MIPS体系结构详解及其发展历程

"MIPS体系结构介绍.ppt" MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages，无锁存管道阶段微处理器）是一种精简指令集计算机（RISC）架构，以其高效、简单的设计而著名。这份资料详细介绍了MIPS体系结构的历史发展、特点以及其在处理器控制、缓存管理和异常中断方面的机制。 MIPSCPU的发展历程从1987年的MIPSR2000开始，随着技术进步，频率不断提升，包括MIPSR3000、IDTR3051、MIPSR4000系列以及后续的MIPSR10000等，展示了MIPS架构在高性能计算领域的应用。 MIPS体系结构的特点主要包括以下几点： 1. 定长指令：每个指令都是32位，简化了指令解码。 2. 寄存器丰富：拥有32个通用寄存器，寄存器0始终为0。 3. 三操作数指令格式：允许两个源操作数和一个目标操作数。 4. 无条件执行：所有指令均无条件执行，提高执行效率。 5. 访存机制：仅通过load和store指令进行内存访问，并且要求对齐。 6. 跳转指令范围有限：绝对跳转范围256MB，相对跳转范围128KB。 7. 专用hi,lo寄存器：用于乘除法运算。 8. 没有字节或半字操作指令，也没有专门的栈支持，但提供了过程调用标准（ABI）。 9. 流水线设计：如延迟槽（delayed branch）和load延迟槽（load delay slot）。 10. 独立的乘除法部件，以及其他控制指令相关特性。 MIPS处理器控制涉及Coprocessor 0，它用于设置CPU配置、控制缓存、处理异常和中断，以及进行存储管理和其他功能，如时钟和事件计数器。缓存管理主要包括初始化、处理DMA（直接内存访问）操作时的缓存同步，以及处理缓存别名问题，通过特定的cache指令（如writeback, invalidate, writeback_invalidate）来实现。 在异常和中断处理方面，MIPS CPU会在发生异常时保存当前程序计数器到epc寄存器，切换到核心模式并禁止中断，同时将异常原因记录在cause寄存器中。对于地址异常，会保存异常地址到badvaddr寄存器，对于MMU相关的异常，会涉及到额外的MMU寄存器操作。MIPS架构提供了一套严谨的机制来确保系统的稳定性和可靠性。 MIPS架构因其简洁高效的设计，广泛应用于嵌入式系统、教育领域以及高性能计算中。通过了解这些特点和机制，开发者能够更好地理解和优化基于MIPS的系统。