MIPS体系结构--指令集

mips体系结构下的汇编指令

指令集是存储在CPU内部，对CPU运算进行指导和优化的硬程序。拥有这些指令集，CPU就可以更高效地运行。

Mips汇编语言的风格

汇编语言指令格式

[标签:] 操作符 [操作数] [#注释]

标签: (可选)
标记内存地址, 必须跟冒号
通常在数据和代码段出现
操作符
定义操作 (比如 add, sub, 等)
操作数
指明操作需要的数据
操作数可以是寄存器，内存变量或常数
大多数指令有3个操作数

1
2
3

# this is a comment
entrypoint:         # that’s a label
add $1 , $2, $3  # (registers) $1 = $2 + $3

xxx：—— 定义代码的人口点和命名数据段的存储段

程序结构

汇编语言的程序结构，为数据声明+代码段+数据段（文件后缀为.s，或者.asm也行），数据声明在代码段之后（其实在其之前也没啥问题，也更符合高级程序设计的习惯）

数据声明

数据段以 .data为开始标志
声明变量后，即在主存(RAM)中分配空间。

Example:
var1:		
    .word	3	 # 声明一个 word 类型的变量 var1, 同时给其赋值为 3
array1:		
    .byte 	'a','b'	 # 声明一个存储2个字符的数组 array1，并赋值 'a', 'b'
array2:		
    .space	40	# 为变量 array2 分配 40字节（bytes)未使用的连续空间，当然，对于这个变量

代码段：

代码段以 .text为开始标志
其实就是各项指令操作
程序入口为main：标志（这个都一样啦）
程序结束标志（详见下文）

其他：

.data //数据段
.text //代码段
.globl //全局符号声明
.align 0 //关闭所有的自动对齐
.asciiz //字符串（带终止符）

寄存器

32个通用寄存器：
MIPS的寄存器约定，一种32个寄存器

0 zero：总返回0
1 at：（汇编暂存寄存器）为汇编保留
2-3 v0、v1：存放子函数调用返回结果，还可用于表达式求值
4-7 a0 - a3：存放向子函数传递的参数
8-15 t0- t7：存放临时运算结果，在发生函数调用时不必保存它们的内容
24,25 t8-t9:
16-23 s0 - s7：存放局部变量，在发生函数调用时一般要保存它们的内容
26,27 k0, k1：为中断/陷入处理保留，你也可以改变
28 gp：全局指针
29 sp：栈(stack)指针
30 s8/fp：帧(frame)指针
31 ra：返回地址（用于过程调用

数据类型

MIPS CPU的一次操作可加载或存储1到8个字节的数据。
MIPS名称
大小（字节）

汇编器助记符


dword	8	“d”代表ld
word	4	“w”代表lw
halfword	2	“h”代表lh
byte	1	“b”代表lb	`

操作指令

加载和存储（load、store）

Load

在一个内存地址加载word/halfword/byte的数据到一个寄存器


lw r, a	R<-a
lh r, a	有符号
lb r, a	有符号
lhu	无符号
lbu	无符号
li r,c	加载立即数

Store

将寄存器中的数据存储到内存地址


Sw r, a	R->a
Sh r, a	Store low halfword
Sb r, a	Store low byte

Move：

寄存器之间数据的直接交换


move r , s	R<-s

逻辑运算


and r, s, t	R <-s . t
or r, s, t	R <-s + t
not r, s	R <-s取反
xor r, s, t	R <-s异或t
nor r, s, t	R <-(s+t)再取反

算数运算


add r, s, t	R->s + t
sub r, s, t	R->s – t
mul r, s, t	R->s*t
div r, s, t	R->s/t

hi和lo乘法器相关的寄存器规模结果接口，不能用于乘和除之外的操作。对于以上二者，不存在直接寻址；必须要通过mfhi(“move from hi”)以及mflo(“move from lo”)两条指令分别来进行访问对应的内容。
乘法——将两个整数的相乘结果分成两部分存储的指定的寄存器里。
除法——lo寄存器存储结果（商），hi寄存器存储余数。
移位操作


sll r, s, c	r ← shift s left c bits
srl r, s, c	r ← shift s right c bits

分支操作

通过条件判断，使程序跳转到tag


b tag	跳转->tag
beq r, s, tag	R=s ->tag
bne r, s, tag	R != s->tag
bgt r, s, tag	R > s->tag
bge r, s, tag	R >=s->tag
blt r, s, tag	R < s->tag
ble r, s, tag	R<=s->tag

比较指令


slt r, s, t	S < t
sle r, s, t	S <= t
sgt r, s, t	S >t
sge r, s, t	S >= t
seq r, s, t	S = t
sne r, s, t	S != t

FALSE r <- 0
TRUE r <- 1

寻址方式

直接寻址：
MIPS只有一种寻址方式。任何加载或存储机器指令可以写成

lw $1, offset($2)

你可以使用任何寄存器来作为目标和源寄存器。offset偏移量是一个有符号的16位
的数字(因此可以是在-32768与32767之间的任何一值)。用来加载的程序地址是源寄
存器与偏移量的和所构成的地址。
($t0) —— 默认从0地址偏移$t0字节
访问连续的内存空间：
根据程序的实际需要可能进行字符串等数据的访问。

.ascii s ASCII encoded characters of string s
.asciiz s l ike .ascii, null-terminated
.word w1, w2,… 32-bit words w1, w2, . . .
.half h 1, h 2, . . . 16-bit halfwords h 1, h 2, . . .
.byte b1, b2, . . . 8-bit bytes b1, b2, . . .
.float f1, f2, . . . 32-bit single precision floating point numbers f1, f2, . . .
.double d1, d2, . . . 64-bit double precision floating point numbers d1, d2, . . .
.space n n zero bytes
例如：
1 2
.data str: .asciiz "hello word"

系统调用：syscall

MIPS 提供一条特殊的 syscall 指令,从操作系统获取服务
使用 syscall 系统服务
从 $v0寄存器中读取服务数
从 $a0, $a1, 等寄存器中读取参数值（如果有）
发送 syscall 指令
从结果寄存器中取回返回值（如果有）
$v0 中包含调用号（共12个）：


Service	$v0	Arguments / Result
Print Integer	1	$a0 = integer value to print
Print Float	2	$f12 = float value to print
Print Double	3	$f12 = double vlaue to print
print String	4	$a0 = address of null-terminated string
Read Integer	5	$v0 = integer read
Read Float	6	$f0 = float read
Read Double	7	$f0 = double read
Read String	8	$a0 = address of input buffer$a1 = maximum number of characters to read
Exit Program	10
Print Char	11	$a0 = character to print
Read Char	12	$a0 = character read

程序调用


jal a	（jump and link）将程序跳转到地址a并将下一条指令的地址存储在$ra寄存器中
j $ra	返回到程序跳转时的位置，无条件跳转