Ch 2. Instructions: Language of the Computer -(9)

6. Supporting Procedure Call

Procedure Call Steps

1. Procedure이 접근할 수 있는 곳에 파라미터 배치
2. Procedure로 control transfer
3. Procedure에 필요한 storage resources 확보
4. 원하는 작업 수행
5. calling program이 접근할 수 있는 곳에 결과값을 배치
6. 원래 지점으로 control return

MIPS Registers for Procedure Call

• $a0 ~ $a3 : 파라미터를 전달하기 위한 인수
• $v0 ~ $v1 : 반환 값
• $ra: 반환 주소

MIPS Instruction Pair for Procedures

• Procedure Call
  • JAL ProcedureAddr(Label)
    • main에서 function을 call할 때
    • PC ← ProcedureAddr
    • $ra ← next instruction address (PC)
  • JR $ra
    • function에서 return 할 때
    • PC ← $ra

Procedures use More Registers by Stack

• more registers → reserved & restored → Stack
• Stack Pointer($SP register in MIPS)
  • 스택에서 가장 최근에 할당된 장소를 point
• PUSH: put data in stack
• POP: get data in stack
• Ex)

    int leaf_example(int g, int h, int i, int j) {
        int f;
        f = (g+h) - (i+j);
        return f;
    }
  

  1. Save registers in Stack
     • Parameters in $a0~$a3
       • $a0 = g, $a1 = h, $a2 = i, $a3 = j
     • Return address is in $ra
       • $ra = PC
     • Reserve $s0, $t0, $t1 in stack(PUSH)
       • $s0 = f, $t0 = g+h, $t1 = i+j
  2. Compute f = (g+h) - (i+j)
  3. Place the return values in $v0
     • $v0 = f
  4. Restore register values
     • Restores $s0, $t0, $t1 from stack(POP)
  5. Return control to caller by JR $ra

MIPS Software Convention on Registers

• Reducing the Register Spiling
  • Register Spiling: register 값을 메모리에 save
  • $t0 ~ $t9
    • function 이후 사용하지 않을 register -> save할 필요없음
    • sw $t0, 8($sp)
  • $s0 ~ $s7
    • function 이후에도 사용할 register -> save 필요
    • sw $s0, 4($sp)
  • => save time

Nested Procedure Call

= recursion

• C language
  

  int fact (int n) { 
    if (n < 1) 
        return 1; 
    else 
        return (n * fact (n-1)); 
    } 
  
  

• MIPS
  

  fact : 
    addi $sp,$sp,-8 # adjust stack for 2 items($ra, $a0) 
    sw $ra, 4($sp) # saves return address 
    sw $a0, 0($sp) # saves argument n
    slti $t0, $a0,1 # if n < 1, $t0= 1, otherwise $t0 =0
    beq $t0,$zero, L1 # if n >= 1 goto L1 
    addi $v0,$zero,1 # if n < 1, return 1
    addi $sp,$sp,8 # pop 2 items($ra, $a0)
    jr $ra # return to after jal
  L1:
    addi $a0,$a0, -1 # n=n-1
    jal fact # recursive call with (n-1) 
    lw $a0, 0 ($sp) # return from jal : restore n 
    lw $ra, 4 ($sp) # restore address
    addi $sp,$sp,8 # adjust stack for 2 items 
    mul $v0, $a0,$v0 # return n * fact(n-1) 
    jr $ra # return to the caller
  

Allocating Space for New Data on the Stack

• Procedure frame(Active record)
  • function이 call할 때마다 생성
  • 함수에 저장된 registers와 local variables을 포함하는 stack을 위한 segment
  • $fp register(Frame Pointer)
    • Procedure frame의 첫번째 word를 가르킴
    • 지역 변수에 대한 안정적인 참조를 위한 기반을 제공

Memory Layout

• Text: program code
• Static data: global variables
• Dynamic data: heap
• Stack: automatic storage