实验一：MIPS指令系统和MIPS体系结构

MIPS架构

MIPS架构（英语：MIPS architecture，为Microprocessor without interlocked piped stages architecture的缩写，亦为Millions of Instructions Per Second的双关语），是一种采取精简指令集（RISC）的处理器架构，1981年出现，由MIPS科技公司开发并授权，广泛被使用在许多电子产品、网络设备、个人娱乐装置与商业装置上。最早的MIPS架构是32位，最新的版本已经变成64位。

问：为什么 MIPS 中有(加载字节无符号)和(加载字节)指令，但只有(存储字节)？
答：MIPS 寄存器为 32 位宽。当您将单个 8 位字节从内存加载到这些寄存器之一时，您必须决定是否对其进行符号扩展。因此有两个加载指令。存储时，没有这种歧义。

指令

LB指令：

LW指令：

LB与LW的区别：LB加载字节，地址不一定是4的倍数。LW加载字（1字=4字节），地址必须是4的倍数。

LBU指令

从内存中读取一个字节（8位），并将其零扩展为一个32位整数。

SW指令

将一个寄存器中的字写入内存中。

BEQ指令

实验报告

一、实验目的
了解和熟悉指令级模拟器。
熟练掌握MIPSsim模拟器的操作和使用方法。
熟悉MIPS指令系统及其特点，加深对MIPS指令操作语义的理解。
熟悉MIPS体系结构。
二、实验内容和步骤
首先要阅读MIPSsim模拟器的使用方法《MIPSsim使用手册》。然后了解MIPSsim的指令系统。

1. 启动MIPSsim（用鼠标双击MIPSsim.exe）。
2. 点击“配置”→“流水方式”，使模拟器工作在非流水方式下。
3. 熟悉MIPSsim模拟器的操作和使用方法。
4. 选择“文件”→“载入程序”选项，加载样例程序alltest.asm，然后查看“代码”窗口，查看程序所在的位置（起始地址为0x00000100）。
5. 查看“寄存器”窗口PC寄存器的值：[PC]=0x00000000
   6.执行load和store指令。步骤如下：
   （1）单步执行一条指令（F7）。
   （2）下一条指令地址为0x00000004，是一条_有_（有，无）符号载入_字节_（字节，半字，字）指令。
   （3）单步执行1条指令（F7）。
   （4）查看R1的值，[R1]=0xFFFFFFFFFFFFFF80。
   （5）下一条指令地址为0x0x00000008，是一条 无（有，无）符号载入字（字字，半字，字）指令。
   （6）单步执行1条指令。
   （7）查看R1的值，[R1]=0x0000000000000080。
   （8）下一条指令地址为0x0000000C，是一条无（有，无）符号载入字节（字，半字，字）指令。
   （9）单步执行1条指令。
   （10）查看R1的值，[R1]=0x0000000000000080。
   （11）单步执行1条指令。
   （12）下一条指令地址为0x00000014，是一条保存字（字，半字，字）指令。
   （13）单步执行1条指令。
   （14）查看内存BUFFER处字的值，值为0x00000080。
   7.执行算术运算类指令。步骤如下：
   (1)双击“寄存器”窗口里的R1，将其值修改为2。
   (2)双击“寄存器”窗口里的R2，将其值修改为3。
   (3)单步执行1条指令。
   (4)下一条指令地址为0x00000020，是一条加法指令。
   (5)单步执行1条指令。
   (6)查看R3的值，[R3]=5
   (7)下一条指令地址为0x00000024，是一条乘法指令。
   (8)单步执行1条指令。
   (9)查看LO、HI的值，[LO]=0x0000000000000006 [HI]=0x0000000000000000
   8.执行逻辑运算类指令。步骤如下：
   (1)双击“寄存器”窗口里的R1，将其值修改为0xFFFF0000。
   (2)双击“寄存器”窗口里的R2，将其值修改为0xFF00FF00。
   (3)单步执行1条指令。
   (4)下一条指令地址为0x00000030，是一条逻辑与运算指令，第二个操作数寻址方式是寄存器直接寻址（寄存器直接寻址，立即数寻址）。
   (5)单步执行1条指令。
   (6)查看R3的值，[R3]=0x00000000FF000000
   (7)下一条指令地址为：0x00000034，是一条逻辑或指令，第二个操作数寻址方式是立即数寻址（寄存器直接寻址，立即数寻址）。
   (8)单步执行1条指令。
   (9)查看R3的值，[R3]=0x0000000000000000。
   9.执行控制转移类指令。步骤如下：
   (1)双击“寄存器”窗口里的R1，将其值修改为2。
   (2)双击“寄存器”窗口里的R2，将其值修改为2。
   (3)单步执行1条指令。
   (4)下一条指令地址为0x00000040，是一条BEQ指令，其测试条件是：$R1==$R2。
   (5)单步执行1条指令。
   (6)查看PC的值，[PC]=0x0000004C，表明分支成功（成功，失败）。
   (7)下一条指令是一条BGEZ指令，其测试条件是$R1>=0，目标地址为 0x00000058。

bgez(指令码为REGIMM,且第16~20bit为5’b00001)：
用法：bgez rs,offset，
作用：if rs >= 0 then branch
1
2
3

(8)单步执行1条指令。
(9)查看PC的值，[PC]=0x00000058，表明分支成功（成功，失败）。

(10)下一条指令地址是一条BGEZAL指令，其测试条件是$R1>=0，目标地址为0x0000064。

bgezal(指令码为REGIMM,且第16~20bit为5’b10001):
用法：bgezal rs,offset，
作用：if rs >= 0 then branch,并且将指令后面的指令地址作为返回地址，保存到通用寄存器$31
1
2
3

(11)单步执行1条指令。
(12)查看PC的值，[PC]=0x00000064，表明分支成功（成功，失败）；查看R31的值，[R31]=92。

(13)单步执行1条指令。
(14)查看R1的值，[R1]=0x0000000000000074

(15)下一条指令地址为0x00000068，是一条JALR指令，保存目标地址的寄存器为R1，保存返回地址的目标寄存器为R3

jalr是MIPS指令集中的一条跳转指令，用于实现函数调用和返回。 jalr的全称为”Jump and Link Register”，它的作用是将当前的程序计数器PC（Program Counter）的值保存到一个指定的寄存器（链接寄存器）中，然后跳转到指定地址执行。

(16)单步执行1条指令。
(17)查看PC和R3的值，[PC]=0x00000074 ，[R3]=0x000000000000006C。