MIPS架构的设计者为两条指令保留了26位，这两条特殊的指令就是跳转jump指令，一个跳转到指定的目标地址，一个跳转到子程序。其它的指令都只有16位留给常数。...MIPS指令中最小的操作码域是6位，为跳转的目的地址保留了26位。因为内存中的指令代码都是4字节对齐的，也就是说，最低2位不需要保存，那么允许访问的程序范围就是2^28，等于256MB。...这个地址不是相对于PC（程序计数器）的，而是被解释为256M的代码段中一个绝对地址。这样以来，对于大于256M的单个程序非常不便。...但是这儿的地址可以解释为相对PC寄存器的正负范围。所以，编译器只有知道目标地址在分支指令前后128KB的范围内才能正确地编码条件分支指令。...但是分支指令的重要性足以给其特殊处理，从上图可以看出，通过特殊的处理，ALU阶段可以在半个时钟周期内就使目标地址可用。连同取指令提前的半个周期，刚好在下下个流水线槽得到分支目标地址作为指令开始执行。
取数指令的格式是操作码之后接着目标寄存器，在后面是用来访问存储器的常数和寄存器。常数和第二个寄存器中的值相加即得到存储器地址。取数指令助记符为 lw(load word)。...实现方式是: 将多个指令序列分支的地址编码为一张表，即转移表(jump table) MIPS 提供了寄存器跳转指令 jr 意为 jump register，用来无条件跳转到寄存器的指定的地址。...，MIPS 还包括一条过程调用指令: 跳转到某个地址的同时将下一条指令的地址保存在 ra 中，这条跳转和链接指令(jump and link instruction)格式为:jal procedureAddress...在存储程序概念中，使用一个寄存器保存当前运行的指令地址是决定必要的。...这个寄存器称为程序计数器(program counter)，在 MIPS 中简称 PC。jal 指令实际将 PC+4 保存在 ra 中。
异常和中断概念在不同架构上的含义区别： MIPS架构将所有可以中断程序执行流的事件称为异常； X86架构将所有可以中断程序执行流的事件称为中断，我们日常所见的狭义上的中断，也就是外部中断，称之为异步中断...大部分操作系统中，中断处理程序共享代码（为了节约寄存器之类的目的），因此，常见的作法就是硬件或者微代码将CPU派发到不同的入口点，在这儿，OS再跳转到共同处理程序，根据中断编号进行处理。...但是，MIPS架构可以允许把不同的中断设置为不同的入口点。但是，这样软件也就丧失了调整中断优先级的控制，需要软件、硬件开发工程师协商。...但是EPC寄存器的值仍然指向最初造成TLB未命中的指令处。 这样的话，通用异常程序修复kseg2中的页表未命中问题（也就是将页表的地址合法化），然后，就返回到用户程序。...为1的话，就表明这对指令中间的代码是一次性执行完成的，而不是中间受到了某些中断，那么原子操作就成功了；为0的话，就表明原子操作没 成功，执行后面beq指令时，就会跳转到ll指令重新执行，直到原子操作成功为止
当该位为1时，程序运行于THUMB状态，否则运行于ARM状态。该信号反映在外部引脚TBIT上。在程序中不得修改CPSR中的TBIT位，否则处理器工作状态不能确定。...MIPS/MHz表示CPU在每MHz的运行速度下可以执行多少个MIPS，如0.9MIPS/MHz则表示如果CPU运行在1MHz的频率下，每秒可执行90万条指令。...因此，尽量地少使用跳转指令可以提高程序的指令效率 PC代表程序计数器，流水线使用三个阶段，因此指令为分为三个阶段执行： 1、取指（从存储器装载一条指令） 2、译码（识别将要被执行的指令） 3、执行（处理指令并将结果写回寄存器...0000 1010 5）0-23位：偏移地址：目标地址与该指令的相对偏移 偏移的计算公式： (目标跳转的地址-(当前这条指令的地址+8))/4 (1c04-(1bd0+8))/4=1011 1c04：...中测试一下 将IDA中hex中随便一个地方改为0B 00 00 0A 我们看到指令变为了BEQ loc_F42AA0D4 我们计算利用偏移公式计算F42AA0D4（目标地址）和F42AA0A0（当前地址
其中，控制单元负责控制 CPU 工作，逻辑运算单元负责计算，而寄存器可以分为多种类，每种寄存器的功能又不尽相同。 CPU 中的寄存器主要作用是存储计算时的数据，你可能好奇为什么有了内存还需要寄存器？...程序计数器，用来存储 CPU 要执行下一条指令「所在的内存地址」，注意不是存储了下一条要执行的指令，此时指令还在内存中，程序计数器只是存储了下一条指令的地址。...而 64 位 CPU 寻址范围则很大，理论最大的寻址空间为 2^64。 ---- 程序执行的基本过程 在前面，我们知道了程序在图灵机的执行过程，接下来我们来看看程序在冯诺依曼模型上是怎么执行的。...R2 中的数据存回数据段中的 0x108 地址中，这个地址也就是变量 a 内存中的地址； 编译完成后，具体执行程序的时候，程序计数器会被设置为 0x200 地址，然后依次执行这 4 条指令。...，比如加减乘除、位运算、比较大小等等，它们最多只能处理两个寄存器中的数据； 跳转类型的指令，通过修改程序计数器的值来达到跳转执行指令的过程，比如编程中常见的 if-else、swtich-case、函数调用等
处理异常： 在异常入口处，不会保存任何程序计数器，只把返回地址存入EPC寄存器中。MIPS架构CPU硬件对于堆栈一无所知，所以发生异常时，无法打印堆栈中的数据。...对于MIPS架构，程序发生异常时，只能看EPC寄存器中的值，然后通过反汇编得到执行代码的地址，从而获取到导致异常的代码大概位置。充分利用异常发生时的信息，是调试程序的一种有效手段。...MIPS架构也为异常处理程序保留了2个寄存器v0和v1。我们的程序可以把一些异常需要的重要信息保存在这儿。但是，通用寄存器极易发生变化，大部分时候，这两个寄存器不建议使用。...最后eret指令返回用户程序并复位SR(EXL)寄存器。 中断： 通过SR寄存器中的中断控制位，可以设置哪些中断具有更高的优先级。虽然，MIPS架构硬件没有提供中断优先级，但是软件可以任意设置。...jr.hb和jalr.hb指令 跳转寄存器指令，用来消除指令危险。最常见的使用方式就是替换普通的子程序返回和子程序调用指令。 旧架构上，这两个指令还是会被解释成jr和jalr指令。
8.3、 三级流水线运行情况分析 三级流水线在处理简单的寄存器操作指令时，吞吐率为平均每个时钟周期一条指令；但是在存在存储器访问指令、跳转指令的情况下会出现流水线阻断情况，导致流水线的性能下降...因为分支指令执行完毕后，程序应该转到跳转的目标地址处执行，因此在流水线上需要丢弃这两条指令，同时程序计数器就会转移到新的位置接着进行取指、译码和执行。...此外还有一些特殊的转移指令需要在跳转完成的同时进行写链接寄存器、程序计数寄存器，如BL执行过程中包括两个附加操作——写链接寄存器和调整程序指针。...在Oxl8处有IRO中断向量(也就是跳向IRQ中断服务的指令)，接下来执行跳转指令转向中断服务程序，流水线又被阻断，执行0x18处指令的过程同带有分支指令的流水线。...考虑到通过减少流水线的冲突可以提高流水线的执行效率，而流水线的冲突主要来自寄存器冲突和分支指令，因此对代码作如下两方面调整 将两个循环合并成一个循环能够充分减少循环跳转的次数，减少跳转带来的流水线停滞；
把控制转交给过程，跳转到程序段·并且开始执行；此过程一般是中断 获得过程所需要的资源，比如内存，处理器等； 执行需要的任务； 将结果的值放到调用程序可以访问的位置；返回值咯 将控制返回初始点，因为一个过程可能由一个程序中的多个点调用...---- 3、除了寄存器外，MIPS 还包括一条过程调用指令【 jalIndex】：跳转到子程序的地址并且把当前位置所在的下一条指令位置存入 ra寄存器中，以用于子程序执行完后的返回 ....为了支持这种情况，MIPS还使用了寄存器跳转指令 jr 用于case语句，表示无条件跳转到寄存器所指定的地址： jr $ra 。...jr实际上就是PC+4这个位置保存到了 ra寄存器中。（PC是程序计数器的意思。不管是哪儿我感觉都是简写为PC，就是说，这个东西指在当前程序执行的指令的位置。）...； jr $ra; ---- 7、MIPS汇编语言的寄存器约定，加速大概率事件的思想重要体现 ---- 8、J型跳转指令，因为MIPS中每一个操作指令的长度都是4字节，所以其实可以用字来表示单位，也就是说
当需要使用更多的寄存器时，就需要堆栈了,MIPS编译器总是为参数在堆栈中留有空间以防有参数需要存储。 8..15:(t0-t7)临时寄存器，子程序可以使用它们而不用保留。...MIPS有个叫异常程序计数器（exception program counter,EPC)的寄存器，属于CP0寄存器，用于保存造成异常的那条指令的地址。...查看控制寄存器的唯一方法是把它复制到通用寄存器里，指令mfc0 (move from system control)可以将EPC中的地址复制到某个通用寄存器中，通过跳转语句（jr)，程序可以返 回到造成异常的那条指令处继续执行...发生异常时，这两个寄存器的值不会被恢复，编译器也不使用k0和k1,异常处理函数可以将返回地址放到这两个中的任何一个，然后使用jr跳转到造成异常的指令处继续执行。...MIPS有个jal(jump-and-link,跳转并链接)指令，在跳转到某个地址时，把下一条指令的 地址放到ra中，用于支持子程序调用。
操作数为指令自身中的常数立即数 addi r2,r1,1 r2=r1+1 寄存器寻址 操作数为寄存器中的值 add r2,r1,r0 r2=r1+r0 基址寻址 以基址寄存器中的值和立即数常数之和作为地址...，该地址指向的内存的值作为操作数 lw r2,8(r1) r2=M[r1+8] PC相对寻址 以PC程序计数器和指令中常数之和作为地址，即16位地址左移2位（即乘以4）与PC计数器相加 beq r2...,r1,label 如果r2==r1则程序跳到label处 伪直接寻址 跳转地址由指令中26位地址左移两位（即乘以4）与PC计数器的高4位相连所组成 j label WinMIPS64汇编指令 助记 ...，程序直接跳转到label并保存程序当前下一条指令地址到r31 jalr jalr rs 伪直接寻址，程序直接跳转到rs中的地址并保存程序当前下一条指令地址到r31 移位 为什么没有算术左移，因为算术左移和逻辑左移效果一样...要写入终端： 将内存地址设置为要写入的值DATA 将适当的值写入内存地址CONTROL 要从终端读取： 将适当的值写入内存地址CONTROL 从内存地址读取输入DATA CONTROL
计数器模块的使能端受命中信号驱动，缺失时使能端无效，计数器不计数，等待系统将待请求数据所在块从二级存储器中调度到 cache 后才能继续计数。...自动测试电路会逐一取出 trace 存储器中的主存地址去访问存储系统，并逐一将数据从 cache 模块取出送校验和计算电路计算校验和，计数器值为256时会停止电路运行，此时所有存储访问的 cache 命中率将会在右上角...中的标准库，其中运算器既可以使用运算器实验中自行设计的运算器，也可以使用标准库中的 ALU 模块，构建多周期 MIPS 处理器数据通路，最终将各功能部件连接形成数据通路。 ...位移次数控制：采用计数器+比较器的硬件实现，控制右移9次即可（题目中有提示），LOAD在=0时，给到1信号；将b送入右侧寄存器中，其他时候都=0就按照位移情况对右侧寄存器开展更新 2....2. 4K×32位ROM中地址线是12位，16K×32位ROM中地址线的位数是14位，将4片小容量ROM的地址端并联，将并联后的地址段在分线器的0-11端，然后通过分线器将14位地址线的高两位（12-13
指定使用的指令集。 标签1： 同其它汇编语言一样，就是一个程序调转的地址别名。 1f：后面的f表示forward，代表向前跳转； 1b：后面的b表示back，代表向后跳转。 指令： 真正的可执行指令。...但是复杂指令集的风格一般是2个操作数。为此，汇编器将目标寄存器d作为源寄存器s使用。如果编写代码时，省略s，写成addu d,t，汇编器生成最终的机器码时，会将其展开为addu d,d,t。...汇编器将这种最常见的操作转换为or d,zero,s。 9.3.2 立即数运算 在汇编或者机器指令中，编入指令中的常数称为立即数。许多算术和逻辑运算使用16位立即数替换t。...9.3.3 64/32位指令 我们在前面看到，MIPS体系结构扩展到64位(第2.7.3节)时非常注意确保MIPS32程序的行为保持不变，即使它们在MIPS64机器上运行;在MIPS64机器中，MIPS32...指令的执行总是将任何GP寄存器的32位上半部分设置为所有1或所有0(反映第31位的值)。
转移和转移链接指令（B，BL） 转移指令B在程序中完成简单的跳转指令，可以跳转到指令中指定的目的地址。...二进制编码 跳转目标地址的计算方法：先对指令中定义的有符号的24位转移量用符号扩展为32位，并将该32位左移2位形成字的偏移，然后将它加到程序计数器PC中（相加前程序计数器的内容为转移指令地址加8字节...是条件执行的助记符扩展，缺省为AL，即无条件转移。一般是汇编代码中的标号，是转移到的目标地址。...BL指令完成两个操作：将子程序的返回地址放在LR寄存器（r14）中，同时将PC寄存器值设置成目标子程序的第一条指令地址。...类似的Thumb指令可以使处理器切换回32位ARM指令。 在第一种格式中，寄存器Rm的值是转移目标，Rm的第0位拷贝到CPSR中的T位，进而决定是切换到Thumb状态还是ARM状态。
： IR <- Mem（PC） PC <- PC + 4 其中PC是下一个指令的程序计数器或地址，IR是要执行的指令。...-A op B（reg-to-reg操作） ALU输出<- A op Imm（reg-to-imm操作） ALU输出目标地址），其中op是指令定义的某个操作。...在此阶段，ALU可用于计算内存操作的有效地址，执行寄存器与寄存器/立即操作数操作，或计算分支的目标地址。分支条件也在这个阶段确定。...如果满足在EX阶段获得的条件，PC将加载EX阶段和程序分支的ALU输出；否则程序按顺序执行，PC将指向下一个指令。...结论 在计算机硬件面试中，熟悉MIPS 5-stage是必须的。面试官希望候选人充分了解每个pipeline state的功能。
，用于产生跳转的目标地址。...FETCH：在这个阶段，CPU 的取指单元根据程序计数器（PC）的值，从内存中读取指令。程序计数器是一个寄存器，它存储了下一条要执行的指令的地址。...取到指令后，该指令被加载到指令寄存器中，以便后续阶段使用。取指完成后，PC 通常会更新为下一条指令的地址，除非遇到跳转或分支指令。 DECODE：译码阶段是理解指令含义的关键步骤。...如果操作涉及寄存器，结果将写回相应的寄存器。如果是存储指令，结果将通过内存总线写入内存。对于分支指令，执行阶段的结果可能会影响程序计数器的值，从而改变程序的执行流程。...这一理念将程序和数据存储在同一块内存中，通过指令集控制 CPU 按照预设顺序读取和执行指令。
那高级语言的程序，最终是怎么变成一串串“0”和“1”的？ 这一串串“0”和“1”又是怎么在CPU中处理的？ 1 软硬件接口中，CPU做了啥？...逻辑类指令 逻辑上的与或非 条件分支类指令 日常的“if/else” 无条件跳转指令 写一些大一点的程序，我们常常需要写一些函数或者方法 在调用函数的时候，其实就是发起了一个无条件跳转指令。...不同CPU有不同指令集，对应不同的汇编语言和不同的机器码。 为方便快速理解机器码的计算方式，选用最简单的MIPS指令集，看机器码是如何生成的。...J指令 一个跳转指令，高6位之外的26位都是一个跳转后的地址 add $t0,$s2,$s1 下面都用十进制来表示对应的代码，对应的MIPS指令的： opcode是0 rs代表第一个寄存器s1的地址是...17 rt代表第二个寄存器s2的地址是18 rd代表目标的临时寄存器t0的地址是8 因为不是位移操作，所以位移量是0 把这些数字拼在一起，就变成了一个MIPS的加法指令。
产生伪随机数（实际上是一个自由运行的计数器）。表示tlbwr指令写新TLB项时随机指定的位置。当在异常处理中，重新填充TLB时，随机替换TLB表项使用。可以节省时间。...每一页映射大小为4K的页，位13自动在两个可能的输出值之间进行选择。 refill异常发生后，将自动设置此域，以匹配无法转译的程序地址或虚拟地址。...4 TLB编程 TLB表的设置过程是：将想要的值写入到EntryHi和EntryLo寄存器中，然后使用tlbwr或tlbwi指令拷贝到相应的TLB表中。...使用方法就是设置TLB项中的ASID域为对应的值，并且EntryLo0-1(G)标志位为0，就可以只访问EntryHi(ASID)匹配的项了。...通过这种方式将TLB索引在0到wired-1中的项永久保留在TLB表中。 5 对硬件友好的页表和重填机制 类Unix的OS为MIPS架构提供了一种特殊的地址转换机制。
我们每天用高级语言的程序，最终是怎么变成一串串“0”和“1”的？这一串串“0”和“1”又是怎么在CPU中处理的？...逻辑类指令 逻辑上的与或非 条件分支类指令 日常的“if/else” 无条件跳转指令 写一些大一点的程序，我们常常需要写一些函数或者方法 在调用函数的时候，其实就是发起了一个无条件跳转指令。...MIPS是一组由MIPS技术公司在80年代中期设计出来的CPU指令集。就在最近，MIPS公司把整个指令集和芯片架构都完全开源了。想要深入研究CPU和指令集的同学，推荐一些资料，可以自己了解下。...J指令 一个跳转指令，高6位之外的26位都是一个跳转后的地址 add $t0,$s2,$s1 下面都用十进制来表示对应的代码。...对应的MIPS指令里 opcode是0 rs代表第一个寄存器s1的地址是17 rt代表第二个寄存器s2的地址是18 rd代表目标的临时寄存器t0的地址是8 因为不是位移操作，所以位移量是0 把这些数字拼在一起
（MIPS讲述） ---- 2、在MIPS体系结构中，对寄存器和存储器的操作如下： 寄存器的大小为32位，由于32位为一组的情况很常见，所以称之为 “字（word）”，另外由于MIPS使用字节编址，所以连续的地址字的地址也就相差...所以MIPS体系中要对存储器和寄存器之间的数据进行传输，就有了 数据传送指令 。...另外注意，由于“0”这个数用处远比别的常数大，所以专门在寄存器zero中存放了0，且恒为0；至于为什么大？...汇编语言到机器语言的翻译，操作志林分为R I（J）两（3）种型号，前者对寄存器进行操作，后者对因为对存储器进行取址等操作，所以在32位的操作指令中后16全部划归地址表示。...好处就是程序可以被当成二进制数的文件发行） 指令用数的形式表示 和数据一样，程序存储在存储器中，并且可以读写。
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