# Assembly Language Programming Ebook pdf

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1 Data Representation 1
1.1 Representing Integers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1 Unsigned Binary Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1.1 Conversion of Binary to Decimal . . . . . . . . . . . 2
1.1.1.2 Conversion of Decimal to Binary . . . . . . . . . . . 4
1.1.1.3 Addition of Unsigned Binary Numbers . . . . . . . . 4
1.1.2 Signed Binary Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.2.1 Addition and Subtraction of Signed Binary Numbers 8
1.1.2.2 Shifting Signed Binary Numbers . . . . . . . . . . . 9
1.1.2.3 Hexadecimal Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2 Representing Characters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3 Representing Programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.4 Memory Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4.1 Units of Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.1.1 Historical Perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.2 Addresses and Pointers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 MIPS Tutorial 17
2.1 What is Assembly Language? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 Getting Started: add.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.1 Commenting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.2 Finding the Right Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.3 Completing the Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.3.1 Labels and main . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.3.2 Syscalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3 Using SPIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4 Using syscall: add2.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4.1 Reading and Printing Integers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.5 Strings: the hello Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.6 Conditional Execution: the larger Program . . . . . . . . . . . . . . 28
2.7 Looping: the multiples Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.8 Loads: the palindrome.asm Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.9 The atoi Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.9.1 atoi-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.9.2 atoi-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.9.3 atoi-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.9.4 atoi-4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.10 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.10.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.10.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.10.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.1 Function Environments and Linkage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.1.1 Computing Fibonacci Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.1.1.1 Using Saved Registers: fib-s.asm . . . . . . . . . . 45
3.1.1.2 Using Temporary Registers: fib-t.asm . . . . . . . 47
3.1.1.3 Optimization: fib-o.asm . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2 Structures and sbrk: the treesort Program . . . . . . . . . . . . . . 50
3.2.1 Representing Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.2.2 The sbrk syscall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.3 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4 The MIPS R2000 Instruction Set 55
4.1 A Brief History of RISC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2 MIPS Instruction Set Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.3 The MIPS Register Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.4 The MIPS Instruction Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.4.1 Arithmetic Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.4.2 Comparison Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4.3 Branch and Jump Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4.3.1 Branch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4.3.2 Jump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4.4 Load, Store, and Data Movement . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4.4.1 Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4.4.2 Store . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.4.4.3 Data Movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.4.5 Exception Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.5 The SPIM Assembler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.5.1 Segment and Linker Directives . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.5.2 Data Directives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.6 The SPIM Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.6.1 SPIM syscalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.7 The Native MIPS Instruction Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.8 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.8.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5 MIPS Assembly Code Examples 69
5.1 add2.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.2 hello.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.3 multiples.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.4 palindrome.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.5 atoi-1.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.6 atoi-4.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.7 printf.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.8 fib-o.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.9 treesort.asm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

#### Attachment Lists

• Assembly Language Programming.pdf (Size: 723.34KB)
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