MIPS指令系统规范详解：数据格式、寄存器与算数运算指令

"A03_‘系统能力培养大赛’MIPS指令系统规范_v1.001"是一份详细的文档，主要介绍了一个基于MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）架构的计算机系统的编程模型和指令集。MIPS是一种广泛使用的精简指令集计算机(RISC)架构，用于教育和实践中的系统设计与编程训练。 1. **数据格式**：文档首先讨论了数据在内存中的表示方式，包括字节、半字和字等不同长度的数据单元，这对于理解和执行指令时正确处理数据至关重要。 2. **寄存器**：MIPS指令系统使用一系列专用寄存器，如通用寄存器（如$ra、$sp等）和特殊寄存器（如$hi、$lo用于存储大整数），这些寄存器在程序执行过程中起到临时存储和数据交换的作用。 3. **大小尾端**：MIPS支持大小端模式，即在存储大整数时，高位字节可以存储在低地址或高地址，这取决于处理器的配置，对数据处理和存储操作有直接影响。 4. **存储访问类型**：文档提及了存储访问的不同类型，如直接寻址、立即寻址和间接寻址，这些访问方式决定了指令如何获取操作数。 **指令格式**： - MIPS指令由操作码字段、源操作数字段和目的操作数字段组成，这种结构使得指令执行高效且易于解析。 **指令功能分类**： - **算术运算指令**：包括ADD（加法）、ADDI（带立即数的加法）、ADDU（无符号加法）、ADDIU（带立即数的无符号加法）、SUB（减法）、SUBU（无符号减法）、SLT（小于）、SLTI（带立即数的小于）、SLTU（无符号小于）、SLTIU（带立即数的无符号小于）、DIV（除法）、DIVU（无符号除法）、MULT（乘法）、MULTU（无符号乘法）等，这些都是基础的数学运算指令。 **逻辑运算指令**：包括AND（与）、ANDI（带立即数的与）、LUI（加载无符号大立即数）、NOR（非或）、OR（或）、ORI（带立即数的或）、XOR（异或）和XORI（带立即数的异或）等，用于处理布尔逻辑。 **移位指令**：如SLLV（左移）、SLL（无符号左移）、SRAV（右移附加）、SRA（无符号右移）、SRLV（逻辑右移）、SRL（无符号逻辑右移）等，这些指令用于数据位移操作。 **分支跳转指令**：包括BEQ（条件相等分支）、BNE（条件不等分支）、BGEZ（无符号大于等于零）、BGTZ（无符号大于零）、BLEZ（无符号小于或等于零）、BLTZ（无符号小于零）、BGEZAL（有符号大于等于零）、BLTZAL（有符号小于零）等，实现控制流程转移。 **数据移动指令**：MFHI/MFLO（将高/低位寄存器内容移到堆栈）、MTHI/MTLO（将堆栈内容移到高/低位寄存器）、J（无参数跳转）、JAL（无参数调用）、JR（无参数跳转到最近的返回地址）和JALR（带参数跳转并返回）用于数据在寄存器和堆栈之间的移动。 **自陷指令**：BREAK（触发中断或异常）和SYSCALL（进行系统调用）是特殊的指令，用于处理程序执行过程中的中断请求和操作系统交互。 **访存指令**：LB（加载字节）、LBU（加载无符号字节）、LH（加载半字）、LHU（加载无符号半字）、LW（加载字）、SB（存储字节）、SH（存储半字）、SW（存储字）提供了对主存的读写操作。 **特权指令**：如ERET（特权级别返回）、MFC0（从寄存器组读取特定寄存器值）、MTC0（向寄存器组写入特定寄存器值）是仅在特定特权级别下执行的指令，涉及系统级操作。 5. **存储管理和中断与例外**：文档还涉及了存储管理的基本概念，以及处理器如何处理异常和中断，包括异常优先级和异常入口点的管理。 这份规范详细描述了MIPS指令集的各个方面，从数据处理到控制流，再到存储管理和系统交互，对于理解和编写MIPS架构的程序具有重要的指导作用。