“21天好习惯”第一期-14_i型指令格式

计组笔记

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3.5.1        MIPS32指令架构

目录

3. 指令集功能分析

 （1）R型指令 

（2）I型指令

（3）J型指令

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3. 指令集功能分析

 （1）R型指令 

①R型运算指令，使用到了3个寄存器，包括6种计算：add(加)、sub(减)、and(与)、or(或）、xor(异或)，它们的汇编形式统一表示为：

        add/sub/and/or/xor   rd，rs，rt

        各指令的操作也可以形式地统一为：

        $rs  op  $rt ——> $rd

        其操作含义是将前两个寄存器中的数据做op运算，结果写回到第三个寄存器，这里的op是指由操作码OP和功能辅助说明字段func联合确定的运算操作。

②R型移位指令，使用到两个寄存器，包括3种移位：sll(逻辑左移)、srl(逻辑右移)、sra(算术右移)。它们的汇编形式也可以统一表示为：

        sll/srl/sra    ra，rs，shamt

        各指令的操作也可以形式化地统一表示为：

        $rs  shift  shamt  ——> $rd

        其含义是将第一个寄存器中的数据进行移位shift，移位类型由操作码OP与func字段联合确定，移动的位数则由指令中的shamt字段给定。

 ③R型跳转指令，只使用到1个寄存器，也只有一种跳转：jr，他的汇编形式是：

        jr   rs

        这种寄存器型的跳转指令执行的操作是：

        $rs  ——>  PC

        是指把寄存器中存储的地址码直接写入程序指针计数器PC，再根据PC值去读取指令从而实现跳转，是基于寄存器直接寻址方式的无条件跳转。

（2）I型指令

①I 型运算类指令，使用到2个寄存器和1个立即数，包括4种运算操作：addi(立即数加)、andi(立即数与)、ori(立即数或)和xori(立即数异或)，对应的汇编形式统一表示为：

        addi/andi/ori/xori    rt，rs，imm

        各指令执行的操作统一表示为：

        $rs   op  E(imm)——> $rt

        就是把寄存器中保存的数据字与指令中截取到的立即数进行运算，结果写回到第二个寄存器。

        注意：addi执行的是算术加法，所以16位的立即数imm扩展成32位，即执行E(imm)时，采用符号扩展(sign extension)；其余3种逻辑运算中执行E(imm)时，采用0扩展。

 ②I型访存指令，使用到2个寄存器和1个立即数，包括lw(取字)、sw(存字)，二者的汇编格式分别表示为：

        lw   rt，imm(rs)

        sw  rt，imm(rs)

        取字指令lw执行的操作是：

        Mem[$rs+E(imm)]——> $rt

        存字指令sw执行的操作与lw的操作刚好是逆向的：

        $rt——>Mem[$rs+E(imm)]

        这两条指令都是按基址寻址方式形成目标主存单元地址，前者从主存单元读数据字并写回到寄存器，后者把寄存器中的数据字写入到目标主存单元。

③I型数位设置指令，只使用到1个寄存器和一个常数，代表性的指令是lui。它的汇编格式表示为：

        lui  rt，imm

        其功能是把imm设置到寄存器rt的高16位：（imm<<16）——>$rt，执行时可以先将立即数imm左移16位且空位补0，转换成32位后赋值给rt寄存器。 

④I型分支指令，使用到两个寄存器和1个立即数，是条件转移型指令，主要包括：beq（相等则分支）和bne（不等则分支），相应的汇编格式可表示为：

        beq   rs，rt，imm

        bne   rs，rt，imm 

        beq指令的执行的操作可以描述为：如果$rs=$rt，则执行PC+E(imm)<<2——>PC，否则不修改PC值，以确保顺序执行后继指令；而bne指令的执行操作可以描述为：如果$rs<>$rt，则执行PC+E(imm)<<2——>PC，否则不修改PC值，从而确保顺序执行后继指令。

（3）J型指令

 

        表3-24中列出的J型指令只有两个，是一类无条件转移型指令。这类指令包括：j（普通无条件跳转）和jal（保存断点后的无条件跳转），它们的汇编格式是：

        j   address

        jall  address

        前者不需要保存断点（返回地址），所以直接执行：PC【31：28】U address <<2——>PC;后者需要先将断点地址保存到专用的堆栈寄存器ra以便调用的子程序执行完后能正确返回，再执行与j指令一样的操作：PC【31：28】U address << 2 ——>PC。

        R型指令中也有一条类似的无条件转移指令jr，I型指令中的无条件转移指令j与之的主要差别在于形成转移目标地址的方式不同。前者依靠寄存器直接寻址方式从寄存器中读取到转移地址，后者则通过伪直接寻址方式形成转移地址。