计算机组成原理jal,指令：计算机的语言(MIPS) --计算机组成原理(2)

1、过程或者函数是程序员进行结构化变成的工具，在过程(子程序)运行时，程序必须遵循以下6个步骤：

• 将参数放在过程可以访问的位置，通俗来说就是，传入的实参必须是函数能够访问的；

• 把控制转交给过程，跳转到程序段·并且开始执行；此过程一般是中断

• 获得过程所需要的资源，比如内存，处理器等；

• 执行需要的任务；

• 将结果的值放到调用程序可以访问的位置；返回值咯

• 将控制返回初始点，因为一个过程可能由一个程序中的多个点调用。

2、结合上面的子程序的说法，我们知道在计算机中是寄存器的数据存取能力最快，所以我们希望尽量的多在寄存器中进行任务，那么就有了如下几个寄存器的分配

• $a0~a3 四个寄存器用于传递参数进去；

• $v0~v1 用于返回值的两个寄存器；

• $ra 用于返回起始点的返回地址寄存器。

3、除了寄存器外，MIPS 还包括一条过程调用指令【 jal Index】：跳转到子程序的地址并且把当前位置所在的下一条指令位置存入 ra 寄存器中，以用于子程序执行完后的返回 .

为了支持这种情况，MIPS还使用了寄存器跳转指令 jr 用于case语句，表示无条件跳转到寄存器所指定的地址：jr $ra 。所以，综上我们就有了如下的定义：调用程序称为调用者caller，被调子程序称为被调用者 callee 。caller 把参数放入$ a0 ~ a3 然后使用 jal X 调到callee位置，然后 callee 执行完毕后把返回值放到 $ v0 ~ v1 然后再用 jr $ra 跳回到caller的位置。jr 实际上就是 PC+4 这个位置保存到了 ra 寄存器中。(PC是程序计数器的意思。不管是哪儿我感觉都是简写为PC，就是说，这个东西指在当前程序执行的指令的位置。)

4、如果我们要使用更多寄存器？

不存在的。那就只能放到存储器中了。然后在寄存器中的一个放入存储器的地址，然后每次调用一波~。这个时候最理想的数据结构的是栈。至于什么是栈，please call baidu ~ ，由于使用广泛，所以MIPS就把29号寄存器给了栈，$ sp就是栈指针，放入数据称为压栈，取出称为出栈。另外，栈指针是从高处往低处走，所以压入数据会导致指针位置编号变小。

5、减少寄存器数据换出的约定

$t0 ~ t9 是十个临时寄存器，过程调用中不必被调用者(被调用的子程序)保存；

$ s0 ~ s7 是八个保留寄存器，过程调用中必须被保存(一旦被使用，就要由被调用者进行保存和恢复)。

6、上述内容过一遍之后，我们就可以揣测一个嵌套的过程，比如递归，自己调用自己这种用法！编译一个递归C的过程，并且用MIPS表示出来：

我总结下，从第一个fact开始，每一个 fact 都会保存当前的指令下一条的位置和当前的n值到栈中，具体的表现就是 addi $sp,$sp,-8; 栈的长度增加了2个“字”然后比较当前的n值(保存在 $a0 中)是否小于1，如果小于那么 $t0 就等于1，不小于就等于0，然后把 $t0 与0进行比较，如果等于就跳转到 L1 ，不然就接着往下跑，所以如果跳到 L1，就会对 $a0 内保存的 n 值执行-1的操作，然后继续跳回到 fact 进行对 n 的检查。但是如果不跳到 L1，也就是说达到停止条件了，那么就会忽略 beq 那一句往下跑，开始从栈顶抛出数据，同时对返回把 $v0 修改为 $v0*$a0 ，此处也就是fac(n)=(n-1)*n；然后无条件跳转到上一个调用程序 fact 的下一步，直到结束！

int fact(int n)

{ if(n<1) return 1;

else return(n*fact(n-1));

}

//转换为MIPS的代码之后如下：

//以过程标签为开始，栈顶保存两个寄存器，一个是返回地址，另一个是$a0

fact:

addi $sp,$sp,-8;

sw $ra,4($)sp;

sw $a0,0($sp)

//第一次调用的时候sw保存程序中调用fact的地址,然后指令测试n是否满足结束条件小于1

slti $t0,$a0,1;

beq $t0,$zero,L1;

//如果n小于1，那么fact就把1置入一个寄存器及并且返回。

addi $v0,$zero,1;

addi $sp,$sp(8);

jr $ra;

//在从栈中退出两个内容之前，本应该加载$a0 和$ra 但是由于n小于1的时候，两个寄存器的内容不会有变化所以就跳过了上面的指令，如果n不小于1，那么n-1后传入fact中继续调用fact：

L1:

addi $a0,$a0,-1;

jal fact;

//下一条指令时fact的返回位置，从栈顶开始抛出数据(抛出数据的时候指针的位置序号会变大，前面说过的)

lw $a0,0($)sp;

lw $ra,4($sp);

addi $sp,8;

//接下来，返回值寄存器$v0得到原来的n-1的参数与当前的返回内的数据进行相乘：

mul $v0,$a0,$v0;

//最后 fact 跳转到返回地址；

jr $ra;