MIPS架構

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MIPS
推出年份
1981年，​37年前​（1981）
設計公司
MIPS科技公司→Imagination Technologies
體系結構類型
暫存器-暫存器
字長/暫存器資料寬度
32位元、64位元
位元組序
可配置大小端序
指令編碼長度
固定長度
指令集架構設計策略
精簡指令集（RISC）
擴展指令集
MDMX、MIPS-3D
分支預測結構
比較和分支
通用暫存器
31個+1個固定為0的暫存器R0
浮點寄存器
32個（有一對32位元暫存器組成的雙精度浮點數暫存器）


流水线式 MIPS，展示了五个阶段（指令取得、指令解码、执行、内存访问和写回）。


MIPS架構（英语：MIPS architecture，為Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages的縮寫，亦為Millions of Instructions Per Second的頭字語），是一種採取精簡指令集（RISC）的處理器架構，1981年出現，由MIPS科技公司開發並授權，廣泛被使用在許多電子產品、網路設備、個人娛樂裝置與商業裝置上。最早的MIPS架構是32位元，最新的版本已經變成64位元。




目录





  • 1 發展歷史


  • 2 MIPS操作数


  • 3 MIPS指令格式


  • 4 相關條目


  • 5 参考文献


  • 6 外部連結




發展歷史


在1981年，斯坦福大学教授約翰·軒尼詩領導他的團隊，實作出第一個MIPS架構的處理器。他們原始的概令是透過指令管線化來增加CPU運算的速度。


1984年，約翰·軒尼詩教授離開斯坦福大学，創立MIPS科技公司。於1985年，設計出R2000晶片，1988年，將其改進為R3000晶片。



MIPS操作数


MIPS包括32个寄存器和2^30个存储器字，详见下表[1]：












MIPS操作数
名字
举例
注释
32个寄存器
$s0 ~ $s7，$t0 ~ $t9，$zero，$a0 ~ $a3，$v0 ~ $v1，$gp，$fp，$sp，$ra，$at
寄存器用于数据的快速存取。在MIPS中，只能对存放在寄存器中的数执行算术操作，寄存器$zero恒为0，寄存器$at被汇编器保留，用于处理大的常数。
2^30个存储字
Memory[0]，Memory[4]，...，Memory[4294967292]
存储器只能通过数据传输指令访问。MIPS使用字节编址，所以连续的字地址相差4。存储器用于保存数据结构、数组和溢出的寄存器


MIPS指令格式


在MIPS架构中，指令被分为三种类型：R型、I型和J型。三种类型的指令的最高6位均为6位的opcode码。从25位往下，


  • R型指令用连续三个5位二进制码来表示三个寄存器的地址，然后用一个5位二进制码来表示移位的位数（如果未使用移位操作，则全为0），最后为6位的function码（它与opcode码共同决定R型指令的具体操作方式）；

  • I型指令则用连续两个5位二进制码来表示两个寄存器的地址，然后是一个16位二进制码来表示的一个立即数二进制码；

  • J型指令用26位二进制码来表示跳转目标的指令地址（实际的指令地址应为32位，其中最低两位为00，高四位由PC当前地址决定）。[2][3]

三种类型的指令图示如下：



















类型-31-                                 格式（位）                                 -0-
Ropcode (6)rs (5)rt (5)rd (5)shamt (5)funct (6)
Iopcode (6)rs (5)rt (5)immediate (16)
Jopcode (6)address (26)


相關條目


  • 龍芯


参考文献




  1. ^ David A, Patterson. 计算机组成与设计：硬件、软件接口（原书第4版）. 机械工业出版社. 


  2. ^ MIPS R3000 Instruction Set Summary


  3. ^ MIPS Instruction Reference



外部連結


  • MIPS 架構

  • 計算機組織：MIPS 指令集 (一) 暫存器說明






  • 查

  • 论

  • 编


精簡指令集

现行

  • Power Architecture

  • ARM架構

  • Atmel AVR

  • MIPS架構

  • PA-RISC

  • Parallax Propeller

  • PIC微控制器

  • SPARC

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  • XAP processor

  • RISC-V

过去

  • DEC Alpha

  • I960

  • Motorola 88000
















  • 查

  • 论

  • 编


CPU技術

架構

  • 哈佛架構

  • 修正哈佛架構（英语：Modified Harvard architecture）

  • 冯·诺伊曼结构

  • 資料流架構（英语：Dataflow architecture）

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  • 1位元

  • 4位元

  • 8位元

  • 12位元

  • 16位元

  • 18位元（英语：18-bit）

  • 24位元（英语：24-bit）

  • 31位元（英语：31-bit）

  • 32位元

  • 36位元（英语：36-bit）

  • 48位元（英语：48-bit）

  • 64位元

  • 128位元

  • 256位元（英语：256-bit）

  • 變動位元

並行









指令管线

  • 指令管線化

  • 循序/乱序执行


  • 推測執行
    • 分支預測器

    • 存储相关性预测（英语：Memory dependence prediction）


  • 寄存器重命名

  • 冒險

并行层次

  • 位级并行


  • 指令级并行
    • 純量

    • 超純量


  • 数据并行

  • 任務并行

執行緒

  • 多執行緒

  • 同时多线程

  • 超執行緒

  • 超級線程（英语：Super-threading）

費林分類法

  • 單指令流單數據流

  • 單指令流多數據流

  • 多指令流單數據流

  • 多指令流多數據流


類別

  • 數位訊號處理器

  • 單片機

  • 系统芯片

  • 并行向量處理機

組件

  • 算術邏輯單元

  • 桶式移位器

  • 浮點運算器

  • 后端总线

  • 多路復用器

  • 暫存器

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