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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:
div、mul、rem等等。
7、整数乘加(累加):
mad等。
8、加载和存储:
lb、ld、ldl、ldr、sdl、sdr、lh、lhu、ll、sc、pref、sb等操作。
9、浮点加载和存储:
l.d、l.s、s.d、s.s等
常用MIPS指令集及格式:
MIPS 指令集
MIPS 指令集(共31条) | |||||||||
助记符 | 指令格式 | 示例 | 示例含义 | 操作及其解释 | |||||
Bit # | 31..26 | 25..21 | 20..16 | 15..11 | 10..6 | 5..0 |
|
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R-type | op | rs | rt | rd | shamt | func |
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add | 000000 | rs | rt | rd | 00000 | 100000 | add $1,$2,$3 | $1=$2+$3 | rd <- rs + rt ;其中rs=$2,rt=$3, rd=$1 |
addu | 000000 | rs | rt | rd | 00000 | 100001 | addu $1,$2,$3 | $1=$2+$3 | rd <- rs + rt ;其中rs=$2,rt=$3, rd=$1,无符号数 |
sub | 000000 | rs | rt | rd | 00000 | 100010 | sub $1,$2,$3 | $1=$2-$3 | rd <- rs - rt ;其中rs=$2,rt=$3, rd=$1 |
subu | 000000 | rs | rt | rd | 00000 | 100011 | subu $1,$2,$3 | $1=$2-$3 | rd <- rs - rt ;其中rs=$2,rt=$3, rd=$1,无符号数 |
and | 000000 | rs | rt | rd | 00000 | 100100 | and $1,$2,$3 | $1=$2 & $3 | rd <- rs & rt ;其中rs=$2,rt=$3, rd=$1 |
or | 000000 | rs | rt | rd | 00000 | 100101 | or $1,$2,$3 | $1=$2 | $3 | rd <- rs | rt ;其中rs=$2,rt=$3, rd=$1 |
xor | 000000 | rs | rt | rd | 00000 | 100110 | xor $1,$2,$3 | $1=$2 ^ $3 | rd <- rs xor rt ;其中rs=$2,rt=$3, rd=$1(异或) |
nor | 000000 | rs | rt | rd | 00000 | 100111 | nor $1,$2,$3 | $1=~($2 | $3) | rd <- not(rs | rt) ;其中rs=$2,rt=$3, rd=$1(或非) |
slt | 000000 | rs | rt | rd | 00000 | 101010 | slt $1,$2,$3 | if($2<$3) | if (rs < rt) rd=1 else rd=0 ;其中rs=$2,rt=$3, rd=$1 |
sltu | 000000 | rs | rt | rd | 00000 | 101011 | sltu $1,$2,$3 | if($2<$3) | if (rs < rt) rd=1 else rd=0 ;其中rs=$2,rt=$3, rd=$1 |
sll | 000000 | 00000 | rt | rd | shamt | 000000 | sll $1,$2,10 | $1=$2<<10 | rd <- rt << shamt ;shamt存放移位的位数, |
srl | 000000 | 00000 | rt | rd | shamt | 000010 | srl $1,$2,10 | $1=$2>>10 | rd <- rt >> shamt ;(logical) ,其中rt=$2, rd=$1 |
sra | 000000 | 00000 | rt | rd | shamt | 000011 | sra $1,$2,10 | $1=$2>>10 | rd <- rt >> shamt ;(arithmetic) 注意符号位保留 |
sllv | 000000 | rs | rt | rd | 00000 | 000100 | sllv $1,$2,$3 | $1=$2<<$3 | rd <- rt << rs ;其中rs=$3,rt=$2, rd=$1 |
srlv | 000000 | rs | rt | rd | 00000 | 000110 | srlv $1,$2,$3 | $1=$2>>$3 | rd <- rt >> rs ;(logical)其中rs=$3,rt=$2, rd=$1 |
srav | 000000 | rs | rt | rd | 00000 | 000111 | srav $1,$2,$3 | $1=$2>>$3 | rd <- rt >> rs ;(arithmetic) 注意符号位保留 |
jr | 000000 | rs | 00000 | 00000 | 00000 | 001000 | jr $31 | goto $31 | PC <- rs |
I-type | op | rs | rt | immediate |
|
|
| ||
addi | 001000 | rs | rt | immediate | addi $1,$2,100 | $1=$2+100 | rt <- rs + (sign-extend)immediate ;其中rt=$1,rs=$2 | ||
addiu | 001001 | rs | rt | immediate | addiu $1,$2,100 | $1=$2+100 | rt <- rs + (zero-extend)immediate ;其中rt=$1,rs=$2 | ||
andi | 001100 | rs | rt | immediate | andi $1,$2,10 | $1=$2 & 10 | rt <- rs & (zero-extend)immediate ;其中rt=$1,rs=$2 | ||
ori | 001101 | rs | rt | immediate | andi $1,$2,10 | $1=$2 | 10 | rt <- rs | (zero-extend)immediate ;其中rt=$1,rs=$2 | ||
xori | 001110 | rs | rt | immediate | andi $1,$2,10 | $1=$2 ^ 10 | rt <- rs xor (zero-extend)immediate ;其中rt=$1,rs=$2 | ||
lui | 001111 | 00000 | rt | immediate | lui $1,100 | $1=100*65536 | rt <- immediate*65536 ;将16位立即数放到目标寄存器高16 | ||
lw | 100011 | rs | rt | immediate | lw $1,10($2) | $1=memory[$2 | rt <- memory[rs + (sign-extend)immediate] ;rt=$1,rs=$2 | ||
sw | 101011 | rs | rt | immediate | sw $1,10($2) | memory[$2+10] | memory[rs + (sign-extend)immediate] <- rt ;rt=$1,rs=$2 | ||
beq | 000100 | rs | rt | immediate | beq $1,$2,10 | if($1==$2) | if (rs == rt) PC <- PC+4 + (sign-extend)immediate<<2 | ||
bne | 000101 | rs | rt | immediate | bne $1,$2,10 | if($1!=$2) | if (rs != rt) PC <- PC+4 + (sign-extend)immediate<<2 | ||
slti | 001010 | rs | rt | immediate | slti $1,$2,10 | if($2<10) | if (rs <(sign-extend)immediate) rt=1 else rt=0 ; | ||
sltiu | 001011 | rs | rt | immediate | sltiu $1,$2,10 | if($2<10) | if (rs <(zero-extend)immediate) rt=1 else rt=0 ; | ||
J-type | op | address |
|
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| ||||
j | 000010 | address | j 10000 | goto 10000 | PC <- (PC+4)[31..28],address,0,0 ;address=10000/4 | ||||
jal | 000011 | address | jal 10000 | $31<-PC+4; | $31<-PC+4;PC <- (PC+4)[31..28],address,0,0 |
注 意:因为MIPS16只有16个16位的寄存器,所以JAL指令中$31改成$15, 所有立即数均无需扩展,LUI指令直接就是将立即数付给RT寄存器。