MIPS体系结构详解及其发展历程
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更新于2024-09-10
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"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。
2019-07-27 上传
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