# MIPS Addressing
## MIPS Addressing Mode
MIPS addressing 指的是MIPS用來指定address 的方法。

* Immediate Addressing Mode
* operand 直接包含在指令中
* 例如 `addi $t0, $t1`, 5，其中 5 是一個Immediate
* Register Addressing Mode
* operand 存儲在 register 中，指令使用 register 的名稱
* 例如 `add $t0, $t1, $t2`。
* Base or Displacement Addressing Mode
* 透過一個 Base 加上一個 offset 的方式來定位記憶體位置
* 例如 `lw $t0, 100($t1)`，其中 $t1 是基址，100 是 offset 。
* PC-relative Addressing Mode
* Address 是相對於program counter（PC）的相對位置，用於支持 branch 指令
* 例如 `beq $t0, $t1, Label`，其中 Label 是相對於當前指令的標籤。
* Pseudodirect Addressing Mode
* 用於跳躍指令（j 和 jal），其中目標 address 由指令本身的高位和程序計數器（PC）的高位拼接而成。
* 例如：`j Label`（跳轉到Label）。

## Branch Addressing

* 在 MIPS 指令集中，使用 I-format 進行 branch ，`opcode` 指定是 `beq`或者是 `bne`。
* `rs` 和 `rt` 分別指定要比較的兩個 register。
* `immediate` 是16位立即數，它指定了 branch 目標的 relative address 。
* 由於 `immediate` 只有16位，而 PC 是32位，因此無法完整指定整個 address，所以使用PC-relative Addressing。
* 將 `immediate` 視為有符號的二進制整數，並在 branch 被採取時加到 PC。
* 在 MIPS 中，一條指令是 4 bytes = 32 bits ，即每個指令的 address 都是4的倍數。
* 如果 branch 被採取，則 PC = (PC + 4) + (`immediate` * 4)；如果 branch 未被採取，則 PC = PC + 4。

Loop: beq $9, $0, End
      add $8, $8, $10
      addi $9, $9, -1
      j Loop
End:

* opcode = 4
* rs = 9
* rt = 0
* immediate = 3

二進制表示為：000100 01001 00000 0000000000000011，
* 其中前六位是 opcode，
* 接著的五位是 rs
* 接著的五位是 rt
* 最後的16位是 immediate。

# Translation and Startup
以下是C code 的創建和執行過程中涉及的步驟


## Pseudoinstructions
在assembly language 中，有時會使用Pseudoinstructions（偽指令）

Pseudoinstructions 用於提高程式碼的可讀性和簡化編寫，但實際上它們會被轉換成對應的機器碼指令。

以下是一些 MIPS assembly language 中常見的Pseudoinstructions例子：

* `move $t0, $t1`： 它的作用是將register $t1 的值複製到 $t0。
* 在實際的機器碼中，這通常被轉換成 `add $t0, $zero, $t1`
* `blt $t0, $t1, L`： 它的作用是當 $t0 < $t1 時跳轉到標記 L。
* 在實際的機器碼中，這通常被轉換成 `slt $at, $t0, $t1` 和 `bne $at, $zero, L`。
* `$at` 是一個temporary register。

## Producing an Object Module
以下是生成目標模塊（Object Module）的過程
* Header：
* 包含有關 Module 內容的描述性信息。
* Text Segment：
* 包含被轉譯為機器指令的程序代碼。
* Static Data Segment：
* 包含程序運行期間分配的靜態數據。
* Relocation Info：
* 包含相對於加載程序的 absolute location(絕對位置) 而言需要進行重定位的內容信息。
* Symbol Table：
* 包含程序中使用的全局符號的定義和外部引用。
* Debug Info：
* 包含用於將 Object Module 與 source code關聯起來的信息。

## Linking Object Modules
以下是連接目標模塊的過程
* Merges segments：
* 連接過程將不同目標模塊中的段（例如Text Segment、Static Data Segment等）合併為單個可執行映像。
* Resolve labels：
* 連接器需要確定程序中的標籤（labels）的具體地址。
* Patch location-dependent and external refs：
* 在連接過程中，需要對那些依賴於特定位置的內容以及外部引用進行修補。

在傳統的系統中，一些程序部分可能包含對特定位置的依賴，這些依賴需要在載入時進行修復。這種修復的工作通常由可重定位載入器負責，它能夠動態地調整程序的地址，使其適應實際的 memory 配置。

但在在擁有virtutal memory的現代計算環境中，程序不再需要對實際的physical memory地址進行嚴格的依賴。

virtutal memory允許 OS 將程序的各個部分映射到虛擬地址空間中，而不受實際physical memory的約束。提供了更大的靈活性和可移植性，因為程序可以在不同的計算環境中運行而無需進行大規模修改。