另一篇学习笔记的地址——(13条消息) 龙芯杯学习笔记之自己动手写CPU_qq_33880925的博客-CSDN博客

本篇博客目前尚未写完，看完本篇博客目前已写的内容后（看完第二部分）对MIPS有初步的理解了，就可以去看上面那篇博客

前言

一、一些基本概念

1.CPU是什么？

2.什么是I/O设备？

3.什么是cache？

4.CPU性能的三个衡量尺度

二、计算机的指令

1.指令和指令集

2.MIPS的汇编语言

（1）算术运算指令

（2）寄存器的符号

（3）数据传送指令

（4）一些逻辑运算

（5）条件分支语句

（6）小于则置位

（7）一些关于栈和过程的前置知识

（8）读取字

前言

本文为龙芯杯备赛有关计算机组成原理部分的学习笔记，会长期更新

参考书籍——计算机组成与设计（硬件/软件接口）

一、一些基本概念

1.CPU是什么？

cpu是控制器和运算器的统称。现在计算机一存储器为中心，由输入，输出，存储器，控制器，运算器组成。

2.什么是I/O设备？

I/O是指输入输出设备。

3.什么是cache？

cache是缓存的意思，cache一帮采用SRAM（RAM的一种，静态随机访问存储器的意思）

cache一般用于大型存储器的缓冲。

4.CPU性能的三个衡量尺度

指令数，CPI（单个指令的平均时钟周期），时钟频率

CPU的执行时间=指令数 x CPI / 时钟频率

二、计算机的指令

1.指令和指令集

计算机语言中的基本单词成为指令，计算机全部指令的集合成为指令集

2.MIPS的汇编语言

mips中寄存器是32位的，一共有32个32位寄存器

（1）算术运算指令

每条mips语句只能有三个操作数，其中第一个操作数是result

一行只能有一条mips指令，用#表示注释

add a,b,c  #a=b+csub a,b,c  #a=b-caddi a,b,4  #a=b+4，加立即数

MIPS支持符号数运算

（2）寄存器的符号

变量寄存器：$s0,$s1,...

临时寄存器：$t0,$t1,...

$和取地址符是一样的

（3）数据传送指令

复杂的数据结构例如数组会将变量存在存储器中，使用前需要用数据传送指令将变量从存储器中转移到寄存器

取字：

lw $s1,20($s2)

#$s1是存放变量的寄存器，$s2是存放存储器首地址的寄存器，即$s2=&A[0]=A,20是变量存储器中的相对于首地址的偏移量，$s2+20是变量A[5]的地址

MIPS是按字节存储的，一个地+的单位是字节，A[5]的实际地址是$s2+5*4,因为存储器中一个存储单元是一个字，MIPS中一个字默认4个字节

存字：

sw $s1,20($s2)   #把寄存器$s1中的变量存到存储器$s2+20中

存数据和取数据是要消耗时间的，提高程序效率的一种方法是尽可能使用寄存器

常数在计算机中没有取的操作，可以用立即数运算，这也就是为什么写代码要用const

（4）一些逻辑运算

右移：

srl $s1,$s2,4  #表示 $s1=$s2>>4

左移：

sll $s1,$s2,4  #表示 $s1=$s2<<4

按位与:

AND $s1,$s2,$s3

按位或：

OR $s1,$s2,$s3

按位或非：

NOR $s1,$s2,$s3  #当$s3为0时就变成了对$s2按位非，一帮来说$s3可用$zero代替

乘法是可以用逻辑左移来表示

（5）条件分支语句

if else

在mips中

beq $s1,$s2,branch  #当$s1,$s2相等跳转到branch分支bne $s1,$s2,branch  #当$s1,$s2不相等跳转到branch分支j branch  #无条件跳转branch分支

例子：if(a=b) c=d+e;

else c=d-e;

a,b,c,d,e分别在$s0,...,$s4

用mips表示

beq $s0,$s1,thensub $s2,$s3,$s4j Exitthen:add $s2,$s3,$s4Exit:

（6）小于则置位

有符号数

slt $t0,$s1,$s2  #$t0=1 if $s1<$s2 else $t0=0slti $t0,$s1,10  #$t0=1 if $s1<10 else $t0=0

无符号数

sltu和sltiu同理

需要注意计算机中存储数字是用补码

（7）一些关于栈和过程的前置知识

用汇编语言解释栈和函数的过程比较复杂，建议到课本学习

$sp #表示栈指针
$ra #默认存储函数调用者的地址
jal function #调用函数并自动给$ra赋值
jr $ra #函数调用结束回到调用的地址
$v0,$v1 #用来存储返回值
$a0,$a1,$a2,$a3 #用来存储参数

（8）读取字

lb $t0,0($s0)  #读取一个字节放到寄存器
sb $t0,0($s0)  #把寄存器中的一个字节放到存储器中
lh $t0,0($s0)  #读取半个字即16位
sh $t0,0($s0)  #把寄存器中半个字放到存储器中

3.算术运算

1.补码

计算机中数字的存储是以补码的方式进行的，也就是说进行add，sub等算术运算时，输入的数据都是补码而不是源码。

输入-5在计算机中用补码0xffff_fffb表示而不是0x8000_0005表示

补码进行运算后，结果仍然是补码，不过正数的补码与源码相同，负数的补码与源码不同，之间存在一定的转化关系。

补码公式，x是补码，~x是补码逐个位取反，-x表示x的相反数的补码

x+(~x)=-1

2.溢出

所谓的溢出是指两个正数相加得到一个负数，或是说两个负数相加得到一个正数的情况叫做溢出。溢出只会发生在加法和减法当中（计算机里，补码之间的减法必需转化成补码间的加法才能计算，补码的减法无意义）。

3.有符号数和无符号数

1.有符号数

数字的最高位表示符号的数字叫做有符号数，0表示整数，1表示负数

2.无符号数

数字的所有位数都表示大小，恒为非负数，最高位也是表示数字的大小的。有符号数由于默认为整数，所以他的补码就是源码本身

3.有符号数与无符号数的运算

1.有符号数加减法——全部转化为补码的加法后得到最终结果的补码，需要判断是否溢出，如果溢出那么结果无效

2.无符号数的加减法——转化为补码的加法运算，结果不需要判断是否溢出，结果恒有效

3.有符号数的乘法——把两个有符号数全部转换为绝对值的补码，计算出正确结果的绝对值（以补码的形式表示，虽然补码和源码一样），在根据正确结果的符号，对绝对值的补码进行转换，得到正确结果的补码

4.无符号数的乘法——直接用两个源操作数相乘，他们乘法的结果就是最终结果的补码（源码）

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前言

一、一些基本概念

1.CPU是什么？

2.什么是I/O设备？

3.什么是cache？

4.CPU性能的三个衡量尺度

二、计算机的指令

1.指令和指令集

2.MIPS的汇编语言

（1）算术运算指令

（2）寄存器的符号

（3）数据传送指令

（4）一些逻辑运算

（5）条件分支语句

（6）小于则置位

（7）一些关于栈和过程的前置知识

（8）读取字

3.算术运算

1.补码

2.溢出

3.有符号数和无符号数

1.有符号数

2.无符号数

3.有符号数与无符号数的运算

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