MIPSCPU体系结构概述httpwwwxtrjorgmips.doc

MIPS CPU 体系结构概述 /mips/陈怀临1。序言 本文介绍MIPS体系结构，着重于其寄存器约定，MMU及存储管理，异常和中断处理等等。 通过本文，希望能提供一个基本的轮廓概念给对MIPS CPU及之上OS有兴趣的读者。 并能开始阅读更详细的归约(SPECIFICATION)资料。 MIPS是最早的，最成功的RISC(Reduced Instruction Set Computer)处理 器之一，起源于Stanford Univ的电机系. 其创始人 John L. Hennessy在1984年在硅谷创立 了MIPS INC. 公司()。John L. Hennessy目前是Stanford Univ. 的校长。在此之前，他是 Stanford电子工程学院的Dean。CS专业的学生都知道两本著名的书： “Computer Organization and Design : The Hardware/Software Interface” 和 ”Computer Architecture : A Quantitative Approach“。其Co-author就是Hennessy. MIPS的名字为“Microcomputer without interlocked pipeline stages的缩写。另外一个通常的非正式的说法是”Millions of instructions per second. MIPS 芯片在工业界目前用的比较多的是：MIPS INC。的R10000；QED(。1996年从MIPS INC。分(SPIN OFF)出来的)的R5000， R7000等。 指令集 详细的资料请参阅MIPS归约。 一般而言，MIPS指令系统有：MIPS I；MIPS II；MIPS III 和MIPS IV。可想而知，指令系统是向后兼容的。例如，基于MIPS II的代码可以在MIP III和MIPS IV的处理器上跑一跑：-) 下面是当我们用gcc时，如何指定指令和CPU的选项。 -mcpu=cpu type Assume the defaults for the machine type cpu type when scheduling instructions. The choices for cpu type are `r2000, `r3000, `r4000, `r4400, `r4600, and `r6000. While picking a specific cpu type will schedule things appropriately for that particular chip, the compiler will not generate any code that does not meet level 1 of the MIPS ISA (instruction set architecture) without the `-mips2 or `-mips3 switches being used. -mips1 Issue instructions from level 1 of the MIPS ISA. This is the default. `r3000 is the default cpu type at this ISA level. -mips2 Issue instructions from level 2 of the MIPS ISA (branch likely, square root instructions). `r6000 is the default cpu type at this ISA level. -mips3 Issue instructions from level 3 of the MIPS ISA (64 bit instructions). `r4000 is the default cpu type at this ISA level. This option does not change the sizes of any of the C data types. 读者可能发现，对于大多数而言，我们应该是用MIPS III或-mips3。要提醒的是R5000和R10000也都是R4000的延伸产品。 下面是几点补充： *MIPS指令是32位长，即使在64位的CPU上。这对于局部跳转指令的理解很有帮助。 比如：J (TARGET)；JAL (TARGET)。J和JAL的OPERCODE是6位，剩下的26为存放跳转偏移量。由于任何一个指