MIPS体系结构与汇编语言基础教程

"MIPS 体系结构和汇编语言快速入门" MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipelined Stages) 是一种精简指令集计算机（RISC）架构，广泛用于教学和嵌入式系统中。本快速入门指南旨在帮助初学者理解和掌握 MIPS 体系结构及其汇编语言。 一、MIPS 数据类型与文法 MIPS 支持的数据类型包括字节（byte）、半字（halfword）和字（word）。字节占用8位，半字占用16位，而字则占用32位。在 MIPS 中，一个字符通常占用一个字节，一个整数占用一个字（4字节）。所有 MIPS 指令都是32位长，确保了指令执行的一致性。 二、MIPS 寄存器 MIPS 架构具有32个通用寄存器，编号从$0 到 $31。$0 寄存器始终为0，$at 通常被汇编器保留。$v0 和 $v1 用于存储函数返回值，$a0 至 $a3 作为函数参数传递。$t0 至 $t7 是临时寄存器，用于子函数调用时不需保存的中间计算，而 $s0 至 $s7 是保存寄存器，子函数使用它们时必须保存原有值并恢复。还有两个特殊寄存器 Lo 和 Hi，用于存储乘法和除法操作的结果，但不能直接寻址，需通过 mfhi 和 mflo 指令访问。 三、程序结构框架 在 MIPS 中，程序结构通常包含数据段（.data）和文本段（.text）。数据段用于声明和初始化全局变量，而文本段包含可执行代码。程序入口点通常在 .text 部分的 start 或 main 标签下。在 MIPS 中，子函数调用遵循特定的调用约定，如参数通过 $a0 至 $a3 传递，返回值通过 $v0 返回，且子函数需要管理保存和恢复现场寄存器（如 $s0 至 $s7）。 四、编写 MIPS 汇编程序 编写 MIPS 汇编程序涉及指令编码，包括加载（load）、存储（store）、算术运算、分支（branch）、跳转（jump）等。例如， lw 和 sw 分别用于从内存加载和存储数据到寄存器，add、sub、mul 和 div 分别执行加法、减法、乘法和除法操作，beq 和 bne 则用于条件分支。此外，jal 指令用于进行函数调用，并自动将返回地址保存在 $ra 寄存器中。 五、内存管理与堆栈 MIPS 的堆栈在内存中的增长方向是从高地址向低地址。$sp（栈指针）寄存器用于跟踪堆栈顶的位置，当函数调用时，会将返回地址和局部变量压入堆栈。堆栈操作如 push 和 pop 在 MIPS 中通常通过 addiu 和 subiu 指令配合 sw 和 lw 实现。 MIPS 体系结构和汇编语言的学习需要理解其独特的数据表示、寄存器使用、程序流程以及内存管理。通过实践编写汇编代码，可以更深入地掌握这些概念，从而解决实际问题。