MIPS32指令集 MIPS指令可以分成以下各类： 空操作no-op; 寄存器／寄存器传输：用得很广，包括条件传输在内； 常数加载：作为数值和地址的整型立即数； 算术／逻辑指令； 整数乘法、除法和求余数； 整数乘加； 加载和存储； 跳转、子程序调用和分支； 断点和自陷； CP0功能：CPU控制指令 浮点； 用户态的受限访问：rdhwr和synci 注：64位版本开头以“d”表示，无符号数以“u”结尾，立即数通常以“i”结尾，字节操作以“b”结尾，双字操作以“d”结尾，字操作以“w”结尾 1、空操作：nop:相当于sll zero,zero,o， ssnop: equals sll zero,zero,1. 这个指令不得与其它指令同时发送，这样就保证了其运行要花费至少一个时钟周期。这在简单的流水线的CPU上无关紧要，但在复杂些的实现上对于实现强制的延时很有用。 2、寄存器／寄存器传送： move: 通常用跟$zero寄存器的or来实现，或者用addu。 movf, movt, movn, movz: 条件传送。 3、常数加载： dla、la: 用来加载程序中某些带标号的位置或者变量的地址的宏指令； dli、li: 装入立即数常数，这是一个宏指令； lui: 把立即数加载到寄存器高位。 4、算术／逻辑运算： add、addi、dadd、daddi、addu、addiu、daddu、daddiu、dsub、sub、subu：加法指令和减法指令； abs，dabs：绝对值； dneg、neg、negu：取相反数； and、andi、or、ori、xor、nor：逐位逻辑操作指令； drol、rol、ror：循环移位指令； sll、srl、sra：移位。 5、条件设置指令： slt、slti、sltiu、sltu、seq、sge、sle、sne：条件设置。 6、整数乘法、除法和求余数：
第一届全国大学生计算机系统能力培养大赛基础指令集规范 （v1.00） 第一届全国大学生计算机系统能力培养大赛（以下简称“大赛”）技术方案中要求各参赛队开发支持MIPS 基准指令集的MIPS微系统。本文档对需要支持的MIPS基准指令集进行明确规定。各参赛队提交的设计作品必须实现本文档中的所有内容，但不限于。如果发现本文档中有定义不精确之处，请查阅参考文献[1-3]中的相关章节；如发现两者存在冲突，以参考文献[1-3]中的内容为准。 本文档定义的MIPS基准指令集是在MIPS32指令集基础之上进行一定程度地裁剪，在控制系统设计规模的前提下，保证最简单系统的可实现性。概要来说，这套指令集包含了所有非浮点MIPS I指令和MIPS32中的ERET指令，少量的CP0寄存器以支持中断和系统调用，不实现TLB MMU和特权等级。 本文档包含如下章节： 第1章，“编程模型”，对支持的数据类型、软件可见寄存器、大小尾端进行定义。 第2章，“操作模式”，对处理器需要支持的操作模式进行定义。 第2章，“指令定义”，对需实现指令逐条定义。 第3章，“存储管理”，定义一套线性虚实地址映射机制。 第4章，“中断与例外”，介绍需实现的中断和例外的相关定义。 第5章，“系统控制寄存器”，对需实现的系统控制寄存器（俗称CP0寄存器）逐个进行定义。 1编程模型 1.1 数据格式 处理器可处理的数据格式定义如下： ◆比特（bit, b） ◆字节（Byte, 8bits, B） ◆半字（Halfword, 16bits, H） ◆字（Word, 32bits, W） 1.2 寄存器 处理器包含的软件可见的寄存器种类如下： ◆32个32位通用寄存器，r0~r31。其中有两个被赋予了特殊含义：r0，0号通用寄存器，值永远为0； r31，31号通用寄存器，被JAL，BLTZAL和BGEZAL指令隐式的用作目标寄存器，存放返回地址。 ◆HI/LO寄存器。HI寄存器存放乘法指令结果的高半部分或是除法指令结果的余数，LO寄存器存放 乘法指令结果的低半部分或是除法指令结果的商。 ◆程序计数器（PC）。这个寄存器软件无法直接访问。
DSP汇编指令总结 一、寻址方式： 1、立即寻址： 短立即寻址（单指令字） 长立即数寻址（双指令字） 第一指令字 第二指令字 16位常数＝16384＝4000h 2、直接寻址 ARU 辅助寄存器更新代码，决定当前辅助寄存器是否和如何进行增或减。N规定是否改变ARP值，（N=0，不变）
4.3.1、算术逻辑指令（28条） 4.3.1.1、加法指令（4条）; 4.3.1.2、减法指令（5条）； 4.3.1.3、乘法指令（2条）； 4.3.1.4、乘加与乘减指令（6条）； 4.3.1.5、其它算数指令（3条）； 4.3.1.6、移位和循环移位指令（4条）； 4.3.1.7、逻辑运算指令（4条）； 4.3.2、寄存器操作指令（35条） 4.3.2.1、累加器操作指令（6条） 4.3.2.2、临时寄存器指令（5条） 4.3.2.3、乘积寄存器指令（6条） 4.3.2.4、辅助寄存器指令（5条） 4.3.2.5、状态寄存器指令（9条） 4.3.2.6、堆栈操作指令（4条） 4.3.3、存储器与I/O操作指令（8条）4.3.3.1、数据移动指令（4条） 4.3.3.2、程序存储器读写指令(2条) 4.3.3.3、I/O操作指令(2条) 4.3.4、程序控制指令（15条） 4.3.4.1、程序分支或调用指令(7条) 4.3.4.2、中断指令(3条) 4.3.4.3、返回指令(2条) 4.3.4.4、其它控制指令(3条)
4.3.1、算术逻辑指令（28条） 4.3.1.1、加法指令（4条）; ▲ADD ▲ADDC（带进位加法指令） ▲ADDS（抑制符号扩展加法指令） ▲ADDT（移位次数由TREG指定的加法指令） 4.3.1.2、减法指令（5条）； ★SUB（带移位的减法指令） ★SUBB（带借位的减法指令） ★SUBC（条件减法指令） ★SUBS（减法指令） ★SUBT（带移位的减法指令，TREG决定移位次数）4.3.1.3、乘法指令（2条）； ★MPY（带符号乘法指令） ★MPYU（无符号乘法指令） 4.3.1.4、乘加与乘减指令（6条）； ★MAC（累加前次积并乘）（字数2，周期3） ★MAC（累加前次积并乘） ★MPYA（累加－乘指令） ★MPYS（减－乘指令） ★SQRA（累加平方值指令） ★SQRS（累减并平方指令） 4.3.1.5、其它算数指令（3条）； ★ABS（累加器取绝对值指令） ★NEG（累加器取补码指令） ★NORM（累加器规格化指令） 返回 4.3.1.6、移位和循环移位指令（4条）； ▲ SFL（累加器内容左移指令） ▲ SFR（累加器内容右移指令） ▲ROL（累加器内容循环左移指令） ▲ROR（累加器内容循环右移指令） 返回 4.3.1.7、逻辑运算指令（4条）； ▲ AND（逻辑与指令） ▲ OR（逻辑或指令） ▲ XOR（逻辑异或指令） ▲ CMPL（累加器取反指令） 返回 4.3.2、寄存器操作指令（35条） 4.3.2.1、累加器操作指令（6条）
MOV指令为双操作数指令,两个操作数中必须有一个是寄存器. MOV DST , SRC // Byte / Word 执行操作: dst = src 1.目的数可以是通用寄存器, 存储单元和段寄存器(但不允许用CS段寄存器). 2.立即数不能直接送段寄存器 3.不允许在两个存储单元直接传送数据 4.不允许在两个段寄存器间直接传送信息 PUSH入栈指令及POP出栈指令: 堆栈操作是以“后进先出”的方式进行数据操作. PUSH SRC //Word 入栈的操作数除不允许用立即数外，可以为通用寄存器，段寄存器(全部)和存储器. 入栈时高位字节先入栈，低位字节后入栈. POP DST //Word 出栈操作数除不允许用立即数和CS段寄存器外, 可以为通用寄存器,段寄存器和存储器. 执行POP SS指令后,堆栈区在存储区的位置要改变. 执行POP SP 指令后,栈顶的位置要改变. XCHG(eXCHanG)交换指令: 将两操作数值交换. XCHG OPR1, OPR2 //Byte/Word 执行操作: Tmp=OPR1 OPR1=OPR2 OPR2=Tmp 1.必须有一个操作数是在寄存器中 2.不能与段寄存器交换数据 3.存储器与存储器之间不能交换数据. XLAT(TRANSLATE)换码指令: 把一种代码转换为另一种代码. XLAT (OPR 可选) //Byte 执行操作: AL=(BX+AL) 指令执行时只使用预先已存入BX中的表格首地址,执行后,AL中内容则是所要转换的代码. LEA(Load Effective Address) 有效地址传送寄存器指令 LEA REG , SRC //指令把源操作数SRC的有效地址送到指定的寄存器中. 执行操作: REG = EAsrc 注: SRC只能是各种寻址方式的存储器操作数,REG只能是16位寄存器 MOV BX , OFFSET OPER_ONE 等价于LEA BX , OPER_ONE MOV SP , [BX] //将BX间接寻址的相继的二个存储单元的内容送入SP中 LEA SP , [BX] //将BX的内容作为存储器有效地址送入SP中 LDS(Load DS with pointer)指针送寄存器和DS指令 LDS REG , SRC //常指定SI寄存器。 执行操作: REG=(SRC), DS=(SRC+2) //将SRC指出的前二个存储单元的内容送入指令中指定的寄存器中，后二个存储单元送入DS段寄存器中。
mips指令集指的是什么 MIPS是高效精简指令集计算机（RISC）体系结构中最优雅的一种；即使连MIPS的竞争对手也这样认为，这可以从MIPS对于后来研制的新型体系结构比如DEC的Alpha和HP的Precision产生的强烈影响看出来。虽然自身的优雅设计并不能保证在充满竞争的市场上长盛不衰，但是MIPS微处理器却经常能在处理器的每个技术发展阶段保持速度最快的同时保持设计的简洁。 MIPS与MIPS指令集指令集是存储在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指令集属于精简指令集，MIPS 的所有指令都是32位，指令格式简单，而X86的指令长度不是固定的。简单的指令和格式易于译码和流水线操作，但是代码密度不高，导致二进制文件大。 低端的CPU物理面积只有1.5平方毫米（在SOC系统里面肉眼很难找到）。而高端的R10000处理器，第一次投放市场时可能是世界上最快的CPU，它的物理面积几乎有1平方英寸，发热近30瓦特。虽然MIPS看起来没什么优势，但是足够的销售量使其能健康发展：1997年面市的44M的MIPS CPU，绝大多数使用于嵌入式应用领域。 MIPS（Million InstrucTIons Per Second）：单字长定点指令平均执行速度Million InstrucTIons Per Second的缩写，每秒处理的百万级的机器语言指令数。这是衡量CPU速度的一个指标。像是一个Intel80386 电脑可以每秒处理3百万到5百万机器语言指令，即我们可以说80386是3到5MIPS的CPU。MIPS只是衡量CPU性能的指标。 MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思无内部互锁流水级的微处理器（Microprocessor without interlocked piped stages），其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福（Stanford）大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。MIPS公司的R系列就是在此基础上开发的RISC工业产品的微处理器。这些系列产品为很多计算机公司采用构成各种工作站和计算机系统。 MIPS技术公司是美国著名的芯片设计公司，它采用精简指令系统计算结构（RISC）来设计芯片。和英特尔采用的复杂指令系统计算结构（CISC）相比，RISC具有设计更简单、
8086/8088指令系统记忆表 数据寄存器分为: AH&AL＝AX(accumulator)：累加寄存器，常用于运算;在乘除等指令中指定用来存放操作数,另外,所有的I/O指令都使用这一寄存器与外界设备传送数据. BH&BL＝BX(base)：基址寄存器，常用于地址索引； CH&CL＝CX(count)：计数寄存器，常用于计数；常用于保存计算值,如在移位指令,循环(loop)和串处理指令中用作隐含的计数器. DH&DL＝DX(data)：数据寄存器，常用于数据传递。他们的特点是,这4个16位的寄存器可以分为高8位: AH, BH, CH, DH.以及低八位：AL,BL,CL,DL。这2组8位寄存器可以分别寻址，并单独使用。 另一组是指针寄存器和变址寄存器，包括： SP（Stack Pointer）：堆栈指针，与SS配合使用，可指向目前的堆栈位置； BP（Base Pointer）：基址指针寄存器，可用作SS的一个相对基址位置； SI（Source Index）：源变址寄存器可用来存放相对于DS段之源变址指针； DI（Destination Index）：目的变址寄存器，可用来存放相对于ES 段之目的变址指针。 指令指针IP(Instruction Pointer) 标志寄存器FR(Flag Register) OF(overflow flag) DF(direction flag) CF(carrier flag) PF(parity flag) AF(auxiliary flag) ZF(zero flag) SF(sign flag) IF(interrupt flag) TF(trap flag) 段寄存器(Segment Register) 为了运用所有的内存空间，8086设定了四个段寄存器，专门用来保存段地址： CS（Code Segment）：代码段寄存器； DS（Data Segment）：数据段寄存器； SS（Stack Segment）：堆栈段寄存器；
指令集概述 指令操作数说明操作标志 # 时钟数 算数和逻辑指令 ADD Rd, Rr 无进位加法Rd ← Rd + Rr Z,C,N,V,H 1 ADC Rd, Rr 带进位加法Rd ← Rd + Rr + C Z,C,N,V,H 1 ADIW Rdl,K 立即数与字相加Rdh:Rdl ← Rdh:Rdl + K Z,C,N,V,S 2 SUB Rd, Rr 无进位减法Rd ← Rd - Rr Z,C,N,V,H 1 SUBI Rd, K 减立即数Rd ← Rd - K Z,C,N,V,H 1 SBC Rd, Rr 带进位减法Rd ← Rd - Rr - C Z,C,N,V,H 1 SBCI Rd, K 带进位减立即数Rd ← Rd - K - C Z,C,N,V,H 1 SBIW Rdl,K 从字中减立即数Rdh:Rdl ← Rdh:Rdl - K Z,C,N,V,S 2 AND Rd, Rr 逻辑与Rd ← Rd ? Rr Z,N,V 1 ANDI Rd, K 与立即数的逻辑与操作Rd ← Rd ? K Z,N,V 1 OR Rd, Rr 逻辑或Rd ← Rd v Rr Z,N,V 1 ORI Rd, K 与立即数的逻辑或操作Rd ← Rd v K Z,N,V 1 EOR Rd, Rr 异或Rd ← Rd ⊕ Rr Z,N,V 1 COM Rd 1 的补码Rd ← 0xFF ? Rd Z,C,N,V 1 NEG Rd 2 的补码Rd ← 0x00 ? Rd Z,C,N,V,H 1 SBR Rd,K 设置寄存器的位Rd ← Rd v K Z,N,V 1
CBR Rd,K 寄存器位清零Rd ← Rd ? (0xFF - K Z,N,V 1 INC Rd 加一操作Rd ← Rd + 1 Z,N,V 1 DEC Rd 减一操作Rd ← Rd ? 1 Z,N,V 1 TST Rd 测试是否为零或负Rd ← Rd ? Rd Z,N,V 1 CLR Rd 寄存器清零Rd ← Rd ⊕ Rd Z,N,V 1 SER Rd 寄存器置位Rd ← 0xFF None 1 MUL Rd, Rr 无符号数乘法R1:R0 ← Rd x Rr Z,C 2 MULS Rd, Rr 有符号数乘法R1:R0 ← Rd x Rr Z,C 2 MULSU Rd, Rr 有符号数与无符号数乘法 R1:R0 ← Rd x Rr Z,C 2 FMUL Rd, Rr 无符号小数乘法R1:R0 ← (Rd x Rr << 1 Z,C 2 FMULS Rd, Rr 有符号小数乘法R1:R0 ← (Rd x Rr << 1 Z,C 2 FMULSU Rd, Rr 有符号小数与无符号小数乘法R1:R0 ← (Rd x Rr << 1 Z,C 2跳转指令 RJMP k 相对跳转PC ← PC + k + 1 无 2 IJMP 间接跳转到(Z PC ← Z 无 2 RCALL k 相对子程序调用PC ← PC + k + 1 无 3 ICALL 间接调用(Z PC ← Z 无 3 RET 子程序返回PC ← STACK 无 4 RETI 中断返回PC ← STACK I 4
MIPS CPU的一次操作可加载或存储1到8个字节的数据。由于乘法的结果返回的速度不足以使下一条指令能够自动得到这个结果，乘法结果寄存器是互锁的（interlocked）。在乘法操作完成之前试图读取结果寄存器就是导致CPU停止运行，直到完成。 和其他一些更简单的RISC体系结构相比，MIPS体系结构的目标之一是：体系结构朝着64位发展，从而使得地址的段式结构变得没有任何必要。（在64位版本的X86核PowerPC中还有这个负担） 功能分组： 空操作：nop、ssnop（不能和其他指令同时发射，至少需要一个时钟周期） 寄存器间的数据传送指令：move、movf、movt、movn、movz（后四个为条件传递指令） 常数加载指令：dla、la（获取某些标号地址或程序中变量地址的宏指令）；dli、li（加载常数立即数指令）；lui（加载高位立即数指令） 算术/逻辑操作指令：addu、addiu、daddu，daddiu（加法指令）；dsub、sub（会触发溢出陷入的减法操作）；dsubu、subu（普通减法指令）；abs、dabs（求绝对值操作）；dneg、neg、dnegu、negu（一元非操作）；and、andi、or、ori、xor、xori、nor、not（按位逻辑指令）；drol、dror、rol、ror（循环左移和右移）；dsll、dsll32、dsllv（64位左移，低位补零）；dsra、dsra32、dsrav（64位算术右移指令）；dsrl、dsrl32、dsrlv（64位逻辑右移指令）；sll、sllv（32位左移指令）；sra、srav（32位算术右移指令）；srl、srlv（32位逻辑右移指令）；slt、slti、sltiu、sltu（硬件指令，条件满足就写入1，否则写0）；seq、sge、sgeu、sgt、sgtu、sle、slue、sne （根据更复杂的条件设置目的寄存器的宏指令） 整数乘法、除法以及求余指令：ddiv、ddivu、div、divu（整数除法的3操作数宏指令分别处理64位或32位有符号或无符号数）；divo、divou（明确该指令是带有溢出检查的除法指令）；dmul、mul（3操作数64位或32位乘法指令，没有溢出检查）；mulo、mulou、dmulo、dumlou（乘法宏指令，如果结果不能存入一个通用寄存器，发生溢出，触发异常）；dmult、dmultu、mult、multu（执行有符号/无符号32/64位乘法的机器指令）；drem、dremu、rem、remu（求余操作）；mfhi、mflo、mthi、mtlo（用于访问整数乘除单元的结果寄存器hi和lo）存取指令（内存访问指令）：lb、lbu（加载一个字节，高位可以补零，或进行符号扩展，以补充整个寄存器的长度）；ld（加载一个双字）；ldl、ldr、lwl、lwr、sdl、sdr、swl、swr（向左、向右加载、存储一个字、双字）；lh、lhu（加载一个半字，高位可以补零，或进行符号扩展，以补充整个寄存器的长度）；lw、lwu（加载一个字）；pref、prefx（把数据预取到缓冲）；sb、sd、sh、sw（存储字节、双字、半字、字）；uld、ulh、ulhu、ulw、usd、usw、ush(地址非对齐的数据存取宏指令)；l.d、l.s、s.d、s.s（存取双精度和单精度浮点数的指令，地址必须对齐）；ldxcl、lwxcl、sdxcl、swxcl（采用基址寄存器+偏移寄存器的寻址方式存取指令）；跳转、分支和子程序调用指令：j（无条件跳转到一个绝对地址，访问256M的代码空间）；jal、jalr（直接或间接子程序调用，这种跳转不仅能跳转到指定地址，而且可以顺便把返回地址（当前指令地址+8）放到ra寄存器中）；b（基于当前指令地址的无条件相对跳转）；bal （基于当前地址的函数调用指令）；bc0f、bc0f1、bc0t、bc0t1、bc2f、bc2f1、bc2t、bc2t1（根据协处理器0和2的条件标志进行跳转）；bc1f、bc1f1、bc1t、bc1t1（根据浮点条件标志位进行跳转）；beq、beq1、beqz、beqz1、bge、bge1、bgeu、bgeu1、bgez、bgez1、bgt、bgt1、bgtu、bgtu1、bgtz、bgtz1、ble、ble1、bleu、bleu1、blez、blez1、blt、blt1、bltu、bltu1、bltz、bltz1、bne、bnel、bnez、bnezl（双操作数和单操作数的比较跳转指令）；bgeza1、bgeza11、bltza1、bltza11（如果需要，这些指令是用于有条件函数调用的原始机器指令）； 断点及陷阱指令：break（产生一个“断点”类型的异常）；sdbbp（产生EJTAG异常的断点指令）；syscall（产生一个约定用于系统调用的异常类型）；teq、teqi、tge、tgei、tgeiu、tgeu、tlt、tlti、tltiu、tltu、tne、tnei（条件异常指令，对一个或两个操作数进行条件测试）；
汇编语言程序设计资料简汇 通用寄存器 8位通用寄存器8个：AL、AH、BL、BH、CL、CH、DL、DH。 16位通用寄存器8个：AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP。 AL与AH、BL与BH、CL与CH、DL与DH分别对应于AX、BX、CX和DX的低8位与高8位。专用寄存器 指令指针：IP（16位）。 标志寄存器：没有助记符（FLAGS 16位）。 段寄存器 段寄存器：CS、DS、ES、SS。 内存分段：80x86采用分段内存管理机制，主要包括下列几种类型的段： ?代码段：用来存放程序的指令序列。 ?数据段：用来存放程序的数据。 ?堆栈段：作为堆栈使用的内存区域，用来存放过程返回地址、过程参数等。 物理地址与逻辑地址 ?物理地址：内存单元的实际地址，也就是出现在地址总线上的地址。 ?逻辑地址：或称分段地址。 ?段地址与偏移地址都是16位。 ?系统采用下列方法将逻辑地址自动转换为20位的物理地址： 物理地址= 段地址×16 + 偏移地址 ?每个内存单元具有唯一的物理地址，但可由不同的逻辑地址描述。 与数据有关的寻址方式 立即寻址方式 立即寻址方式所提供的操作数紧跟在操作码的后面，与操作码一起放在指令代码段中。立即数可以是8位数或16位数。如果是16位数，则低位字节存放在低地址中，高位字节存放在高地址中。 例：MOV AL，18 指令执行后，（AL）= 12H 寄存器寻址方式 在寄存器寻址方式中，操作数包含于CPU的内部寄存器之中。这种寻址方式大都用于寄存器之间的数据传输。 例3：MOV AX，BX 如指令执行前（AX）= 6789H，（BX）= 0000H；则指令执行后，（AX）= 0000H，（BX）保持不变。 直接寻址方式 直接寻址方式是操作数地址的16位偏移量直接包含在指令中，和指令操作码一起放在代码段，而操作数则在数据段中。操作数的地址是数据段寄存器DS中的内容左移4位后，加上指令给定的16位地址偏移量。直接寻址方式适合于处理单个数据变量。 寄存器间接寻址方式 在寄存器间接寻址方式中，操作数在存储器中。操作数的有效地址由变址寄存器SI、DI或基址寄存器BX、BP提供。 如果指令中指定的寄存器是BX、SI、DI，则用DS寄存器的内容作为段地址。 如指令中用BP寄存器，则操作数的段地址在SS中，即堆栈段。
第四章MIPS指令系统和汇编语言 1.考研预测：出题特点总结 本章是对统考408内容来说，本章是新增的章节。此外北航961大纲中制定了要考MIPS 指令集，从15年961真题来看MIPS是重中之重。但是今年计组并没有指定具体的教材，但大纲明确要求掌握MIPS指令集，所以还是建议考生将《计算机组成与设计：硬件/软件接口》中文版（原版第三版或第四版）作为本章的参考书籍。 本章大致内容是MIPS的基础知识，难度并不大。考生应该将重点放在MIPS指令集的基础上，考察C语言中的语句转换为对应的MIPS指令，所以需要熟练掌握C语言中一些语句对应的MIPS指令实现。本章出题很大可能就是C语言和MIPS汇编语言之间的转换，也可能涉及到第五章CPU指令流水线等内容。 2.考研知识点系统整理：梳理考点，各个击破 3.1 指令系统概述 机器指令要素 操作码：指明进行的何种操作 源操作数地址：参加操作的操作数的地址，可能有多个。 目的操作数地址：保存操作结果的地址。 下条指令的地址：指明下一条要运行的指令的位置，一般指令是按顺序依次执行的，所以绝大多数指令中并不显式的指明下一条指令的地址，也就是说，指令格式中并不包含这部分信息。只有少数指令需要显示指明下一条指令的地址。
指令执行周期 3.2 指令格式 一台计算机指令格式的选择和确定要涉及多方面的因素，如指令长度、地址码结构以及操
作码结构等，是一个很复杂的问题，它与计算机系统结构、数据表示方法、指令功能设计等都密切相关。 指令的基本格式 一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码，指令的基本格式如下： （ 其中A1为第一操作数地址，A2为第二操作数地址，A3为操作结果存放地址。 这条指令的含义：(A1)OP(A2)→A3 式中OP表示双操作数运算指令的运算符号，如“+”或“–”等。 （2）二地址指令
//------------------------------------------------------- //基于FPEG的SOC设计 // mips.v // Model of subset of MIPS processor described in Ch 1 //------------------------------------------------------- // top level design for testing module top #(parameter WIDTH = 8, REGBITS = 3)(); reg clk; reg reset; wire memread, memwrite; wire [WIDTH-1:0] adr, writedata; wire [WIDTH-1:0] memdata; // instantiate devices to be tested mips #(WIDTH,REGBITS) dut(clk, reset, memdata, memread, memwrite, adr, writedata); // external memory for code and data exmemory #(WIDTH) exmem(clk, memwrite, adr, writedata, memdata); // initialize test initial begin reset <= 1; # 22; reset <= 0; end // generate clock to sequence tests always begin clk <= 1; # 5; clk <= 0; # 5; end always@(negedge clk) begin if(memwrite) if(adr == 5 & writedata == 7) $display("Simulation completely successful"); else $display("Simulation failed"); end endmodule // external memory accessed by MIPS module exmemory #(parameter WIDTH = 8)
1. 通用数据传送指令. MOV 传送字或字节. MOVSX 先符号扩展,再传送. MOVZX 先零扩展,再传送. PUSH 把字压入堆栈. POP 把字弹出堆栈. PUSHA 把AX,CX,DX,BX,SP,BP,SI,DI依次压入堆栈. POPA 把DI,SI,BP,SP,BX,DX,CX,AX依次弹出堆栈. PUSHAD 把EAX,ECX,EDX,EBX,ESP,EBP,ESI,EDI依次压入堆栈. POPAD 把EDI,ESI,EBP,ESP,EBX,EDX,ECX,EAX依次弹出堆栈. BSWAP 交换32位寄存器里字节的顺序 XCHG 交换字或字节.( 至少有一个操作数为寄存器,段寄存器不可作为操作数) CMPXCHG 比较并交换操作数.( 第二个操作数必须为累加器AL/AX/EAX ) XADD 先交换再累加.( 结果在第一个操作数里) XLAT 字节查表转换. —— BX 指向一张256 字节的表的起点, AL 为表的索引值(0-255,即 0-FFH); 返回AL 为查表结果. ( [BX+AL]->AL ) 2. 输入输出端口传送指令. IN I/O端口输入. ( 语法: IN 累加器, {端口号│DX} ) OUT I/O端口输出. ( 语法: OUT {端口号│DX},累加器) 输入输出端口由立即方式指定时, 其范围是0-255; 由寄存器DX 指定时, 其范围是0-65535. 3. 目的地址传送指令. LEA 装入有效地址. 例: LEA DX,string ;把偏移地址存到DX. LDS 传送目标指针,把指针内容装入DS. 例: LDS SI,string ;把段地址:偏移地址存到DS:SI. LES 传送目标指针,把指针内容装入ES. 例: LES DI,string ;把段地址:偏移地址存到ES:DI.
ORG 0000H NOP ;空操作指令 AJMP L0003 ;绝对转移指令 L0003: LJMP L0006 ;长调用指令 L0006: RR A ;累加器A内容右移(先置A为88H) INC A ; 累加器A 内容加1 INC 01H ;直接地址(字节01H)内容加1 INC @R0 ; R0的内容(为地址) 的内容即间接RAM加1 ;(设R0=02H,02H=03H,单步执行后02H=04H) INC @R1 ; R1的内容(为地址) 的内容即间接RAM加1 ;(设R1=02H,02H=03H,单步执行后02H=04H) INC R0 ; R0的内容加1 (设R0为00H,单步执行后查R0内容为多少) INC R1 ; R1的内容加1(设R1为01H,单步执行后查R1内容为多少) INC R2 ; R2的内容加1 (设R2为02H,单步执行后查R2内容为多少) INC R3 ; R3的内容加1(设R3为03H,单步执行后查R3内容为多少) INC R4 ; R4的内容加1(设R4为04H,单步执行后查R4内容为多少) INC R5 ; R5的内容加1(设R5为05H,单步执行后查R5内容为多少) INC R6 ; R6的内容加1(设R6为06H,单步执行后查R6内容为多少) INC R7 ; R7的内容加1(设R7为07H,单步执行后查R7内容为多少) JBC 20H,L0017; 如果位(如20H,即24H的0位)为1,则转移并清0该位L0017: ACALL S0019 ;绝对调用 S0019: LCALL S001C ;长调用 S001C: RRC A ;累加器A的内容带进位位右移(设A=11H,C=0 ;单步执行后查A和C内容为多少) DEC A ;A的内容减1 DEC 01H ;直接地址(01H)内容减1 DEC @R0 ;R0间址减1,即R0的内容为地址,该地址的内容减1 DEC @R1 ; R1间址减1 DEC R0 ; R0内容减1 DEC R1 ; R1内容减1 DEC R2 ; R2内容减1 DEC R3 ; R3内容减1 DEC R4 ; R4内容减1 DEC R5 ; R5内容减1 DEC R6 ; R6内容减1 DEC R7 ; R7内容减1 JB 20H,L002D;如果位(20H,即24H的0位)为1则转移 L002D: AJMP L0017 ;绝对转移 RET ;子程序返回指令 RL A ;A左移 ADD A,#01H ;A的内容与立即数(01H)相加 ADD A,01H ; A的内容与直接地址(01H内容)相加 ADD A,@R0 ; A的内容与寄存器R0的间址内容相加 ADD A,@R1 ; A的内容与寄存器R1的间址内容相加
功能 应用实例 LB 从存储器中读取一个字节的数据到寄存器中 LB R1, 0(R2) LH 从存储器中读取半个字的数据到寄存器中 LH R1, 0(R2) LW 从存储器中读取一个字的数据到寄存器中 LW R1, 0(R2) LD 从存储器中读取双字的数据到寄存器中 LD R1, 0(R2) L.S 从存储器中读取单精度浮点数到寄存器中 L.S R1, 0(R2) L.D 从存储器中读取双精度浮点数到寄存器中 L.D R1, 0(R2) LBU 功能与LB指令相同，但读出的是不带符号的数据LBU R1, 0(R2) LHU 功能与LH指令相同，但读出的是不带符号的数据LHU R1, 0(R2) LWU 功能与LW指令相同，但读出的是不带符号的数据LWU R1, 0(R2) SB 把一个字节的数据从寄存器存储到存储器中 SB R1, 0(R2)
把半个字节的数据从寄存器存储到存储器中 SH R1，0(R2) SW 把一个字的数据从寄存器存储到存储器中 SW R1, 0(R2) SD 把两个字节的数据从寄存器存储到存储器中 SD R1, 0(R2) S.S 把单精度浮点数从寄存器存储到存储器中 S.S R1, 0(R2) S.D 把双精度数据从存储器存储到存储器中 S.D R1, 0(R2) DADD 把两个定点寄存器的内容相加，也就是定点加 DADD R1,R2,R3 DADDI 把一个寄存器的内容加上一个立即数 DADDI R1,R2,#3 DADDU 不带符号的加 DADDU R1,R2,R3 DADDIU 把一个寄存器的内容加上一个无符号的立即数 DADDIU R1,R2,#3 ADD.S 把一个单精度浮点数加上一个双精度浮点数，结果是单精度浮点数ADD.S F0,F1,F2 ADD.D 把一个双精度浮点数加上一个单精度浮点数，结果是双精度浮点数ADD.D F0,F1,F2
微机原理 (计算机原理) 第4讲MIPS指令系统(1)
MIPS 体系结构概述 数据处理指令 数据传送指令 分支与跳转指令 MIPS指令格式 第4讲MIPS指令系统(1)
MIPS诞生于1980年代，是最早的RISC处理器之一， 也是目前销量最好的RISC处理器之一，从游戏机到路由器，再到SGI的超级计算机，都可以看到MIPS CPU 的应用 MIPS起源于Stanford大学John Hennessy教授的研 究成果。Hennessy于1984年在硅谷创立了MIPS公司(https://www.doczj.com/doc/572716659.html,) John L. Hennessy出版了两本著名的教科书： Computer Organization and Design : The Hardware/Software Interface(计算机组成与设计：硬件/软件接口) Computer Architecture : A Quantitative Approach(计算机体系结构：量化方法)
MIPS=Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages，无互锁流水级的微处理器MIPS的另一个含义是每秒百万条指令—— Millions of instructions per second
MIPS体系结构的发展 MIPS体系结构经历了以下几代 MIPS I——该指令集用于最初的32位处理器， 至今仍然很流行，R2000、R3000都是MIPS I 的实现 MIPS II——MIPS I的升级，最初为R6000定义， 失败 MIPS III——应用于R4000的64位指令集 MIPS IV——MIPS III的升级，应用于R5000和 R10000
MIPS Instructions Note: You can have this handout on both exams. Instruction Formats : Instruction formats: all 32 bits wide (one word): 6 5 5 5 5 6 +--------+--------+-------+-------+------+--------+ R-type format| Op-code| R s | R t | R d | SA |Funct-code | +--------+--------+-------+-------+------+--------+ 6 5 5 16 +--------+--------+-------+------------------------+ I-type format|Op-code | R s | R t | 2’s complement constant| +--------+--------+-------+------------------------+ 6 26 +--------+-----------------------------------------+ J-type format| Op-code| jump_target | +--------+-----------------------------------------+ ^ ^ | | bit 31 bit 0 Instructions and their formats General notes: a. R s , R t , and R d specify general purpose registers b. Square brackets ([]) indicate “the contents of” c. [PC] specifies the address of the instruction in execution d. I specifies part of instruction and its subscripts indicate bit positions of sub-fields e. || indicates concatenation of bit fields f. Superscripts indicate repetition of a binary value g. M{i} is a value (contents) of the word beginning at the memory address i h. m{i} is a value (contents) of the byte at the memory address i i. all integers are in 2’s complement representation if not indicated as unsigned 1. addition with overflow: add instruction +--------+-------+-------+-------+-------+--------+ R-type format | 000000 | R s | R t | R d | 00000 | 100000 | +--------+-------+-------+-------+-------+--------+ Effects of the instruction: R d <-- [R s ] + [R t ]; PC <-- [PC] + 4 (If overflow then exception processing) Assembly format: add R d ,R s ,R t
计算机系统结构实验报告 班级计算机2班实验日期2016.2.24 实验成绩 姓 名 殷凤学号22920132203917实 验 名 称 MIPS指令系统和MIPS体系结构 实验目的要求 实验目的及要求：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。 实验器材：实验平台采用指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim；计算机一台。 实验内容、步骤及结果1. 阅读MIPSsim模拟器的使用方法，然后了解MIPSsim的指令系统和汇编语言； 2. 对照实验教程启动、配置MIPSsim.exe，参照使用说明，载入程序，多种执行方式查看结果； 3. 补充实验的完成： a.求阶乘 问题： 解决方法：在代码最后加一句指令TEQ r0,r0 思路：将自定义的整数存入一个整数寄存器r1,r2，“1”的值存入寄存器r3作为求阶乘时减一的用处，r2减一，与原值r1相乘结果存入r1，判断r2值是否已经减到0，是就运行结束，否则跳转继续r2减一与r1相乘，最后r1的内容就是最终结果。 结果截图：
b.ALU运算求(X-Y)*2-(X+Y)/8 问题：无 思路：题目要求不可以使用乘除指令，则利用逻辑左移（SLL）一位实现乘2，利用逻辑右移（SRL）3实现除以8。r1 r2中存放自定义的x y，r3中存放x-y的值，r4存放x+y的值，最后结果放在r5中。 结果截图： c.求补码 问题： 解决方法：把高32位和低32位之间base的差值4个字节事先存进寄存器r6 问题：
解决方法：改成LABLE1 问题：如果是正数的话结果总是错误的 解决方法：刚开始忘记判断正负了，如果是正数就直接存回存储器原来 的位置，判断正负通过高32位（存在r2中）和十六进制数 0x00…0080000000（寄存器r9）进行AND，如果结果等于0（与$r0比 较），就为正数，否则就是负数。 思路：r1中放取字指令LW的base值，根据内存中的数据来决定，存 储器中高32位数据取出来放进r2，低32位数据放进r3。如果判断是 正数，则直接再存回去，如果是负数，按位取反再加一得到补码。按位 取反通过r2 r3中的值都分别和-1（存进r5）进行异或，再加1，如果 r3中有进位，那么r2的值也要加1，然后存入存储器原位置，如果r3 中无进位就可以直接存入原位置，是否有进位通过r3与-1异或结果和 -1比较，如果等于-1（11…11），就会有进位，如果不等就没有进位。 结果截图： （8c22000024060004）?（73ddffffdbf9fffc） （002608228c220000）?（002608228c220000） 总 结 1.在使用指令时，一定要事先弄清楚指令的适用范围和参数的本质； 2.有符号数和无符号数要分辨清楚； 3.程序安全退出：TEQ $r0,$r0 4.标号必须全部大写。