MIPS指令表示之指令格式_mips查表

一、指令格式

1、R格式中各字段数值的含义

例：add $8,$9,$10

想要把它表示位字的形式，则根据字段的划分，每个字段的值分别如下：

opcode=0 (参见附录）   funct=32（参见附录） rd=8（目的）

rs=9（首操作数）   rt=10（次操作数）   shamt=0（非位移）  

则字段的十进制数表示为：

转化成二进制表示为：

转化为十六进制表示为：012A4020（hex）；转化成十进制表示为：19546144（ten），他们都称为机器语言指令

 

为什么R格式由两个6位字段来确定命令，而不是一个12位字段？

答：为了尽量与其他格式兼容，同时让立即数字段由更大的存储空间

2、I格式中各字段数值的含义

例：addi $21,$22,$-50

想要把它表示为字的形式，则根据字段的划分，每个字段的值分别如下：

opcode（参见附录） rs=22（包括源操作数的寄存器）

rt(结果寄存器） immediate=-50（缺省情况，这是十进制数）

则每个字段的十进制数表示为：

各字段的二进制表示为：

转化成十六进制表示为：22D5 FFCE（hex）；转化成十进制表示为：584449998（ten）,他们都称为机器语言指令

16位可以最多表示个不同的值，这对于处理普通的lw和sw的偏移量来说是足够大，另外对于大多数slti指令中要使用的值也是可以的，但是数实在太大，如何处理呢？

如果需要一种办法来处理任意I格式所有32位立即数，这就需要增加新指令：lui register,immediate；

lui（Load Upper Immediate）表示装入立即数高位，即取立即数的高16位，并讲这些位放到指定寄存器的上半部（高位部分），而设置低半部分为0.

具体实现：

例如指令：addi $t0,$t0,0xABABCDCD

可改为：

lui $at,0xABAB

ori $at,$at,0x,CDCD

add $t0,$t0,$at

因此I格式指令仅取16位立即数

3、分支：PC相对寻址

由于立即数immediate仅有16位，而PCProgram Counter)保存当前要执行指令的字节地址，指向内存的32位指针，因此immediate无法指定整个跳转的地址。

解决方案：

PC相对寻址：令16位立即数字段为用补码表示的有符号数，在分支时，将其加上PC值得到要去的地址。那么，可以以PC为基点，分支字节，这对大多数

循环来说以及足够。

进一步优化：

指令是以字的形式存放的，因此是字对齐的（字节地址总是4的倍数，即2进制形式表示时，最后两位总是00）因此，加到PC上的字节数永远是4的倍数。如果把末尾的

00暂时忽略（使用时再补上），则以PC为节点可以分支个字节，这样可以处理的循环范围扩大为原来的4倍

如果进行分支：

PC=（PC+4）+(immediate*4)

其中，immediate字段指定跳转的字数，即要跳转多少条指令。immediate字段可正可负。由于硬件的原因，立即数是加到（PC+4）上，而不是加到PC。

例：

Loop:
    beq $9,$0,End
    add $8,$8,$10
    addi $9,$8,$10
    addi $9,$9,-1
    j Loop
End：

beq分支是I格式，其中，opcode=4(参见附录）；rs=9（首操作数）；rt=0(次操作数）；immediate=3（加到或从PC中减去的指令条数）

则每个字段的十进制数表示为：

转化为二进制数表示为：

4、J格式指令

opcode字段与R格式保持兼容，并把其他所有字段合成为一个，形成一个大的目标地址空间。那么现在就可以指定32位地址中的26位，但仍可以进行优化，

由于最后两位总是00，因此可以默认最后两位为00。所以现在就指定了32位地址中的28位。

其他的4位如何得到呢？

①从PC处取得最高4位，从技术上讲，这意味着无法跳转到内存的任何地方，但对几乎所有情况是正确的，因为程序没那么长

②如果跨过256M边界，真的需要指定32位地址，可以把该地址放到寄存器中，然后使用jr指令

 

4、各指令格式的差别

 

I格式：用于有立即数的指令，指令lw和sw（偏移量也可看成立即数），分支语句（beq和bne），但不用于移位指令

J格式：用于指令j和jal

R格式：用于所有其他的指令