MIPS 指令集与机器码生成
2024-09-29
MIPS 指令集概览
MIPS 指令集采用 32 位定长指令，根据字段格式和用途分为多种类型。
主要指令类型
- R 型指令：用于寄存器之间的操作。
opcode | rs | rt | rd | shamt | funct
- I 型指令：用于寄存器与立即数之间的操作，或内存访问。
opcode | rs | rt | immediate
- J 型指令：用于跳转操作。
opcode | address
- 分支指令：属于 I 型指令，用于条件跳转。
opcode | rs | rt | offset
R 型指令
R 型指令用于寄存器之间的操作，操作数和结果均保存在寄存器中，常用于算术和逻辑运算。
格式
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- opcode：操作码，固定为
000000。 - rs：源寄存器 1。
- rt：源寄存器 2。
- rd：目标寄存器。
- shamt：移位量，非移位操作时为
00000。 - funct：功能码，指定具体操作。
示例：add $s0, $t0, $t1
将 $t0 和 $t1 的值相加，并把结果存入 $s0。
- opcode：
000000 - rs：
$t0（01000） - rt：
$t1（01001） - rd：
$s0（10000） - shamt：
00000 - funct：
100000（加法）
机器码：
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十六进制表示： 0x01098020
I 型指令
I 型指令用于寄存器与立即数之间的操作，或内存的加载与存储操作。它包含一个 16 位立即数或地址偏移量。
格式
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- opcode：操作码，指定指令类型。
- rs：源寄存器或基址寄存器。
- rt：目标寄存器。
- immediate：立即数或地址偏移量。
示例一：addi $t0, $0, 10
将立即数 10 与 $0（其值始终为 0）相加，并把结果存入 $t0。
- opcode：
001000（addi） - rs：
$0（00000） - rt：
$t0（01000） - immediate：
0000000000001010（10 的二进制表示）
机器码：
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十六进制表示： 0x2008000A
注意： 在 addi $t0, $0, 10 的汇编格式中，目标寄存器 $t0 写在源寄存器 $0 前面；机器码则按 opcode | rs | rt | immediate 排列，源寄存器 rs 在目标寄存器 rt 前。这种差异来自指令架构的设计。
示例二：lw $t0, 4($t1)
从地址 $t1 + 4 加载一个字，存入 $t0。
- opcode：
100011（lw） - rs：
$t1（01001） - rt：
$t0（01000） - immediate：
0000000000000100（4 的二进制表示）
机器码：
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十六进制表示： 0x8D280004
J 型指令
J 型指令用于无条件跳转到指定地址。
格式
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- opcode：操作码，表示跳转指令。
- address：目标地址，不包含最高 4 位和最低 2 位。
示例：j 0x00400000
无条件跳转到地址 0x00400000。
- opcode：
000010（j） - address：
00000000010000000000000000
机器码：
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十六进制表示： 0x08000000
分支指令
分支指令用于条件跳转，常见于条件判断和循环等控制流程。
格式
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- opcode：操作码，表示分支类型，例如
beq、bne。 - rs：源寄存器 1。
- rt：源寄存器 2。
- offset：相对于下一条指令地址的偏移量。
示例：beq $t0, $t1, label
如果 $t0 等于 $t1，则跳转到 label。
- opcode：
000100（beq） - rs：
$t0（01000） - rt：
$t1（01001） - offset：
0000000000000010（假设偏移量为 2）
机器码：
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十六进制表示： 0x11090002