MIPS汇编
MIPS简介
MIPS（无互锁流水线微处理器）是一种精简指令集体系结构（RISC）
从MIPS 1发展到现在的MIPS 32/64，不同版本支持的指令集数量和操作位数不同（如32位或64位），同时具备可拓展性，可根据实际需求灵活扩充指令。
CISC和RISC
指令数量:
RISC：指令少（约50种），寻址模式简单（4-5种）
CISC：指令多（数百种），寻址模式复杂
操作方式:
RISC：仅支持寄存器-寄存器操作，内存操作需通过load/store指令
CISC：支持寄存器-寄存器、寄存器-内存、寄存器-I/O多种操作
执行速度:
RISC：单时钟周期完成指令，速度快
CISC：多时钟周期完成复杂指令，速度相对慢
开发特点:
RISC：开发周期长但执行效率高
CISC：开发周期短但执行效率较低
MIPS架构
指令特性:
所有指令32位编码，固定长度
部分指令只有16位目标地址编码，跳转范围受限（±32K）
执行效率:
单时钟周期完成一个阶段动作
高度流水线设计带来分支延迟和载入延迟效应
寄存器设计:
32个通用寄存器（32位或64位）
无标志寄存器，通过比较两个寄存器实现判断
内存访问:
数据访问严格对齐（4字节对齐）
栈操作通过统一内存访问实现
寻址方式:
唯一内存寻址方式：基地址+16位偏移
子函数返回地址存放在$31寄存器而非栈中
大小端：
mips：大端序
mipsel：小端序
MIPS寄存器
共32个寄存器（r0-r31），每个32位（4字节），每个寄存器都有特定用途，类似不同工具具备不同功能
| 寄存器 | 作用 |
|---|---|
r0（$zero） |
恒为零值寄存器，用于比较运算和清零操作 例如：比较a和b时，通过将a-b结果与r0比较判断大小关系 |
r1（$at） |
汇编器保留寄存器，用于地址存储 |
r2-r3（$v0-$v1） |
函数返回值寄存器 |
r4-r7（$a0-$a3） |
函数参数传递寄存器 |
r8-r15（$t0-$t7） |
临时寄存器，内容不保存 |
r16-r23（$s0-$s7） |
可保存寄存器，需特定指令保存用户数据 |
r26-r27（$k0-$k1） |
操作系统保留寄存器，用于系统调用 |
r28（$gp） |
全局指针寄存器，指示当前指令位置 |
r29（$sp） |
栈指针 |
r30（$fp） |
帧指针（Frame Pointer），可理解为Base Pointer |
r31（$ra） |
返回地址寄存器，存储函数调用后的返回位置 |
32位处理器中每个寄存器固定为32位（4字节）、寄存器间操作速度远快于寄存器与立即数操作
MIPS流水线
五级流水线结构：
取指令(IF)：从指令Cache中取出当前指令，并计算下一条指令的地址（PC值）
译码/读操作数(ID)：从寄存器读取操作数，若为转移指令则判断条件并设置PC
执行(EX)：执行算术逻辑运算，存取类指令则计算内存地址
访存(MEM)：专门处理load/store指令，与数据Cache交互
写回(WB)：将运算结果或内存数据写回寄存器文件
MIPS指令集
R格式：
特点：纯寄存器操作，opcode全0，用funct字段区分指令
应用：算术/逻辑运算，如add $t0, $t1, $t2
I格式：
特点：包含立即数，最多2个寄存器，opcode区分指令
应用：加载/存储指令，如addi $t0, $t1, 5、bne $1, $2, 10
J格式：
特点：长跳转指令，仅含立即数操作数
应用：无条件跳转，如j 0x00400010
寻址
立即数寻址：操作数直接包含在指令中，格式为|OP|RS|RT|Immediate|
寄存器寻址：操作数存储在寄存器中，格式为|op|rs|rt|rd||funct|
基址/偏移寻址：内存地址=基址寄存器值+偏移量，如lw/sw指令
PC相对寻址：地址=PC值+指令中的常数偏移
伪直接寻址：跳转地址由指令中26位字段与PC高位拼接而成
