计算机组成原理：MIPS

2024-04-07 16:07:54

计算机组成原理：MIPS

MIPS 处理器是在80年代初作为斯坦福大学VLSI研究计划的一部分开发的。现任大学校长的约翰·轩尼诗教授（John Hennessy）为研究生开设了头脑风暴课程，开始了MIPS的发展。读数和想法会议帮助启动了处理器的开发，该处理器成为首批RISC处理器之一，IBM和伯克利大约在同一时间开发处理器。

MIPS架构

斯坦福大学的研究小组在编译器方面有很强的背景，这促使他们开发了一种处理器，其架构将代表编译器降低到硬件级别，而不是将硬件提升到软件级别，这一直是硬件行业中长期存在的设计理念。

因此，MIPS处理器实现了更小、更简单的指令集。芯片设计中包含的每条指令都在单个时钟周期内运行。处理器使用一种称为流水线的技术来更有效地处理指令。

MIPS使用32个寄存器，每个寄存器宽32位（这种大小的位模式称为一个字）。

指令集
MIPS 指令集总共包含约 111 条指令，每条指令以 32 位表示。MIPS指令的示例如下：

add $r12, $r7, $r8

添加说明
上面是 MIPS 加法指令的程序集（上）和二进制（下）表示形式。该指令告诉处理器计算寄存器 7 和 8 中值的总和，并将结果存储在寄存器 12 中。美元符号用于指示寄存器上的操作。右侧的彩色二进制表示说明了 MIPS 指令的 6 个字段。处理器通过第一个（粉）和最后一个字段（绿）中的二进制数字来识别指令类型。在这种情况下，处理器会识别出此指令是从其第一个字段中的零和最后一个字段中的 20 开始的加法。

操作数以蓝色和黄色字段表示，所需的结果位置显示在第四个（紫色）字段中。橙色字段表示移位量，这是加法运算中不使用的。

该指令集由各种基本指令组成，包括：


21 个算术指令 （+， -， *， /， %）
8 个逻辑指令 （&， |， ~）
8 位操作指令
12 个比较说明（>、<、=、>=、<=、¬）
25 个分支/跳转指令
15 条加载指令
10商店说明
8 移动指令
4 其他说明

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