【正文】 MIPS的浮點操作 。 90/90 ▲ MIPS指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1. 由操作碼指出操作數(shù)是單精度（ SP）或雙精度（ DP） ? 后綴 S： 表示操作數(shù)是單精度浮點數(shù) ? 后綴 D： 表示是雙精度浮點數(shù) 2. 浮點操作 包括加、減、乘、除，分別有單精度和雙精度指令。 例如： “ 置小于 ” 指令 ? 有的分支指令可以直接判斷寄存器內(nèi)容是否為負(fù)，或者比較兩個寄存器是否相等。 ? 跳轉(zhuǎn)并鏈接： 把目標(biāo)地址送入程序計數(shù)器，把返回地址（即順序下一條指令的地址）放入寄存器 R31。 ? 確定目標(biāo)地址的方式 ? 把指令中的 26位偏移量左移 2位（因為指令字長都是 4個字節(jié)）后，替換程序計數(shù)器的低 28位； ? 間接跳轉(zhuǎn)：由指令中指定的一個寄存器來給出轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址。.63 4. ALU指令 寄存器－寄存器型（ RR型）指令或立即數(shù)型 算術(shù)和邏輯操作：加、減、與、或、異或和移位等 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 85/90 ▲ MIPS指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu) R0的值永遠(yuǎn)是 0，它可以用來合成一些常用的操作。31 SH R5， 502(R4) 保存半字 Mem[502+Regs[R4]]← 16 Regs[R5] 48 3. load和 store指令 指令舉例 指令名稱 含 義 LD R2， 20(R3) 裝入雙字 Regs[R2]← 64 Mem[20+Regs[R3]] LW R2， 40(R3) 裝入字 Regs[R2]← 64 (Mem[40+Regs[R3]]0)32 Mem[40+Regs[R3]] LB R2， 30(R3) 裝入字節(jié) Regs[R2]← 64 (Mem[30+Regs[R3]]0)56 Mem[30+Regs[R3]] LBU R2， 40(R3) 裝入無符號字節(jié) Regs[R2]← 64 056 Mem[40+Regs[R3]] LH R2， 30(R3) 裝入半字 Regs[R2]← 64 (Mem[30+Regs[R3]]0)48 Mem[30+Regs[R3]] Mem[31+Regs[R3]] F2， 60(R4) 裝入半字 Regs[F2]← 64 Mem[60+Regs[R4]] 032 F2， 40(R3) 裝入雙精度浮點數(shù) Regs[F2]← 64 Mem[40+Regs[R3]] SD R4， 300(R5) 保存雙字 Mem[300+Regs[R5]]← 64 Regs[R4] SW R4， 300(R5) 保存字 Mem[300+Regs[R5]]← 32 Regs[R4] F2， 40(R2) 保存單精度浮點數(shù) Mem[40+Regs[R2]]← 32 Regs[F2] 0 例如： 0 32：一個 32位長的全 0字段 82/90 ▲ MIPS指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ? 符號 ： 用于兩個字段的拼接，并且可以出現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳送的任何一邊。 例如： Regs[R4]0：寄存器 R4的符號位 Regs[R4]5663： R4的最低字節(jié) ? Mem： 表示主存； ? 按字節(jié)尋址，可以傳輸任意個字節(jié)。 26 操作碼 6 與 PC 相加的偏移量 31 0 5 6 80/90 ▲ MIPS指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1. MIPS指令可以分為四大類 ? load和 store ? ALU操作 ? 分支與跳轉(zhuǎn) ? 浮點操作 2. 符號的意義 ? x← ny： 從 y傳送 n位到 x ? x， y←z ： 把 z傳送到 x和 y MIPS的操作 81/90 ▲ MIPS指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ? 下標(biāo)： 表示字段中具體的位； ? 對于指令和數(shù)據(jù)，按從最高位到最低位（即從左到右）的順序依次進行編號，最高位為第 0位，次高位為第 1位，依此類推。 ? ALU指令 Regs[rd]← Regs[rs] funct Regs[rt] funct為具體的運算操作編碼 操作碼 rs 6 5 5 6 rt 5 rd fu n c t 0 5 6 10 11 15 16 31 20 21 s h a mt 25 26 5 79/90 ▲ MIPS指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ? J類指令 ? 包括跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)并鏈接指令，自陷指令，異常返回指令。 ? 立即數(shù)字段為 16位，用于提供立即數(shù)或偏移量。 MIPS的數(shù)據(jù)尋址方式 75/90 ▲ MIPS指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1. 尋址方式編碼到操作碼中 2. 所有的指令都是 32位的 3. 操作碼占 6位 4. 3種指令格式 3種格式中，同名字段的位置固定不變。 MIPS的數(shù)據(jù)表示 74/90 ▲ MIPS指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1. 立即數(shù)尋址與偏移量尋址； 立即數(shù)字段和偏移量字段都是 16位的。 73/90 ▲ MIPS指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1. MIPS的數(shù)據(jù)表示 ? 整數(shù) 字節(jié)（ 8位 ） 半字（ 16位 ） 字（ 32位 ） 雙字（ 64位 ） ? 浮點數(shù) 單精度浮點數(shù)（ 32位 ） 雙精度浮點數(shù)（ 64位 ） 2. 字節(jié)、半字或者字在裝入 64位寄存器時，用零擴展或者用符號位擴展來填充該寄存器的剩余部分。 3. 一些特殊寄存器 ? 它們可以與通用寄存器交換數(shù)據(jù)。 MIPS的寄存器 72/90 ▲ MIPS指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ? 用來存放 32個單精度浮點數(shù)（ 32位），也可以用來存放 32個雙精度浮點數(shù)（ 64位）。 一臺 32位的機器應(yīng)該支持 1 32位整型操作數(shù)以及 32位和 64位的 IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)的浮點操作數(shù)。 ? 非壓縮十進制：將十進制數(shù)直接用字符串來表示。 ? 浮點操作數(shù)： 單精度浮點數(shù) （ 1個字）、雙精度浮點數(shù)（雙字）。 主要的大?。?字節(jié)（ 8位）、半字（ 16位） 字（ 32位）、和雙字（ 64位） 69/90 ▲ 操作數(shù)的類型和大小 ? 字符： 用 ASCII碼表示 ，為一個字節(jié)大小。 ? 缺點： 由于需要在執(zhí)行過程中動態(tài)檢測標(biāo)志符，動態(tài)開銷比較大，所以采用這種方案的機器很少見。 ? 給數(shù)據(jù)加上標(biāo)識，由數(shù)據(jù)本身給出操作數(shù)類型。 研究： 這些數(shù)據(jù)類型的邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)之間的關(guān) 系，并給出相應(yīng)的算法。 ? 所有數(shù)據(jù)類型中最常用、相對比較簡單、用硬件實現(xiàn)比較容易的幾種。 ?1981年， Stanford大學(xué) Hennessy等人的 MIPS 后來發(fā)展成了 MIPS Rxxx系列微處理器。 66/90 ▲ 指令系統(tǒng)的發(fā)展和改進 1983年的 RISCⅡ ： ? 指令條數(shù)為 39，通用寄存器個數(shù)為 138，時鐘頻率為12MHz。 3. 早期的 RISC微處理器 ? 1981年 ， Berkeley分校的 Patterson 等人的 32位微處理器 RISC I ： ? 31條 指令，指令字長都是 32位 ， 78個 通用寄存器，時鐘頻率為 8MHz； ? 控制部分所占的芯片面積只有約 6%。 64/90 ▲ 指令系統(tǒng)的發(fā)展和改進 2. 設(shè)計 RISC機器遵循的原則 ? 指令條數(shù)少、指令功能簡單。采用這些復(fù)雜指令有可能使整個程序的 執(zhí)行時間反而增加。 導(dǎo)致的問題： ? 占用了大量的芯片面積（如占用 CPU芯片總面積的 一半以上），給 VLSI設(shè)計造成很大的困難； ? 增加了研制時間和成本，容易造成設(shè)計錯誤。 ? 使用頻度高的指令也是最簡單的指令。 ? 據(jù)統(tǒng)計：只有 20％ 的指令使用頻度比較高，占運 行時間的 80％ 。 支持操作系統(tǒng)的有些指令屬于特權(quán)指令，一般用戶 程序是不能使用的。 60/90 ▲ 指令系統(tǒng)的發(fā)展和改進 ? 面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化實現(xiàn)改進指令系統(tǒng) ? 操作系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是緊密聯(lián)系的，操作系 統(tǒng)的實現(xiàn)在很大程度上取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的支持。 ② 直接執(zhí)行高級語言的機器 直接把高級語言作為機器語言。 ? 增強系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的規(guī)整性，減少系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的各種例外情況。 （ 1）編譯器本身比較復(fù)雜； （ 2）編譯生成 的目標(biāo)代碼比較難以達到很好的優(yōu)化。 ? 循環(huán)控制部分通常用 3條指令完成： ? 一條加法指令 ? 一條比較指令 ? 一條分支指令 ? 設(shè)置循環(huán)控制指令，用一條指令完成上述 3條 指令的功能。 ? 既能減少目標(biāo)程序的執(zhí)行時間，也能有效地縮短程序的長度。 54/90 ▲ 指令系統(tǒng)的發(fā)展和改進 沿 CI