1.計算機中指令的表示
前言：
指令在計算機內部是用高低電平表示的，並且看上去和數的表示是一樣的。實際上，指令的各個部分都可以看成數，將這些數拼在一起就構成了指令。（實際上指令和數據的存儲確確實實是一樣的--都是二進制數）
在接下來的學習中需要用的部分的寄存器，所以在這里先做簡單引入。
寄存器$s0~$s7映射到寄存器16~23，寄存器$t0~$t7映射到寄存器8~15.(這里s和t都只是標號，在之后的學習中我們會知道，s代表保留寄存器，t代表臨時寄存器)
指令格式：
指令的布局形式叫做指令格式。
MIPS指令占32位，與數據字的位數相等。
數據字的定義:數據字，由於計算機使用的信息既有指令又有數據，所以計算機字可以代表指令，也可以代表數據。如果某字代表要處理的數據，則稱為 數據字；如果某字為一條指令，則稱為指令字-------百度百科
MIP字段：
| op | rs | rt | rd | shamt | funct |
|---|---|---|---|---|---|
| 6位 | 5位 | 5位 | 5位 | 5位 | 6位 |
| 操作碼 | 操作數寄存器1 | 操作數寄存器2 | 目的寄存器 | 位移量（之后介紹） | 功能碼 |
這是一種三地址指令，rd存放的是操作的結果。
問題：如果有些指令需要常數的參與，例如取數操作那該怎么做？
可能一開始想到的答案就是，把數放在rs,rt,rd段中，需要用常數的時候的時候，把他從去字段中取出。
但實際上，這種操作方法會出現問題，當參與操作的常數>32（2^5）時就會出現超出范圍的問題。因此又希望所有指令的長度一樣，又希望能夠有統一的指令格式，同時還要避免出現操作的常數太小的問題.......就出現了心得指令格式：
I型指令
前面所介紹的指令類型叫做R型指令，即寄存器型指令，I型指令為用於立即數的指令
| op | rs | rt | constant or adress |
|---|---|---|---|
| 6位 | 5位 | 5位 | 16位 |
| 操作碼 | 操作數寄存器1 | 操作數寄存器2 | 常數或者地址 |
例如：
1 lw $s0,32($s3) #取字指令 2 #$3存放在rs中，$0存放在rt中，32存放在address字段 3 #此時rt的意義已經發生了變化 4 #rt：指明接收取數結果的寄存器
四種操作方式所對應的指令格式：
| 指令 | 格式 | op | rs | rt | rd | shamt | funct | address |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| add | R | 0 | reg | reg | reg | 0 | 32(10) | n.a. |
| sub | R | 0 | reg | reg | reg | 0 | 34(10) | n.a. |
| addi(立即數) | I | 8(10) | reg | reg | n.a. | n.a. | n.a. | constant |
| lw | I | 35(10) | reg | reg | n.a. | n.a. | n.a. | address |
（reg代表使用寄存器，address代表16位地址，n.a.代表不出現)(add和sub的op是相同的，區分他們的是funct）
通過觀察可以發現，R型和I型的前三個字段長度相等，並且名稱也一樣；I型格式的第四個字段和R型后三個字段長度之和相等。R型和I型雖然功能不同但是卻構造很相似，而相關指令在二進制表示上的相似性可以簡化硬件的設計。
1）指令用數的形式表達
2.邏輯操作
邏輯左移與邏輯右移
之前在R型指令格式的介紹中，有一部分沒有介紹--shamt字段（shift amount）
shamt字段用來表示偏移量，經常用於邏輯左移(sll)和邏輯右移(srl)中。
邏輯左/右移：把一個字里所有的位都向左/右移動，並在空出的地方補0
sll $t2,$s0,4 #reg $t2 = reg $s0 << 4 bits
| op | rs | rt | rd | shamt | funct |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 16 | 10 | 4 | 0 |
邏輯左移還有額外的好處，左移i位= 數 * 2^i
按位與（AND）和按位或（OR）
AND提供了一種將源操作數置零的方法。
1 假設$t1 2 0000 0000 0000 0000 0000 1101 1100 0000 3 and $t0,$t1,$t2 #如果想把$t1第一字節置為0，那么就可以讓$t2中相應位置為0 4 t2 5 0000 0000 0000 0000 0000 1101 0000 0000 6 #$t2可以叫做掩碼
與AND對偶的操作是按位或(OR)
OR提供了一種將源操作數置一的方法，與AND相似，不再詳細展開。
按位取反（NOT）
該操作只有一個操作數，把這個操作數中的1->0,0->1
MIPS中還有或非NOR（NOT OR）
XOR
條件分支指令
相等條件分支
beg $s0,$s1,L1
若$s0和$s1中數值相等，則轉到標簽為L1的語句
不相等條件分支
bne $s0,$s1,L1
若.......不相等，則轉到標簽為L1的語句
無條件分支指令
當遇到這種指令時，程序必須分支
j L1
當遇到這條指令，則轉到標簽為L1的語句
例：用機器語言表示C語言程序1
1 if( i == j ) 2 f = g + h; 3 else 4 f = g - h;
1 #$s3=i,$s4=j 2 #$s0=g,$s1=h,$s2=f 3 bne $s3,$s4,Else #若i!=j 則轉到Else 4 add $s0,$s1,$s2 #若i==j 則到這一步 f=g+h 5 j Exit #i==j段運行結束 6 Else: sub $s0,$s1,$s2 #i!=j f=g+h 7 Exit: #程序結束
選擇用bne而不是beg，因為bne通過測試分支的相反條件來體跳過if語句后邊的then部分，提高效率
case/switch
使用轉移地址表：由代碼中標簽所對應的地址構成的數組
程序跳轉-------->(索引)------>轉移地址表-------->(地址)-------->寄存器---------->(加載地址)-------->完成
為了支持這種情況，計算機提供了寄存器跳轉指令jr(jump regisiter)，用來無條件跳轉到寄存器指定地址
（下下一節會詳細介紹jr語句）
4.循環
LOOP標記循環
例：用機器語言表示C語言程序2
1 while( save[i] == k) 2 i=i+1;
1 $t3=i,$t5=k，$6=save 2 LOOP: sll $t1,$s3,2 #存放i的寄存器左移2位 3 add $t1,$t1,$t6 #把偏移地址與基址相加 4 lw $t0,0($t1) #取出save[i]中的數 5 bne $t0,$s5,Exit #save[i]!=k->Exit 6 addi $s3,$s3,1 #i++ 7 j LOOP #回到LOOP標記，重新運行 8 Exit:
i原本代表的是第i個數組元素，而按字節尋址是一次尋找一個字節
但為什么要把i*4？？？
小於則置位（set on less than）slt
若第一個寄存器小於第二個寄存器，則第三個寄存器置1，否則置0
1 slt $s0,$s3,$s4 #$s0 = 1 if $s3 < $s4 2 slti $t0,$s2,10 #$s0 = 1 if $s2 < 10
比較指令應該具有分清有符號數和無符號數的能力
有符號數操作(slt,slti)：最高位為1的數代表是一個復數，一定小於最高位為0
無符號數操作(sltu,sltiu)：最高位為1，一定大於所有最高位為0的數
補充：邊界檢查的捷徑
1 sltu $t0,$s1,$s2 #$t0=0 if $s1 >= length or $s1 < 0 2 beg $t0,$zero,IndoexOutofBounds