文件名称：深入浅出MIPS
文件大小：327KB
文件格式：PDF
更新时间：2016-09-18 10:25:45
MIPS
英国科学家 Dominic Sweetman(经典著作 See MIPS Run 的作者)，称 MIPS 为“高效的 RISC 体系结构中最优雅的一种体系结构”。 它是一个双关语： 即是 Microcomputer without Interlocked Pipeline Stages 的缩写，同时又是 Millions of Instructions Per Second 的缩 写。 MIPS 的处理单元是一个五级流水线：Instruction Fetch, Register & Decoder, ALU, Memory 以及 Write back。一开始的 MIPS 是为 32 位系统设计的，实际上，后续的 64 位扩 展，也依然对 32 位的工作模式向下兼容着。一如其他的 RISC 处理器，MIPS 的每条指令长度 是固定的 32bit。（因此，最长的局部跳转指令只能跳转 2 的 26 次方 Byte，也就是 2 的 24 次 方，16777216 条指令） MIPS 有 32 个通用寄存器，编程者可以使用其中除$0 外的所有寄存器暂存数据。$0 寄存 器，在硬件上被设计为永远读出 0。我们可以用$0 寄存器的此特性，实现一些技巧性的编程， 譬如实现 NOP 操作。MIPS 本没有 NOP 指令，但由于对$0 寄存器的写入实际上无意义，可以 作为空操作使用。 事实上，编译器从高级语言（典型如 C/C++）转换为 MIPS 汇编指令时，一般总是遵守一 定的寄存器使用约定。某些寄存器用来从函数中传入和传出参数，存储临时数据，另一些则起特 殊作用，如保存调用函数时的指令地址，或作为堆栈指针等。如果你使用汇编开发，理论上可以 无视这点约定，但是，一般地，遵守这个约定，与人方便，也为己方便。关于寄存器使用的约定， 以后会展开论述。 一如所有的 RISC 处理器，MIPS 没有 CISC 那样复杂多变的寻址方式，统一为 Load/Store 寻址。任何载入和存储操作，都可写为如下形式： lw $1, offset ($2) 这条指令的操作符可以为 Load 或 Store，一次 Load/Store 操作的范围可以为字/半字/ 字节（对应 gcc 的 int, short 和 char）。偏移量是一个带符号的 16bit 整数。两个作为操作数 的寄存器可以是任何通用寄存器。（你可以向$0 写入，但无任何意义，等同于空操作）。对于 64 位模式下，也可以对 double 类型进行操作。注意 Load/Store 都必须对应一个对齐的地址，否 则会引发一个异常(Exception)。 MIPS 支持最多 4 个协处理器。协处理器 CP0 为 CPU 的控制协处理器，是体系结构中必须 实现的。CP1 为浮点处理器。CP2 保留，各生产厂商往往用来实现一些自己的特色功能，例如 RMI 的 Fast Message Ring 等。CP3 原本也是保留共扩展用，但很多 MIPS III 和 MIPS IV 时代的扩展指令集使用了它。对于 CP0，我们会有专门的一段用来讨论。 为适应处理器向多核时代的演进， MIPS 引入了多核操作必要的原子指令 (Atomic operation)、内存屏障(Barrier)等操作。在 SMP 或 AMP 等多核架构中，这些指令是并行计算 同步的保障。