MIPS指令系统与MIPS体系结构探索

"本次实验是关于计算机体系结构中的MIPS指令系统和MIPS体系结构的探索，旨在让学生深入了解指令级模拟器的运作，熟练掌握MIPSsim模拟器的使用，并理解MIPS指令的操作语义和体系结构的特点。实验中，学生通过启动MIPSsim模拟器，设置非流水线模式，加载并分析样例程序alltest.asm，观察寄存器状态，执行load和store指令，以此来实践MIPS指令的执行过程。" 在计算机体系结构中，MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages，无互锁流水级微处理器）是一种精简指令集计算（RISC）架构，广泛用于教学和研究。MIPS指令系统以其高效、简洁的设计著称，具有固定长度的指令格式，易于硬件实现。 实验首先介绍了MIPSsim，这是一个用于模拟MIPS指令执行的工具，它允许用户在软件层面模拟整个MIPS处理器的行为。通过"配置" -> "流水方式"选项，可以切换流水线工作模式，帮助学生理解非流水线执行的优势和限制。 在实验步骤中，学生加载了alltest.asm程序，这是一个用MIPS汇编语言编写的示例程序，用于展示各种指令的功能。通过查看"代码"窗口，学生可以观察到程序的内存布局。接着，他们关注了PC（程序计数器）寄存器，它是控制程序执行的关键部件，初始值通常设为0。 在执行load和store指令时，这些指令用于从内存加载数据到寄存器（load）或从寄存器存储数据到内存（store）。实验详细记录了每一步操作后寄存器R1的值变化，展示了如何处理不同类型的载入指令，如载入字节、半字或字，以及有符号和无符号数据。这种实践性的操作有助于理解MIPS指令的操作语义。 通过这个实验，学生不仅能够熟悉MIPS指令系统的具体操作，还能够深入了解MIPS体系结构的内部工作原理，包括数据通路、控制单元和存储层次。这为后续学习计算机系统的设计和优化奠定了坚实的基础。