3 指令系统

3.1 指令系统介绍

基本概念

机器指令：计算机能识别、执行的某种操作命令
指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合
指令格式：用二进制代码表示指令的结构形式

指令分类

按操作数分类：三地址、二地址、一地址、零地址
按指令字长度分类：等长指令、变长指令
按操作数的物理位置分类
CISC: IBM, VAX
- 指令数目多，指令功能复杂
RISC: MIPS, RAM

3.2 MIPS指令系统简介

MIPS全称：Microprocessor without Interlocked Piped Stages
特点：

指令条数少，指令简单，不到100个
寻址方式简单，有大量寄存器
- 立即数寻址
- 寄存器寻址
- 基地址加16位偏移量*4的访存寻址
指令长度固定，都是32位
指令格式简单只有三种：立即数型（I）、转移性(J)、寄存器型®
只有load和store指令可以访问存储器
需要优秀的编译器支持

寄存器：

HI，LO：储存乘法结果
PC：当前执行程序的地址
32个32位宽的通用寄存器
大端存储：高对低，低对高
小端存储：高对高，低对低

由上题，大端存储，高对低，地址0存着00，地址1存着90

3.2.1 立即数指令（I型）

16位立即数，表示范围-2¹⁵~2¹⁵-1
立即数范围不够怎么办？

lui $t0 xxxx
ori $t0, $t0,yyyy

LUI 把一个16位的立即数填入到寄存器的高16位,低16位补零
则 $t0寄存器高16位是xxxx，低16位是yyyy 注意$ t0不等于$0

3.2.2 R型指令

指令前6位是000000，即op=000000，由funct区别
and是R型指令，andi是I型指令

3.2.3 条件语句

在这里插入图片描述
PC gets updated (PC+4) during the fetch cycle so that it holds the address of the next instruction !!!
最远只能跳到2¹⁵*4=2¹⁷的地址

slt $t0, $s0, $s1 # if $s0<$s1, $t0=1
slti $t0, $s2, 15 # $t0=1, if $s2<15
sltiu $t0, $s0, 25 # $t0=1, if $s0<25

MIPS还有很多 pseudo指令，比如ble，bgt，bge，但是实际上只使用bne和beq，所以编译器需要用到$at寄存器。

3.2.4 J型语句

在这里插入图片描述
注意上图，立即数*4放入PC的后28位。
那个年代，操作系统还很落后，不是按页寻址，假设代码段最大范围是2²⁸=256MB，虚拟地址的后28位和物理地址相同，前四位可能不一样，这样的话jump语句记录的是绝对地址。
实际中，上图计算得到的地址也还是虚拟地址，操作系统负责将虚拟地址映射到实际地址。
函数调用：jal：jump and link
注意要将s寄存器存到栈中。

计算机组成与体系结构笔记（2）

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