MIPS Assembly Language Programming CS50 Discussion and Project Book

zhongtao2000

1 Data Representation 1
1.1 Representing Integers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1 Unsigned Binary Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1.1 Conversion of Binary to Decimal . . . . . . . . . . . 2
1.1.1.2 Conversion of Decimal to Binary . . . . . . . . . . . 4
1.1.1.3 Addition of Unsigned Binary Numbers . . . . . . . . 4
1.1.2 Signed Binary Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.2.1 Addition and Subtraction of Signed Binary Numbers 8
1.1.2.2 Shifting Signed Binary Numbers . . . . . . . . . . . 9
1.1.2.3 Hexadecimal Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2 Representing Characters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3 Representing Programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.4 Memory Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4.1 Units of Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.1.1 Historical Perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.2 Addresses and Pointers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 MIPS Tutorial 17
2.1 What is Assembly Language? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 Getting Started: add.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.1 Commenting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.2 Finding the Right Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
i2.2.3 Completing the Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.3.1 Labels and main . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.3.2 Syscalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3 Using SPIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4 Using syscall: add2.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4.1 Reading and Printing Integers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.5 Strings: the hello Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.6 Conditional Execution: the larger Program . . . . . . . . . . . . . . 28
2.7 Looping: the multiples Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.8 Loads: the palindrome.asm Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.9 The atoi Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.9.1 atoi-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.9.2 atoi-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.9.3 atoi-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.9.4 atoi-4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.10 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.10.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.10.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.10.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3 Advanced MIPS Tutorial 43
3.1 Function Environments and Linkage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.1.1 Computing Fibonacci Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.1.1.1 Using Saved Registers: fib-s.asm . . . . . . . . . . 45
3.1.1.2 Using Temporary Registers: fib-t.asm . . . . . . . 47
3.1.1.3 Optimization: fib-o.asm . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2 Structures and sbrk: the treesort Program . . . . . . . . . . . . . . 50
3.2.1 Representing Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.2.2 The sbrk syscall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.3 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4 The MIPS R2000 Instruction Set 55
4.1 A Brief History of RISC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2 MIPS Instruction Set Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.3 The MIPS Register Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.4 The MIPS Instruction Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.4.1 Arithmetic Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.4.2 Comparison Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4.3 Branch and Jump Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4.3.1 Branch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4.3.2 Jump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4.4 Load, Store, and Data Movement . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4.4.1 Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4.4.2 Store . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.4.4.3 Data Movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.4.5 Exception Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.5 The SPIM Assembler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.5.1 Segment and Linker Directives . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.5.2 Data Directives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.6 The SPIM Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.6.1 SPIM syscalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.7 The Native MIPS Instruction Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.8 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.8.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5 MIPS Assembly Code Examples 69
5.1 add2.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.2 hello.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.3 multiples.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.4 palindrome.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.5 atoi-1.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.6 atoi-4.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.7 printf.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.8 fib-o.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.9 treesort.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

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薇拉《部落战争》在国内运营两年来，获得了国内玩家广泛的赞许与厚爱，其文化氛围浓郁的历史背景与世界观，给了玩家很强的代入感，让玩家置身其中亲身体验了一次古欧洲的铁血国战。关于这段历史的描述有很多版本，给人以无限遐想的空间。今天薇拉《部落战争》就带您重新翻开这段迷离的历史，让我们一起在《部落战争》中梦回西元前。
古欧洲大陆是一个种族支脉繁多，英雄传说鹊起的世界，其中法兰西与德意志与罗马是大陆中三个具有代表性的国家。他们的文化源远流长，纵横交错几乎涵盖了整个欧洲大陆的发展史。同时，这些国家的组织架构比较松散，很多时候都在以群居部落联邦的形式存在着，种族之间并没有很明确的界限，除了罗马具有相对完善的社会体制与国家制度，日耳曼与法兰克更是很多文化习俗相近的民族的统称，例如民族大迁徙后从日尔曼人中演化出斯堪的纳维亚民族、英国人、弗里斯兰人和德国人，后来这些人又演化出荷兰人、瑞士的德国人、加拿大、美国、澳大利亚和南非的许多白人。在奥地利也有许多德国人。许多这些新的民族今天都是与其它民族混合而成的。在绵延数百年的历史长中，日耳曼、高卢与罗马帝国的种族后裔也是战事不断，其中公元1296年，英格兰国王爱德华一世吞并了苏格兰。威廉.华莱士领导苏格兰人奋起反抗，赢得独立的故事更是被拍成电影《勇敢的心》之后广为流传。
在《部落战争》中，为了真实重现这段历史各民族之间的原貌，罗马帝国拥有昂贵的士兵，无可否认是全能型的，只要度过前期的经济危机，一只雄壮的铁甲雄狮将所向披靡。低调的高卢士兵前期精于防守，随着后期骑兵的出现，高卢骑士团的战马嘶鸣令所有对手闻风丧胆。日耳曼拥有强悍的攻击力，天生的掠夺者，在上面的介绍中，日耳曼种族的构成是最为复杂的，他们被视为蛮荒部族，与强悍的攻击能力相比，偏弱的防御也给日耳曼族的首领们带来了无尽的烦恼。
相比这些单兵作战能力，《部落战争》更是在各种族合纵连横的策略上做足文章，一场战争的胜利绝不是仅靠战斗就可以解决的问题，不断的寻找联盟，不断的扩大版图，真实的历史重现，您将亲身体会到威廉.华莱士那声“Free-dom”所透出的无奈与苦涩。加入《部落战争》您将有机会亲手改写历史，逆转乾坤，成就欧洲之王。

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