MIPS指令系统简易入门

MIPS 指令系统

MIPS指令中数据的表示

• 提供 32 个通用寄存器
• 大端存储
• 只能通过 Load / Store 指令访问存储器数据

MIPS 指令格式和寻址方式

指令格式

• 所有指令都是 32 位宽，需按字地址对齐，字地址为 4 的倍数
• R- Type（RR 型指令）
  • 寻址方式：寄存器寻址
  • 若是双目运算类指令，则 rs 和 rt 的内容分别作为第一和第二源操作数，结果送 rd；
  • 若是移位指令，则对 rt 的内容进行移位，结果送 rd ，所移位数由 shamt 字段给出
  • 指令格式如下：

OP	rs	rt	rd	shamt	func
操作码：000000（6 个 0）（31-26：6位）	第一源操作数（25-21：5位）	第二源操作数（20-16：5位）	存储结果（15-11：5位）	移位指令位移量（10-6：5位）	操作类型（如 sub add等）（5-0：6位）

• I-Type（立即数型指令）
  • 寻址方式：寄存器寻址、立即数寻址、相对寻址、基址寻址、变址寻址
  • 若是双目运算类指令，则将 rs 的内容和立即数分别作为第一和第二源操作数，结果送 rt
  • 若是 Load/Store 指令，则将 rs 的内容和立即数符号扩展后的内容相加作为内存单元地址，Load 指令将内存单元内容送 rt， Store 指令将 rt 内容送内存
  • 若是条件转移（分支）指令，则对 rs 和 rt 内容进行指定运算，根据运算结果决定是否转到转移目标地址处执行。（转移目标地址通过相对寻址方式得到，即将 PC 的内容和立即数符号扩展后的内容相加得到）
  • 指令格式如下

OP	rs	rt	立即数
操作码（31-26：6位）	第一源操作数（25-21：5 位）	存储结果（20-16：5 位）	第二源操作数（15-0：16位）

• J-Type（无条件跳转指令）
  • 寻址方式：变通的直接寻址
  • 将当前 PC 的高 4 位拼上 26 位直接地址，最后添上两个 0 ，即得到 32 位的跳转目标地址
  • 指令格式如下

OP	直接地址
操作码：000010 或 000011（31-26：6 位）	（25-0：26 位）

• 注： MIPS 中寻址方式由指令格式来确定，而指令格式由 op 来确定（6 位全 0 为 R 型；6 位 低三位为 010 或 011 为 J 型；剩余为 I 型）

MIPS 汇编语言

类别	指令名称	汇编举例	含义
算数运算	add	add s1, s2, s3	s1 = s2 + s3
	subtract	subtract s1, s2, s3	s1 = s2 - s3
存储访问	load word	lw s1, 100( 2 )	s1 = Memory[s2 + 100]
	store word	sw s1, 100( 2 )	Memory[s2 + 100] = s1
逻辑运算	and	and s1, s2, s3	s1 = s2 & s3
	or	or s1, s2, s3	s1 = s2 \(|\) s3
	nor	nor s1, s2, s3	s1 = ~(s2 \(|\) s3)
	and immediate	andi s1, s2, 100	s1 = s2 & 100
	or immediate	ori s1, s2, 100	s1 = s2 \(|\) 100
	shift left logical	sll s1, s2, 10	s1 = s2 << 10
	shift right logical	srl s1, s2, 10	s1 = s2 >> 10
条件分支	branch on equal	beq s1, s2, L	if(s1 == s2) goto L
	branch on not equal	bne s1, s2, L	if(s1 != s2) goto L
	set on less than	slt s1, s2, s3	if(s2 < s3) s1 = 1; else s1 = 0
	set on less than immediate	slti s1, s2, 100	if(s2 < 100) s1 = 1; else s1 = 0
无条件跳转	jump	j L	goto L
	jump register	j ra	goto ra
	jump and link	jal L	ra = PC + 4; goto L（为什么加 4 因为每条指令 32 位【4 个字节】）