【正文】 在 RISC的早期研究中，加州大學(xué)伯克利分校（ UC Berkeley）和斯坦福大學(xué)（ Stanford） 提出了許多有創(chuàng)見的新思想。 1999年MIPS技術(shù)公司發(fā)布了 MIPS32和 MIPS64架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。 中國科學(xué)院計算所的龍芯 1和 2都采用 64位 MIPS指令架構(gòu)。 – 存儲單精度浮點數(shù)（ 32位）時，只用到 FPR的一半，其另一半沒用。裝入以后，對它們將按照 64位整數(shù)的方式進(jìn)行運(yùn)算。 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 9 MIPS指令格式（ P48） ? MIPS32和 MIPS64體系結(jié)構(gòu)定義了兼容的 32位和 64位處理機(jī)指令 ? 使用條件編譯或宏匯編指令能寫出可同時在 MIPS32和 MIPS64上運(yùn)行的程序 ? 尋址方式編碼到操作碼中 ? 所有的指令都是 32位的 ? 操作碼占 6位 ? 3種指令格式（ 3種格式中，同名字段的位置固定不變） 6 5 5 1 6 oc 操作碼 rs 源操作數(shù)寄存器 rt 源 / 目的操作數(shù)寄存器 i m m edi at e 立即數(shù) 0 5 6 10 1 1 15 16 31 6 5 5 5 5 6 oc 操作碼 rs 源操作數(shù)寄存器 rt 源 / 目的操作數(shù)寄存器 rd 目的操作數(shù)寄存器 s ham t 移位位數(shù) f unc t 功能碼 0 5 6 10 1 1 15 16 20 21 25 26 31 6 2 6 oc 操作碼 of f s et 跳轉(zhuǎn)的目的地址 0 5 6 31 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 10 MIPS指令格式 ——I類指令 ? 包括所有的 load和 store指令，立即數(shù)指令，分支指令，寄存器跳轉(zhuǎn)指令，寄存器鏈接跳轉(zhuǎn)指令。 ? 在這類指令中，指令字的低 26位是偏移量，它與 PC值相加形成跳轉(zhuǎn)的地址。 – 上標(biāo)：用于表示對字段進(jìn)行復(fù)制的次數(shù)。 例如： DADDIU R1， R0， 100 給寄存器 R1裝入常數(shù) 100 DADD R1， R0， R2 把寄存器 R2中的數(shù)據(jù)傳送到寄存器 R1 指令舉例 指令名稱 含義 DADDU R1， R2， R3 無符號加 Regs[R1]← Regs[R2]+ Regs[R3] DADDIU R4， R5， 6 加無符號立即數(shù) Regs[R4]← Regs[R5]+6 LUI R1， 4 把立即數(shù)裝入到一個字的高 16位 Regs[R1]← 0 32 4 016 DSLL R1， R2， 5 邏輯左移 Regs[R1]← Regs[R2]5 DSLT R1， R2， R3 置小于 If(Regs[R2] Regs[R3]) Regs[R1]← 1 else Regs[R1]←0 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 17 MIPS的控制指令（ P50） ? 由一組跳轉(zhuǎn)和一組分支指令來實現(xiàn)控制流的改變 ? 典型的 MIPS控制指令 指令舉例 指令名稱 含義 J name 跳轉(zhuǎn) PC 3663←name 2； ((PC+4)－ 227)≤name ＜ ((PC+4)+227) JALR R3 寄存器跳轉(zhuǎn)并鏈接 Regs[R31]←PC+4 ； PC← Regs[R3] JR R5 寄存器跳轉(zhuǎn) PC← Regs[R5] BEQZ R4， name 等于零時分支 if(Regs[R4]== 0) PC←name ； ((PC+4)－ 217)≤name ＜ ((PC+4)+217) BNE R3， R4， name 不相等時分支 if(Regs[R3]!= Regs[R4]) PC←name ((PC+4)－ 217)≤name ＜ ((PC+4)+217) MOVZ R1， R2， R3 等于零時移動 if(Regs[R3]==0) Regs[R1]← Regs[R2] 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 18 ? 跳轉(zhuǎn)指令 –根據(jù)跳轉(zhuǎn)指令確定目標(biāo)地址的方式不同以及跳轉(zhuǎn)時是否鏈接，可以把跳轉(zhuǎn)指令分成 4種。 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 19 ? 分支指令（條件轉(zhuǎn)移） –分支條件由指令確定 例如：測試某個寄存器的值是否為零 –提供一組比較指令，用于比較兩個寄存器的值。 ? 浮點數(shù)比較指令 – 根據(jù)比較結(jié)果設(shè)置浮點狀態(tài)寄存器中的某一位，以便于后面的分支指令 BC1T（ 若真則分支）或 BC1F（ 若假則分支）測試該位，以決定是否進(jìn)行分支。數(shù)據(jù)寄存器 （ 映射地址 ） Set CONTROL = 1, 將 DATA作為無符號整型數(shù)輸出 Set CONTROL = 2, 將 DATA作為有符號整型數(shù)輸出 Set CONTROL = 3, 將 DATA作為浮點數(shù)輸出 Set CONTROL = 4, 將 DATA作為輸出字串的首地址 Set CONTROL = 5, 將 DATA+5 作為 x坐標(biāo) ， DATA+4作為 y坐標(biāo) ， DATA作為 RGB彩色值輸出 Set CONTROL = 6, 清除終端屏幕 Set CONTROL = 7, 清除圖形屏幕 Set CONTROL = 8, 從鍵盤讀 DATA（ 整型數(shù)或浮點數(shù) ） Set CONTROL = 9, 從 DATA讀 1字節(jié) ， 無字符回顯 數(shù)據(jù)地址 0x00000 …… 程序存儲器 程序起點 …… lwu r24,DATA(r0) lwu r25,CONTROL(r0) 指令地址 0x00000 …… …… …… 數(shù)據(jù)存儲器 常規(guī)數(shù)據(jù)區(qū) …… 0x10000 0x10008 sd r9,0(r24) sd r2,0(r25) …… …… 控制寄存器 數(shù)據(jù)寄存器 …… …… …… …… …… …… …… …… 仿真非智能終端 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 32 MIPS64模擬器演示實驗 1 —— 整數(shù)加法 文件名： .data A: .word 10 B: .word 8 C: .word 0 .text main: ld r4,A(r0) 。C←r3 halt 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 33 MIPS64模擬器演示實驗 2 —— 階乘 1 文件名： 。 .data number: .word 10 。r22指向 DATA單元（端口） 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 34 MIPS64模擬器演示實驗 2 —— 階乘 2 daddi r24,r0,4 。調(diào)階乘子程序，返回值在 r10（ 整型量） daddi r24,r0,1 。階乘子程序，入口參數(shù)在 r1， 返回值在 r10 。子程序返回地址壓進(jìn)堆棧 daddi r29,r29,8 。r1←r1 － 1 jal factorial 。出棧： r3← 棧頂單元 dmulu r3,r3,r4 。r31← 返回地址 out: jr r31 。r3←r4+r5 sd r3,C(r0) 。準(zhǔn)備命令 1（將 DATA作為無符號整型數(shù)輸出） sd r3,(r2) 。 $t8 = address of DATA register lwu $t9,CONTROL($zero) 。 write to CONTROL register and make it happen daddi $v0,$zero,2 。 .data n: .word 3 x: .double .text LD R1, n(R0) F0, x(R0) DADDI R2, R0, 1 。 F2 ← F2*F0 DADDI R1, R1, 1 。 在 WinMIPS64模擬器調(diào)試通過。 IEEE 754的標(biāo)準(zhǔn)文件是 ANSI/IEEE Std 7541985《 IEEE Standard for Binary FloatingPoint Arithmetic》， 通過 Google可搜到 pdf文件下載。 當(dāng) 0e255時，表示一個非零的規(guī)格化浮點數(shù)，數(shù)值為： N=(1)s 2e127 () IEEE 754浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)（續(xù) 1） 1 8 2 3 符號 S 階碼 e 尾數(shù) m 1 1 1 5 2 符號 S 階碼 e 尾數(shù) m 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 44 IEEE 754浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)（續(xù) 2） 當(dāng) e=255， 且 m≠ 0時，表示一個非數(shù) NaN(NotaNumber)。 當(dāng) e=0， 且 m≠ 0時，表示規(guī)格化浮點數(shù)： N=(1)s 2126 ()。 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 45 各次作業(yè)應(yīng)交的內(nèi)容 作業(yè) 2（第 2次課） (補(bǔ)充 )，實驗 1 2 月 19 日 1. 10 ( 改 ) ， 1. 7 ， 1. 1 1( 2 解法 ) 4 月 9 日 7. 14 ( 難題 ) ， 7. 12 ( 難題 ) 2 月 26 日 2. 14 ( 補(bǔ)充 ) ，實驗 1 ， 3. 8 ， 3. 10 4 月 16 日 8. 12 ( 補(bǔ) ) ， 8. 1 1( 改 ) ( 難題 )