[筆記] 計算機組織：MIPS 指令集 (一)

MIPS 的主要特色

• 固定指令長度為 32-bit，簡化取用指令的操作
• 詢址模式較為簡單
• 指令功能簡單、單純 (一條指令一個動作，能實現部分平行執行)
• 指令數量少

MIPS  通用暫存器

MIPS 的通用暫存器有以下 32 個：

暫存器名稱	暫存器號碼	用途
$zero	0	固定為常數 0，不可改變
$at	1	保留供組譯器使用
$v0 ~ $v1	2 – 3	傳回值 (values) 暫存器
$a0 – $a3	4 – 7	參數 (arguments) 暫存器
$t0 – $t7	8 – 15	暫時性 (temp) 暫存器
$s0 – $s7	16 – 23	儲存用 (saved) 暫存器
$t8 – $t9	24 – 25	暫時性 (temp) 暫存器
$k0 – $k1	26 – 27	作業系統核心使用 (kernel)
$gp	28	全域指標 (Global Pointer)
$sp	29	堆疊指標 (Stack Pointer)
$fp	30	框指標 (Frame Pointer)
$ra	31	返回位置 (Return Address)

$at (編號 1)

保留供組譯器使用，當 I 類指令載入超過 16 位的常數時，組譯器會需要將運用 $at 作為暫存區以大常數拆開，重新組合入暫存器中。

MIPS 指令的類型與格式

MIPS 指令有三大類：R、I、J，三種指令的最高六位都是 Opcode。

R 型指令 (Register)

Opcode (31-26)	rs (25-21)	rt (20-16)	rd (15-11)	shamt (10-6)	funct (5-0)
指令類型 (R 型指令均為 0)	Source Register 第一個來源暫存器	Target Register 第二個來源暫存器	目的地暫存器	位移之位數	精確定義 指令類型

rs、rt、rd 都是 5-bit，正好可以表示上面的 32 個通用暫存器。

R 型指令的 Opcode 乃是為了對齊其他種指令而生。

I 型指令 (Immediate)

若要使用到立即數 (直接使用一般數字)，就會需要使用 I 型指令。

Opcode (31-26)	rs (25-21)	rt (20-16)	immediate (15-0)
指令類型	Source Register 來源暫存器	Target Register 目的地暫存器	立即數 (最大可到 2^16)

J 型指令 (Jump)

主要用於非條件式分支指令 (改變程式執行流向時)。

Opcode (31-26)	address (25-0)
指令類型	目的地位置