MIPS指令详解

一.R型指令

（1）R型指令格式

000000 （op)	Rs	Rt	Rd	shamt	funct
6bits	5bits	5bits	5bits	5bits	6bits

注意： 该类型指令操作数和保存结果均通过寄存器进行。

操作	含义
op	操作码，所有R型指令都全为0
rs	寄存器编号，对应第一个源操作数
rt	寄存器编号，对应第二个源操作数
rd	寄存器编号，保存结果
shamt	常数，在移位指令中使用
funct	功能码，指定指令的具体功能

（2）具体R型指令

注意: R型指令根据操作的寄存器数可以分为三种不同类型。

【1】带有3个寄存器

指令	[31 : 26]	[25 : 21]	[20 : 16]	[15 : 11]	[10 : 6]	[5 : 0]	指令功能
add	000000	rs	rt	rd	00000	100000	寄存器加
sub	000000	rs	rt	rd	00000	100010	寄存器减
and	000000	rs	rt	rd	00000	100100	寄存器与
or	000000	rs	rt	rd	00000	100101	寄存器或
xor	000000	rs	rt	rd	00000	100110	寄存器异或

$rd = $rs op $ rt

【2】带有2个寄存器

指令	[31 : 26]	[25 : 21]	[20 : 16]	[15 : 11]	[10 : 6]	[5 : 0]	指令功能
sll	000000	00000	rt	rd	sa	100000	逻辑左移
srl	000000	00000	rt	rd	sa	000010	逻辑右移
sll	000000	00000	rt	rd	sa	000011	算术右移

$rd = $rt shift sa

【3】带有1个寄存器

指令	[31 : 26]	[25 : 21]	[20 : 16]	[15 : 11]	[10 : 6]	[5 : 0]	指令功能
jr	000000	rs	00000	00000	00000	001000	寄存器跳转

jr rs;
PC = rs

二.I型指令

（1）I型指令格式

OP	Rs	Rt	imm（立即数）
6bits	5bits	5bits	16bits

注意： 操作数中涉及立即数，结果保存到寄存器

操作	含义
op	标识指令的操作功能
rs	第一个源操作数，是寄存器操作数
rt	目的寄存器编号，用来保存运算结果
imm	第二个源操作数，立即数

（2）具体I型指令

注意： I型指令存在4种不同的类型

【1】面向运算的I型指令

指令	[31 : 26]	[25 : 21]	[20 : 16]	[15 : 0]	指令功能
addi	001000	rs	rt	imm	寄存器和立即数“加”
andi	001100	rs	rt	imm	寄存器和立即数“与”
ori	001101	rs	rt	imm	寄存器和立即数“或”
xori	001110	rs	rt	imm	寄存器和立即数“异或”

第一条指令是对立即数进行符号拓展，其他都是0拓展
addi rt, rs, imm;
$rt = $rs op E(imm)

【2】面向访存的I型指令

指令	[31 : 26]	[25 : 21]	[20 : 16]	[15 : 0]	指令功能
lw	100011	rs	rt	imm	从存储器种读取数据
sw	101011	rs	rt	imm	把数据保存到存储器

MIPS 32中唯一两条访问存储器的指令（RISC）
lw rt, imm(rs) #$rt=mem[$rs+E(imm)]
sw rt, imm(rs) #$mem[$rs+E(imm)] = $rt

【3】面向数位设置的I型指令

指令	[31 : 26]	[25 : 21]	[20 : 16]	[15 : 0]	指令功能
lui	001111	00000	rt	imm	设置寄存器的高16位

lui rt, imm #$rt = imm<<16(空位补0）

【4】面向条件转移（分支）的I型指令

指令	[31 : 26]	[25 : 21]	[20 : 16]	[15 : 0]	指令功能
beq	000100	rs	rt	imm	寄存器相等则转移
bne	000101	rs	rt	imm	寄存器不相等则转移

beq rs, rt, imm #if($rs==$rt) PC=PC+E(imm)<<2
bne rs, rt, imm #if($rs!=$rt) PC=PC+E(imm)<<2
标准的PC相对寻址方式

三.J型指令

（1）J型指令格式

OP	立即数
6bits	26bits

（2）具体J型指令

指令	[31 : 26]	[25 : 0]	指令功能
j	000010	address	无条件跳转
jal	001100	address	调用与联接

j address;
$ PC=($PC+4)_H4U(address<<2)

jal address;
$ra = $PC+4(保存返回地址)
$ PC=($PC+4)_H4U(address<<2)

四.举例

（1）关于R型指令

不同功能的R型指令使用的寄存器数量不一定相同，有一个、两个、三个

所有R型指令的操作码OP字段均为000000

R型指令既有算术运算指令，也有逻辑运算指令，它不支持访问主存的指令

（2）关于J造型指令

J型指令支持无条件跳转指令

J性指令只使用伪直接寻址方式

J型指令执行后，PC寄存器的值最后两位一定为00

J型指令需要使用ra寄存器

参考：华中科技大学mooc计算机组成原理