MIPS寄存器
MIPS指令表
| 指令 | 示例 | 含义 | 注释 |
|---|---|---|---|
| 加法 | add \\(s1,\\\)s2,\\(s3 | \\\)s1=\\(s2+\\\)s3 | ||
| 减法 | sub \\(s1,\\\)s2,\\(s3 | \\\)s1=\\(s2-\\\)s3 | ||
| 立即数加法 | addi \\(s1,\\\)s2,20 | \$s1=\\(2+20 | | | 取字 | lw \\\)s1,20(\\(s2) | \\\)s1=memory[\$s2+20] | | | 存字 | sw \\(s1,20(\\\)s2) | memory[\$s2+20]=\\(s1 | | | 取半字 | lh \\\)s1,20(\\(s2) | memory[\\\)s2+20]=\\(s1 | 从地址20(\\\)s2)开始取半字（16biwordts）（h==halfword） | |
| 取无符号半字 | lhu \\(s1,20(\\\)s2) | ||
| 存半字 | sh \\(s1,20(\$s2) | | | | 取字节 | lb \\\)s1,20(\\(s2) | | | | 取无符号字节 | lbu \\\)s1,20(\\(s2) | | | | 存字节 | sb \\\)s1,20(\\(s2) | | | | 取链接字 | ll \\\)s1,20($s2) | 是原子交换的前半部分 | |
| 存条件字 | sc \\(s1,20(\\\)s2) | 是原子交换的后半部分 | |
| 取立即数的最高位 | lui \\(s1,20 | \\\)s1=20*2^{16} | 取立即数并放到高16位 | |
| 与 | and \\(s1,\\\)s2,\\(s3 | \\\)s1=\\(s2 & \\\)s3 | ||
| 或 | or \\(s1,\\\)s2,\\(s3 | \\\)s1=\\(s2 bitor \\\)s3 | ||
| 或非 | or \\(s1,\\\)s2,\\(s3 | \\\)s1=~(\\(s2 bitor \\\)s3) | ||
| 立即数与 | andi \\(s1,\\\)s2,20 | \\(s1=\\\)s2 & 20 | |
| 立即数或 | ori \\(s1,\\\)s2,20 | \\(s1=\\\)s2 bitor 20 | |
| 逻辑左移 | sll \\(s1,\\\)s2,10 | \\(s1=\\\)s2*4（左移两位） | |
| 逻辑右移 | srl \\(s1,\\\)s2,20 | ||
| 相等时跳转 | beq \\(s1,\\\)s2,25 | if(\\(s1==\\\)s2) goto PC+4+100 | |
| 不相等时跳转 | bne \\(s1,\\\)s2,25 | if(\$s1!=\\(2) goto PC+4+100 | | | 小于时置位 | slt \\\)s1,\\(s2,\\\)s3 | if(\\(s2<\\\)s3) \\(s1=1 else \\\)s1=0 |
| 无符号数比较小于时置位 | sltu \\(s1,\\\)s2,\\(s3 | if(\\\)s2<\\(s3) \\\)s1=1 else \\(s1=0 | 比较是否小于无符号数 | | 无符号数比较小于立即数时置位 | slti \\\)s1,\\(s2,20 | if(\\\)s2<20) \\(s1=1 else \\\)s1=0 | 比较是否小于常数 | |
| 无符号数比较小于无符号数时置位 | sltiu \\(s1,\\\)s2,20 | if(\\(s2<20) \\\)s1=1 else \\(s1=0 | 比较是否小于无符号常数 | | 跳转 | j 2500 | goto 10000 | 跳转到目标地址 | | 跳转到寄存器所指位置 | jr \\\)ra | goto \$ |
| 跳转并链接 | jal 2500 | \$ra=PC+4; goto 10000 | 用于过程调用 |
MIPS32指令集文档：https://s3-eu-west-1.amazonaws.com/downloads-mips/documents/MD00086-2B-MIPS32BIS-AFP-6.06.pdf
三种指令格式
- R-型
| op | rs | rt | rd | shamt | funct |
|---|---|---|---|---|---|
| 6bits | 5bits | 5bits | 5bits | 5bits | 6bits |
其中：
- op：操作码
- rs：第一个源寄存器编号
- rt：第二个源寄存器编号
- rd：destination目的寄存器编号
- shamt：移位位数（00000表示不移位），仅在位移指令中使用
- funct：功能码，用于选择op操作中的具体函数，如运算操作中的加法函数
R-型指令包括：add,sub,and,or,nor,slt,sltu,sll,srl,jr
I-型指令
| op | rs | rt | constant or address |
|---|---|---|---|
| 6bits | 5bits | 5bits | 16bits |
其中：
- op：操作码
- rs：第一个源操作数寄存器号，参与运算使用
- rt：第二个源操作数寄存器号，参与运算使用
- 16位立即数
I-型指令包括：addi,lw,sw,lh,sh,lb,sb,ll,sc,lui,andi,ori,beq,bne,slti,sltiu
J-型指令
| op | address |
|---|---|
| 6bits | 26bits |
- 目标地址计算方法：dst=PC+4+address<<2（下一条指令的地址时当前PC加上4后，取最高的四位，再加上J型指令编码中的26位左移2位（×4）的结果）
J-型指令有：j, jr, jal
MIPS中的同步
背景：处理器共享存储器同一区域，P1写，P2读。P1写的结果是P2要读的值，如果P1和P2不同步，将会发生数据竞争
解决方法：依赖硬件提供同步指令，即原子读/写内存操作
MIPS中靠ll和sc这两个指令实现同步
LL 指令的功能是从内存中读取一个字，以实现接下来的 RMW（Read-Modify-Write） 操作；SC 指令的功能是向内存中写入一个字，以完成前面的 RMW 操作。LL/SC 指令的独特之处在于，它们不是一个简单的内存读取/写入的函数，当使用 LL 指令从内存中读取一个字之后，比如 LL d, off(b)，处理器会记住 LL 指令的这次操作（会在 CPU 的寄存器中设置一个不可见的 bit 位），同时 LL 指令读取的地址 off(b) 也会保存在处理器的寄存器中。接下来的 SC 指令，比如 SC t, off(b)，会检查上次 LL 指令执行后的 RMW 操作是否是原子操作（即不存在其它对这个地址的操作），如果是原子操作，则 t 的值将会被更新至内存中，同时 t 的值也会变为1，表示操作成功；反之，如果 RMW 的操作不是原子操作（即存在其它对这个地址的访问冲突），则 t 的值不会被更新至内存中，且 t 的值也会变为0，表示操作失败。