计算机系统概论 作业2

1. 使用不超过 $3$ 条 $x86$ 指令实现如下函数: 其中 $x, y, z, w$ 分别存储于 %rdi, %rsi, %rdx, %rcx. 返回值存储于 %rax.

   long add(long x, long y, long z, long w) { 
   	return 32 * x + 8 * y + 4 * z + w; 
   }

   add:
   	leaq (%rsi,%rdi,4), %rsi
   	leaq (%rcx,%rsi,8), %rcx
   	leaq (%rcx,%rdx,4), %rcx
   	ret

2. $X86-64$ 体系结构中的条件跳转指令 $jg$ 是用于带符号数比较还是无符号数比较的? 其产生跳转的成立条件是 ~(SF^OF) & ~ZF​ 为真, 请解释为何是这一条件.

   答:

   条件跳转指令 $jg$ 是用于带符号数比较的.

   考虑被比较的两个数 $a, b$, 当 $\text{~(SF^OF)&~ZF}$ 为真时:

   有 $\text{~(SF^OF)}$ 为真, 则 $\text{SF^OF}$为假, 从而 $\text{SF = OF = 1}$ 或 $\text{SF = OF = 0}$,

   即此时 $a\le b$.

   同时有 $\text{~ZF}$ 为真, 则 $\text{ZF}$为假, 从而 $\text{ZF = 0}$,

   即此时 $a\ne b$.

   故 $a < b$ 成立.

3. 有如下对应的 $C$ 代码与汇编代码 $(x86-64)$, 请对照着填上代码中缺失的部分(数字请用十进制表示).

   call_swap: 
   	subq 	$24, %rsp 
   	movl 	__①__, 12(%rsp) 
   	movl 	$91125, 8(%rsp) 
   	leaq 	8(%rsp), %rsi 
   	leaq 	12(%rsp), __④__ 
   	movl 	$0, %eax 
   	call 	swap

   void swap(int *a, int *b); 
   void call_swap() 
   { 
   	int zip1 = 15213; 
   	int zip2 = __②__; 
   	__③__;
   }

   ① : $15213

   ② : 91125

   ③ : swap(&zip1, &zip2)

   ④ : %rdi

4. 一个 $C$ 语言的 $for$ 循环代码 (部分) 及其 $64$ 位 $Linux$ 汇编如下所示, 请对照汇编填充 $C$ 语言里的缺失部分.

   int looper(int n, int *a) { 
   	int i; 
   	int x = 0; 
       for (i = 0; i < n; i++) { 
           if (x < a[i] - 1) 
               x = 2 * a[i]; 
           else 
               x += 1; 
       } 
       return x; 
   }

   looper: 
       movl 	$0, %eax 
       movl 	$0, %edx 
       jmp 	.L2 
   .L4: 
       movslq 	%edx, %rcx 
       movl 	(%rsi,%rcx,4), %ecx 
       addl 	$1, %eax 
       cmpl 	%eax, %ecx 
       jle 	.L3 
       leal 	(%rcx,%rcx), %eax 
   .L3: 
       addl 	$1, %edx 
   .L2: 
       cmpl 	%edi, %edx 
       jl 	    .L4 
       ret

5. 对于如下代码

   long v2permute(long *array, long x, long y, long z) { 
       long t1 = 8253 * x; 
       long t2 = array[t1 + 2 * y]; 
       long t3 = array[t2 * 16 + z]; 
       long t4 = t1 + t2 + t3; 
       long t5 = array[0] * t1; 
       long ret = t3 & t5; 
       return ret; 
   }

   对应如下汇编指令, 请写出每条指令之后目标寄存器存储的变量/临时变量值.

   v2permute: 
       movq 	%rdx, %r8
       movq 	%rcx, %rdx 
       imulq 	$8253, %rsi, %rax 
       leaq 	(%rax,%r8,2), %rcx 
       movq 	(%rdi,%rcx,8), %rcx 
       salq 	$4, %rcx 
       addq 	%rdx, %rcx 
       imulq 	(%rdi), %rax 
       andq 	(%rdi,%rcx,8), %rax

   ① : y

   ② : z

   ③ : 8253 * x

   ④ : 8253 x + 2 y

   ⑤ : array[8253 x + 2 y]

   ⑥ : 16 array[8253 x + 2 * y]

   ⑦ : 16 array[8253 x + 2 * y] + z

   ⑧ : array[0] 8253 x

   ⑨ : array[16 array[8253 x + 2 y] + z] & (array[0] 8253 * x)

6. 请对照下面的 $C$ 语言代码与相应汇编 $(Linux X86-64)$, 给出 $M$、$N$ 的值.

   copy_element: 
       movslq  %edi, %rdi 
       movslq  %esi, %rsi 
       leaq    (%rsi,%rsi,2), %rax 
       leaq    (%rsi,%rax,4), %rax 
       addq    %rdi, %rax 
       movl    mat2(,%rax,4), %edx 
       leaq    0(,%rdi,8), %rax 
       subq    %rdi, %rax 
       addq    %rax, %rsi 
       movl    %edx, mat1(,%rsi,4) 
       ret

   #define M 13
   #define N 7
   int mat1[M][N]; 
   int mat2[N][M]; 
   int copy_element(int i, int j) 
   { 
   	mat1[i][j] = mat2[j][i]; 
   }