mips指令
中国留学生之父-退税申请书
2023年2月23日发(作者：小白兔蜕变史)通过简单例⼦，学习MIPS指令集（⼀）
要控制计算机的硬件⼯作，必须使⽤它的语⾔。MIPS指令集是计算机应⽤中最简单的指令集，弄懂MIPS指令集，可以帮助我们更好的
理解计算机的运⾏原理。
本⽂⼤量参考这本书（提取码为：os0a），如果你看完觉得不过瘾，可以下载原书籍深⼊学习。本⼈⾮科班出⾝，⽂章避免不了存在
错误之处，发现不对的地⽅，还望指出，⼀起进步。
先来看⼏个简单概念，什么是机器语⾔？汇编语⾔？指令？指令集？
机器可以直接识别的语⾔，就是机器语⾔，⼀般是具有⼀定格式的1和0的组合，上图中指令的'⼆进制表⽰⾏'就是机器语⾔。MIPS中指令
都是32位的。
由于101010...这样的机器语⾔，⼈类很难理解和记忆其表⽰的含义，于是就创造了诸如add$s0,$s1,$s2这样的⼈类看起来较为直观的
汇编语⾔，上图中'add⾏'就是汇编语⾔。我们⽤⾼级程序语⾔编写的程序，先经过编译器编译成汇编语⾔，然后再经过汇编器，编译成机器
语⾔。
机器语⾔和汇编语⾔可以认为是指令的⼀体两⾯。三者含义相似，指令是概括的说法。
指令集，顾名思义，就是⼀组指令的集合。按照不同规则设计的指令的集合，就是不同的指令集。
⼀、加减法指令：
例1：将下述C语⾔中两条赋值语句翻译成MIPS指令。
a=b+c;
d=a-e;
解：在编译过程中，编译器负责将寄存器和程序变量⼀⼀对应起来，此处我们假定变量a,b,c,d,e被分别分配到寄存器
$s0,$s1,$s2,$s3,$s4，编译后的汇编代码如下（#后为该⾏汇编代码的注释）：
add$s0,$s1,$s2#将变量b($s1)和c($s2)相加，把它们之和存储在a($s0)中
sub$s3,$s0,$s4#⽤变量a($s0)减去e($s4)，将它们之差值存储在d($s3)中
针对上述汇编代码，你可能有这样的疑问：
1、为什么要把变量对应到寄存器？
因为MIPS中的算数运算操作只作⽤于寄存器（可以这样理解：CPU中算术逻辑单元只能对寄存器中的数据进⾏直接运算），因此变量必须
要对应到寄存器，才能进⾏运算。
2、为什么是$s0,$s1,$s2,$s3,$s4这⼏个寄存器？
MIPS中有32个寄存器，编号从0到31。寄存器$s0到$s7对应的寄存器号为16到23，这些寄存器主要就是⽤来进⾏算数运算操作的。
例2：将下述C语⾔代码翻译成MIPS指令。
f=(g+h)-(i+j);
解：我们同样假定变量f,g,h,i,j被分别分配到寄存器$s0,$s1,$s2,$s3,$s4，同时，此例中我们还要引⼊两个临时变量t0(⽤来存储
g+h的结果)和t1(⽤来存储i+j的结果)，分别被分配到寄存器$t0和$t1，编译后的结果如下：
add$t0,$s1,$s2#将变量g($s1)和h($s2)相加，把它们的和存储在t0($t0)中
add$t1,$s3,$s4#将变量i($s3)和j($s4)相加，把它们的和存储在t1($t1)中
sub$s0,$t0,$t1#⽤变量t0($t0)减去t1($t1)，将它们之差值存储在f($s0)中
你可能还会有这样的疑问：上述指令中的$t0和$t1是哪⾥来的，为什么要引⼊这两个寄存器？
答案是：⼀条MIPS指令只能执⾏⼀个运算，所以编译器会将这条稍复杂的C语⾔代码编译成多条汇编语⾔指令。
可以认为是多了⼀个中间环节：
$t0和$t1是MIPS中专门⽤来存储临时数据的寄存器。这样的寄存器也有8个，分别是$t0到$t7，对应MIPS32个寄存器中的8到15号。
⼆、数据传送指令：
例3：a是含有100个字的数组（字可以简单理解为指令集中寄存器的位数，本篇⽂章中，我们默认字是32位，很显然，像数组a这样的数据
结构，含有的数据元素甚⾄超过寄存器的数量，只能存放在存储器中），试编译C语⾔赋值语句：g=h+a[8];
解：我们假设编译器将寄存器$s1、$s2分别分配给变量g、h，同时假设数组a的起始地址存储在寄存器$s3中。编译后结果如下：
lw$t0,32($s3)#将a[8]加载进寄存器$t0中；lw指令是loadword的简写，表⽰将数据从内存加载⾄寄存器中，($s3)表⽰数组a的起始地址，32表⽰偏移量，就是到起
add$s1,$s2,$t0#将变量h($s2)和t0($t0)相加，把它们的和存储在g($t1)中;
例4：a是含有100个字的数组,试编译C语⾔赋值语句：a[12]=h+a[8];
解：我们假设编译器将寄存器$s2分配给h，同时假设数组a的起始地址存储在寄存器$s3中。编译后结果如下：
lw$t0,32($s3)#将a[8]加载进寄存器$t0中；
add$t0,$s2,$t0#将变量h($s2)和t0($t0)相加，把它们的和存储在寄存器$t0中;
sw$t0,48($s3)#将寄存器$t0中的值写⼊数组a[12]中；sw指令是storeword的简称，表⽰将数据从寄存器存储到内存中。($s3)表⽰数组a的起始地址，48表⽰偏移量
最后，摘抄极客时间徐⽂浩⽼师的专栏《深⼊浅出计算机组成原理》中部分内容，扩展下知识范围：
MIPS的指令是⼀个32位的整数，⾼6位叫操作码（Opcode），也就是代表这条指令具体是⼀条什么样的指令，剩下的26位有三种格
式，分别是R、I和J。
R指令是⼀般⽤来做算术和逻辑操作，⾥⾯有读取和写⼊数据的寄存器的地址。如果是逻辑位移操作，后⾯还有位移操作的位移量，⽽最后
的功能码，则是在前⾯的操作码不够的时候，扩展操作码表⽰对应的具体指令的。
I指令，则通常是⽤在数据传输、条件分⽀，以及在运算的时候使⽤的并⾮变量还是常数的时候。这个时候，没有了位移量和操作码，也没
有了第三个寄存器，⽽是把这三部分直接合并成了⼀个地址值或者⼀个常数。
J指令就是⼀个跳转指令，⾼6位之外的26位都是⼀个跳转后的地址。
后续⽂章会陆续介绍其他的指令。
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