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mips 어셈블리 연산 [링크 복사], [링크+제목 복사]
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ocm
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안녕하세요 정성태 선생님, 저는 컴퓨터를 독학하는 학생입니다.
비록 c#관련 질문은 아니지만 질문드려도 괜찮을까요?

컴파일러가 프로시저를 번역하는 데 인수 레지스터가 4개, 결과값 레지스터가 2개만으로 부족한 경우 레지스터 스필링이 필요해서 스택에 레지스터들을 저장하는데요. 여기서 레지스터를 sw를 통해 레지스터에서 스택에 저장한 다음에 산술 연산이 가능한가요? 제가 알기론 mips연산은 레지스터에서만 가능한데 스택에 값을 저장하고 산술 연산이 가능한 이유를 모르겠습니다. 무슨 원리인지 가르쳐주신다면 정말 감사드립니다.






[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 6/14/2021]

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2021-06-15 04시36분
제가 MIPS 어셈블리는 잘 모릅니다. 단지 일반적인 어셈블리를 알고 있는 지식에 기준해 설명을 드리겠습니다.

우선 "레지스터를 sw를 통해 레지스터에서 스택에 저장한 다음에 산술 연산이 가능"하냐고 물은 것은 아마도 스택에 저장한 다음 필요할 때 다시 레지스터에 로드해 연산을 계속하는 식으로 하게 될 것입니다.

말씀하신 것처럼 레지스터가 총 6개(인수 4개 $a0, $a1, $a2, $a3, 결과 2개 $f0, $f1)만을 가진 MIPS CPU를 가정하는 경우, 만약 5개의 인자를 넘겨야한다면 다음과 같은 식으로 프로시저를 호출하게 될 것입니다.

$a0 = 1
$a1 = 2
$a2 = 3
$a3 = 4
push 5
call calc;

그러면 calc 안에서는 스택 공간을 하나 더 확보하는 식으로 진행하면 됩니다. 예를 들어, 레지스터가 4바이트라고 가정하면 calc 프로시저에서는 시작 단계에서 4바이트의 스택을 확보하면 됩니다.

push bp
mov bp, sp
sub sp, 4 (스택이 아래로 자란다고 가정)

이후, calc 프로시저의 5번째 인자로 전달한 값을 연산해야 하면, 그것을 로드할 레지스터를 결정해야 할 것입니다. 만약 그 레지스터를 $a3이라고 가정하면, $a3 값을 스택에 보관해 둔 후,

mov [bp - 4], $a3 // [bp - 4]는 calc가 도입 시 확보한 영역이라고 가정.

5번째로 전달한 인자를 $a3 레지스터에 로드한 후 연산을 진행하면 될 것입니다.

mov $a3, [bp + 8] // [bp + 8]에 calc로 전달한 5번째 인자가 저장되어 있다고 가정
add $a1, $a1, $a3 // $a1 = $a1 + $a3

혹시 원하는 답변이 아니면, 다시 질문해 주세요. ^^
정성태
2021-06-15 11시19분
[ocm] 답변 감사드립니다. 그런데 스택에 저장한 다음 필요할 때 레지스터에 로드해 연산을 하려면 lw를 해야 스택에서 레지스터로 로드되서 연산을 계속할 수 있는 것 아닌지가 헷갈립니다.
[guest]
2021-06-15 11시33분
당연히 lw를 해야 하지 않을까요? ^^ 위에서 답변한 내용으로 보면 "mov $a3, [bp - 8]"의 코드가 스택의 값을 $a3 레지스터로 옮기는 것입니다.
정성태
2021-06-15 12시10분
[ocm] 저도 이것이 맞다고 생각하는데 컴퓨터구조및설계(저자 david a patterson)라는 책의 예제에는 sw후 바로 연산을 하는걸로 나와있더라고요. "https://youtu.be/wUcBordHEDo"(최린 교수 컴퓨터구조 강의)에서도 29분부터 나오는 예제에서도 sw후에 바로 연산을 하시더라고요. 내용 정리해서 질문게시판에 질문 다시 올려보았습니다.
[guest]
2021-06-15 01시34분
말씀해 주신 강의를 봤는데요. 그 예제에서 sw 후에 바로 연산을 하는 것은 sw로 스택에 저장한 메모리를 대상으로 연산하는 것이 아닙니다.

sub $sp, $sp, 8
sw $t1, 4($sp)
sw $t0, 0($sp)

위의 명령어는 procedure를 위해 (4바이트 공간의) 변수 2개를 마련한 다음 현재 $t1과 $t0 레지스터에 있는 값을 스택에 보관하는 명령어입니다. 왜냐하면, $t1과 $t0 레지스터를 그 이후의 명령어에서 사용해야 하기 때문에 기존 값을 백업해 두는 것입니다.

그다음의 명령을 보면,

add $t0, $a0, $a1
add $t1, $a2, $a3

가 나오는데요, $a0과 $a1 레지스터의 값을 더해서 $t0에 담고 있죠. 즉, 스택에 있는 값을 대상으로 연산하는 것이 아닙니다. 저런 식으로 $t0과 $t1 레지스터를 사용한 다음에는 반드시 저 레지스터의 값을 복원해야 합니다. 왜냐하면 해당 procedure가 실행이 완료된 후 돌아갈 코드에서 사용하던 상태로 만들어야 하기 때문입니다.

이로 인해, 그다음 코드에서 lw로 스택에 백업해 둔 값을 다시 가져오고 있습니다.

lw $t0, 0($sp)
lw $t1, 4($sp)

혹시, 이해가 안 된다면 계속 질문해 주세요.
정성태
2021-06-15 01시46분
좀 더 부가적인 설명을 하자면! 다음과 같은 코드가 있다고 가정해 보겠습니다.

j = 3; // $a0에 보관된 값
i = 5; // $a1에 보관된 값
call(i);

그런데, call 프로시저 내부에서 $a0을 사용해야 한다면 어떻게 해야 할까요? 만약 sw로 스택에 보관하지 않고 곧바로 다음과 같은 식으로 사용한다면,

call:
    ...
    add $a0, $a1, $a2
    ...

$a0 레지스터가 덮어써졌기 때문에 call procedure가 반환된 후의,

call(i);
...여기서 j 값은?....

j 값이 깨지게 됩니다. 따라서 저런 경우를 방지하기 위해 procedure에서는 자신이 사용하게 될 레지스터의 값을 백업/복원하는 코드를 반드시 넣게 되는 것입니다.

참고로, Intel CPU의 경우 ebx, ebp, edi, esi 등의 레지스터가 그런 식으로 procedure 간의 호출에서 반드시 호출 전의 상태로 원복해야 한다는 규정이 있습니다. 그래서 그런 레지스터를 가리켜 non-volatile register라고 일컫습니다. 반면 eax, ecx, edx 등의 레지스터는 procedure 간에 값이 당연히 변경될 거라는 가정을 하기 때문에 procedure 내에서 (백업/복원 없이) 자유롭게 사용할 수 있습니다. 그래서 이들을 가리켜 volatile register라고 합니다.

x64 Architecture
; https://docs.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/debugger/x64-architecture
정성태
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