CPU单指令处理器设计

知识

MIPS汇编语言

数量单位

MIPS架构标准寄存器

1.32个32bit的通用寄存器

寄存器编号	寄存器名	寄存器用途
0	zero	永远返回0
1	$at	汇编保留寄存器（不可用作其他用途）
2-3	v0-v1	(value的简写)存储表达式或者函数的返回值
4-7	a0-a3	(Argument简写)存储子程序的前4个参数，在子程序调用过程中释放
8-15	t0-t7	(temp简写)临时变量，同上调用时不保存
16-23	s0-s7	(Save or Static简)静态变量？调用时保存
24-25	t8-t9	(Temp简写)算是前面0-7的继续，属性同t0-t7
26-27	k0-k1	(break off简写)中断函数返回值，不可做其他用途
28	gp	(GlobalPointer简写)指向静态数据块的中间地址
29	$sp	(Stack Pointer简写)栈指针，指向栈顶
30	s8/fp	(Save / Frame Pointer)帧指针
31	$ra	返回地址，目测不可用作其他用途

2.PC 无法直接修改，通过跳转指令可以改动

3.HI 和 LO ：这两个寄存器特别用来保存乘法、除法、乘法累加的结果。

内存

除了寄存器以外，内存地址也可能作为MIPS指令的操作数，内存中每个字节有一个编号，因此连续的两个word的地址编号相差4。

MIPS架构中的地址为32位，也就是说地址编号从0 到 4,294,967,295，每个数字代表内存中的一个byte。

整数

32bits表示整数范围：0 到 +4,294,967,295（无符号数），或–2,147,483,648 到 +2,147,483,647（有符号数）。

位扩展

两种可能造成位扩展的指令

• addi: extend immediate value

• lb, lh: extend loaded byte/halfword

对于无符号数直接高位补0，对于有符号数高位补符号位。

指令结构

MIPS寻址方式：

（1）寄存器寻址：

（2）立即数寻址：

（3）基址偏移量寻址

通用寄存器作为基址，操作数在存储器中

（4）PC相对寻址

（5）无条件跳转寻址

寻址总结：

7条MIPS指令（关于上面的寻址）

算术运算类：ADD and SUB（R型指令的代表）

add rd, rs, rt （加法）

M[PC]，PC ← PC + 4

从PC所指的内存单元中取指令。 ​ PC加4，使PC指向下一条指令。

R[rd] ← R[rs] + R[rt]

从rs、rt 所指的寄存器中取数后相加。 ​ 若结果不溢出，则将结果送rd所指的寄存器中；若结果溢出，则不送结果，转到“溢出处理程序”执行。

sub rd, rs, rt （减法）

M[PC]，PC ← PC + 4

从PC所指的内存单元中取指令。 ​ PC加4，使PC指向下一条指令。

R[rd] ← R[rs] - R[rt]