了解MIPS算法

Question

我对编码很新，我们从MIPS开始。我们有点“投入到冷水中”并且必须实现一种算法，该算法检查数组的元素是否按升序排序。如果它已排序，则1将存储在$ v0中，否则为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:

我无法理解这段代码/算法。首先是什么是数组，为什么我们需要具体的5个呢？ 但对我来说更重要的是理解这个代码/算法。所以我需要一个善良的人，并一步一步地用简单的词语向我解释：D，这段代码的工作原理。

非常有帮助，并提前感谢。

Answer 1

简短回答

基本上，这个程序在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，算法检查是否A[i] < A[i + 1]（即，如果A中的第i个和第（i + 1）个元素是按升序排序并因此被排序）。如果是，则继续执行，$v0保持为1.否则，它将$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，它是一个有序的字列表（MIPS中的一个字表示：32位值，它由4个字节组成，每个其中有8位信息）。所以在这种情况下，每个单词代表一个32位整数 如果我们有一个长度为A的数组l，则元素会从0索引到l-1。数组A中的第一个元素（符号：A[0]）保存在内存中的某个地址，我们称之为addr。然后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中的存储器是字节可寻址的，即每个字节都有自己的地址，并且由于一个字由4个字节组成，所以字地址偏移4（见下文）。

.data部分

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

有了这个，你会发现你没有5个数组但只有一个（称为A）并且它包含值1,2,3,4和5.因此，长度为5，它在l一词中指定。你可以为你的数组添加更多的值，但是你必须调整长度，否则会发生奇怪的事情（或者至少结果是随机的）。您的数据在此.data部分中指定，因此存储在程序的内存空间中。

MIPS汇编

为了理解.text部分中的代码，您必须了解MIPS程序集。如果我写一个寄存器，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 =标签的地址;存储目的地寄存器rd中“label”指定的字的地址）
• lw rd，label（“加载字”）
  或
  lw rd，offset（rs）
  （将标签指定的数据或地址rs + offset的数据加载到目标寄存器rd）
• 添加 rd，rs，rt
  （rd = rs + rt;添加源寄存器rs和rt并将结果存储在目标寄存器rd中）
• addi rd，rs，imm（“立即添加”）
  （rd = rs + imm;添加源寄存器rs和立即（16位常量）值并将结果存储在目标寄存器rd中）
• sub rd，rs，rt（“减去”）
  （rd = rs - rt;从源寄存器rs中减去源寄存器rt并将结果存储在目标寄存器rd中）
• beq rs，rt，label（“branch if equal”）
  （如果rs中的值等于rt中的值，则跳转到标签）
• sll rd，rs，shamt（“shift logic left”）
  （rd = rs＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆quot;
• slt rd，rs，rt（“设置小于”）
  （rd =（rs＆lt; rt）？1：0;如果rs中的值小于rt中的值，则将rd设置为32位1，否则设置为32位0）
• j 标签（“跳转”）
  （跳转到标签）

.text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:

这个汇编代码等同于伪代码（如果您不习惯伪代码或while循环，请在互联网上查找）：

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。如果您之前没有编码，我认为从汇编代码开始是非常雄心勃勃的。祝你好运！