $12, 16($11)
lui $10, 100
li $10, 0xdeadbeef
lb $t0, 0($t1)
# $FF => $FFFFFFFF
lbu
# $FF => $000000FF

Array

.data
	array: .word 7, 8, 9, 10,

	la $8, array
	lw $9, 0($8)

sw & sb

sw: store word (Copy from register to memory)
sb: store b

write to memory:

sw $8, 0($9)
sb $10, 0($11)

BASIC INSTRUCTION FORMATS

R I J 三种

头6位都是opcode，也就是决定这个instruction name的，rs,rt,rd对应registers

Instruction Encoding:

Branch instruction encoding:

Branch distance:

完整对应列表：

Examples

nor $12, $21, $7

# nor = R-type
# opcode   rs    rt    rd   shamt  funct
# xxxxxx xxxxx xxxxx xxxxx xxxxx xxxxxx
# 000000 10101 00111 01100 00000 100111
# 0000 0010 1010 0111 0110 0000 0010 0111
# 0	2    A    7    6    0     2   7

beq $9, $8, label_A	

# beq = I-type
# opcode    rs    rt    immediate
# xxxxxx xxxxx xxxxx xxxx xxxx xxxx xxxx
# 000100 01001 01000 1111 1111 1111 0111
# 0001 0001 0010 1000 1111 1111 1111 0111
# 1    1     2     8   F    F     F    7

# what's -9 in 16-bit 2's complement?
# write it in positive form:
# 0000 0000 0000 1001
# flip all the bits
# 1111 1111 1111 0110
# add one
# 1111 1111 1111 0111

.data

bob:
	.word 212
	
connie:
	.word 40122
	
.text
	# Store the sum of integer
	# at 'bob' and integer at
	# 'connie' into register
	# $12 -- and without using
	# bob or connie directly
	# in a 'lw' instruction
	# (ie must use register and
	# an offset of zero).
	
#lw $8, bob   # don't do this (just a usually way we would do it but incorrect)
#lw $9, connie
#add $10, $8, $9

la $7, bob
lw $8, 0($7)
lw $8, ($7)
lw $9, 4($7)	# load at the forth value in that memory address
add $10, $8, $9

# or

la $7, bob
lw $8, 0($7)
addi $7, $7, 4
lw $9, 0($7)
add $10, $8, $8

ASCII table

https://www.asciitable.com/

未完待持续更新中

参考自 https://valeeraz.github.io/2020/05/08/architecture-mips/