MIPS常见指令集精简介绍

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MIPS常见指令集精简介绍

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CSDN

https://blog.csdn.net/m0_73976756/article/details/136681996

MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种精简指令集计算机（RISC）架构，广泛应用于嵌入式系统和高性能计算领域。本文将详细介绍MIPS指令集的基础知识，包括寄存器、存储器的介绍，常见指令的使用方法，以及三种指令格式（R型、I型、J型）的详细解析。通过具体的实例代码，帮助读者理解MIPS指令集的工作原理和应用场景。

一、MIPS寄存器、存储器介绍

在 MIPS 指令集中，没有像 x86 架构中的 64 位(例如%rax)和 32 位(例如%eax)寄存器之分。MIPS 指令集的寄存器都是 32 位的，每个寄存器可以存储一个 32 位的值，且在MIPS指令架构中，一条指令长度为4字节。

二、常见MIPS指令

add $t0, $t1, $t2
解释:将寄存器 $t1 和 $t2 中的值相加，结果存储在寄存器 $t0 中。
sub $t0, $t1, $t2
解释:将寄存器 $t1 中的值减去 $t2 中的值，结果存储在寄存器 $t0 中。
lw $t0, 4($t1)
解释：从内存地址 $t1 + 4 处加载一个字（32位数据），并将其存储在寄存器 $t0 中。
li $t0, 42
解释:将常数42加载到寄存器$t0中
sw $t0, 8($t1)
解释：将寄存器 $t0 中的值存储到内存地址 $t1 + 8 处。
beq $t0, $t1, label
解释:如果寄存器 $t0 和 $t1 中的值相等，则跳转到 label 处执行。
bne $s0, $s1, label
解释:如果 $s0 和 $s1 不相等，则跳转到标签 label 处执行。
j label
解释:无条件跳转到标签 label 处执行。
jr $ra
解释:无条件跳转到寄存器$ra中保存的地址处。
sll $t0, $s0, 2
解释:将寄存器 $s0 中的值左移两位，并将结果存储到寄存器 $t0 中。
srl $t0, $s0, 3
解释:将寄存器 $s0 中的值右移三位，并将结果存储到寄存器 $t0 中。
andi $t0, $s0, 0xFF
解释:将寄存器 $s0 中的值与立即数 0xFF 进行逻辑与操作，并将结果存储到寄存器 $t0 中。
ori $t0, $s0, 0xFF
解释:将寄存器 $s0 中的值与立即数 0xFF 进行逻辑或操作，并将结果存储到寄存器 $t0 中。
slt $t0, $t1, $t2
解释:如果寄存器 $t1 中的值小于 $t2 中的值，则将寄存器 $t0 设置为1；否则设置为0。（sltu用来表示无符号数unsigned）
mul $t0, $t1, $t2
解释:将寄存器 $t1 和 $t2 中的值相乘，结果的低32位存储在寄存器 $t0 中。

三、MIPS3种指令格式

Regesiter型(又称为R-格式，3寄存器)
实例：add $s0, $s1, $s2
查上面的表(寄存器对应的编号)可知对应寄存器的字段值(此时为10进制)。add不涉及移位，故shamt为0.
在 MIPS 指令集中，R-格式的指令的操作码op字段都是固定的，值为0
有关R-格式的函数操作码(funct)对照表如下:
add对应的funct为32，因此有：
转换成二进制如下:

再转换成16进制即可得到相应的机器指令：0x02328020
Immediate型(又称为I-格式，2寄存器+16位立即数)
实例:addi $s0, $s1, -4
有关I-格式的op参照表如下
查表可知op为001000，即可写:

转换成二进制表示为:

转换成16进制即可得到机器指令为：0x2232FFFC
Jump型(又称J格式，26位立即数)
j loop
J-格式的op固定为000010,后面26位是标签loop所在的地址
特例:jr $s1 解释:跳转到寄存器$s1所存储的地址位置，这就属于R格式了，op为0。
jal target 解释:跳转到目标地址target处，同时将当前指令的地址(PC+4)保存到$ra寄存器中,也就是说，在目标地址执行完后，程序可以通过跳转回$ra 中保存的地址来继续执行原来的代码,例如:
jal foo
将控制转移到 foo 标签所在的地址，并将下一条指令的地址保存到 $ra 寄存器中（$ra寄存器的一般用途就是用来存储函数返回地址，可参考上面的表格）。在 foo 函数执行完毕后，使用 jr $ra 指令将控制返回到函数调用点的下一条指令.
jal的op是000011,后面26位是target表示的目标地址。

四、实例解析

示例一:一个求数组所有元素和的简单函数

.data # 数据段
array: .word 1, 2, 3 # 定义一个包含三个元素的数组
sum: .word 0 # 定义一个用于存储和的变量

.text # 代码段
main:
li $t0, 0 # 初始化求和为0
lw $t1, 0(array) # 读取数组第一个元素
lw $t2, 4(array) # 读取数组第二个元素
lw $t3, 8(array) # 读取数组第三个元素
add $t0, $t0, $t1 # 累加第一个元素
add $t0, $t0, $t2 # 累加第二个元素
add $t0, $t0, $t3 # 累加第三个元素
sw $t0, 0(sum) # 将和存储到sum变量
jr $ra # 返回调用者