MIPSのまとめ （教科書3.7節～3.8節， 4.1節～4.4節） Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 レジスタ MIPS のレジスタ レジスタ名 レジスタ番号 用途 関数呼出時のレジスタ破壊 $zero 0 $v0～$v1 2～3 関数の返り値 $a0～$a3 4～7 引数用 $t0～$t7 8～15 一時保存用 $s0～$s7 16～23 変数用 $t8～$t9 24～25 一時保存用 $sp 29 スタックポインタ（後述） 不可 $fp 30 フレームポインタ（後述） 不可 $ra 31 戻り番地 不可 定数値 0，不要な結果の破棄 (NA) 可 不可 可 不可 可 プログラムカウンタ PC： 次に実行する命令の番地を格納．非分岐命令実行ご とに +4 され，また分岐命令実行時に更新される． Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 命令形式 命令形式: 命令語のフィールド構成． MIPS は命令語を32bit 幅で統一している． MIPS の命令形式は，R形式，I形式，J形式の3種類がある． どの命令形式かは，op フィールド（命令操作コード）で判別できる． R形式 I形式 J形式 op rs rt rd shamt funct 6bit 5bit 5bit 5bit 5bit 6bit op rs rt address/immediate 6bit 5bit 6bit 16bit op address 6bit 26bit Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 加減算命令（１） レジスタ±レジスタ → レジスタ add sub addu subu $○, $△, $□ $○, $△, $□ $○, $△, $□ $○, $△, $□ # $△ + $□ → $○ # $△ – $□ → $○ # $△ + $□ → $○ # $△ – $□ → $○ add/sub 命令は，2の補数表現された符号つき整数の加減算 を行う． addu/subu 命令は，符号なし整数の加減算を行う． add/sub 命令と addu/subu 命令はオーバーフロー発生時の 振る舞いが違う．（計算については同じことを行う．） Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 加減算命令（２） op rs rt rd shamt funct 6bit 5bit 5bit 5bit 5bit 6bit op rs rt rd shamt funct add $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 100000 addu $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 100001 sub $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 100010 subu $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 100011 R形式 命令 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 加減算命令（３） レジスタ + 定数 → レジスタ addi addiu $○, $△, n $○, $△, n # $△ + n → $○ # $△ + n → $○ 即値オペランド addi/addiu 命令では，定数 n に 16bit の2の補数表現の符号 つき整数（–32768～32767）を指定できる． 定数 n は 32bit に符号拡張されてから加算される． addi 命令と addiu 命令はオーバーフロー発生時の振る舞い が違う．（計算については同じことを行う．） 「subi」「subiu」は存在しない．（∵addi，addiu で代用すればよ い．） Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 加減算命令（４） op rs rt address/immediate 6bit 5bit 5bit 16bit op rs rt address/immediate addi $○, $△, n 001000 $△ $○ n addiu $○, $△, n 001001 $△ $○ n I形式 命令 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 加減算命令（５） 例） $s1 に 65539 が格納されているとき， addi $s0, $s1, 13 00000000 00000001 00000000 00000011 $s1: 65539(10) +) 00000000 00000000 00000000 00001001 13(10) 00000000 00000001 00000000 00001100 $s0: 65552(10) addi $s0, $s1, –13 00000000 00000001 00000000 00000011 $s1: 65539(10) +) 11111111 11111111 11111111 11110111 –13(10) 00000000 00000000 11111111 11111010 $s0: 65526(10) Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 比較命令（１） レジスタ < レジスタ → レジスタ slt sltu $○, $△, $□ $○, $△, $□ # $△ < $□ → $○ # $△ < $□ → $○ レジスタ < 定数 → レジスタ（定数は 32bit に符号拡張） slti sltiu $○, $△, n $○, $△, n # $△ < n → $○ # $△ < n → $○ slt/slti 命令は，第二オペランドと第三オペランドを 2 の補数表現された符号 つき整数とみなして，比較結果を $○ に書き込む． sltu/sltiu 命令は，第二オペランドと第三オペランドを符号なし整数とみなし て，比較結果を $○ に書き込む． slti/sltiu 命令では，定数 n は 32bit に符号拡張されてから比較される． Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 比較命令（２） op rs rt rd shamt funct 6bit 5bit 5bit 5bit 5bit 6bit op rs rt rd shamt funct slt $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 101010 sltu $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 101011 R形式 命令 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 比較命令（３） op rs rt address/immediate 6bit 5bit 5bit 16bit op rs rt address/immediate slti $○, $△, n 001010 $△ $○ n sltiu $○, $△, n 001011 $△ $○ n I形式 命令 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 論理演算命令（１） ANDゲート： 入力が全て 1 のときのみ出力が 1． A Y B A B Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 AND演算（&）： オペランドのビットごとに AND をとる． 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 論理演算命令（２） ORゲート： 入力のいずれかが 1 のときのみ出力が 1． A Y B A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 OR演算（|）： オペランドのビットごとに OR をとる． 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 論理演算命令（３） XORゲート： ２つの入力が異なる値のときのみ出力が 1． A Y B A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 XOR演算（^）： オペランドのビットごとに XOR をとる． 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 論理演算命令（４） レジスタ and/or レジスタ → レジスタ and or xor $○, $△, $□ $○, $△, $□ $○, $△, $□ # $△ & $□ → $○ # $△ | $□ → $○ # $△ ^ $□ → $○ レジスタ and/or 定数 → レジスタ（定数は 32bit にゼロ拡張） andi ori xori $○, $△, n $○, $△, n $○, $△, n # $△ & n → $○ # $△ | n → $○ # $△ ^ n → $○ Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 論理演算命令（５） op rs rt rd shamt funct 6bit 5bit 5bit 5bit 5bit 6bit op rs rt rd shamt funct and $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 100100 or $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 100101 xor $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 100110 R形式 命令 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 論理演算命令（６） op rs rt address/immediate 6bit 5bit 6bit 16bit op rs rt address/immediate andi $○, $△, n 001100 $△ $○ n ori $○, $△, n 001101 $△ $○ n xori $○, $△, n 001110 $△ $○ n I形式 命令 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 シフト命令（１） n ビット論理シフト演算: n ビット分を左右にずらし，はみ出した ビットを捨てて，空いたビットに 0 を補填する． n ビット左シフト: 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 n ビット右シフト: 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 シフト命令（２） n ビット算術右シフト演算: n ビット分を右にずらし，はみ出した ビットを捨てて，空いたビットに 最上位ビット（符号ビット） を補填 する． n ビット右シフト: 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 シフト命令（３） レジスタを n ビット論理左右シフト → レジスタ sll srl $○, $△, n $○, $△, n # $△ を n ビット論理左シフト → $○ # $△ を n ビット論理右シフト → $○ レジスタを n ビット算術右シフト → レジスタ sra $○, $△, n # $△ を n ビット算術右シフト → $○ Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 シフト命令（４） op rs rt rd shamt funct 6bit 5bit 5bit 5bit 5bit 6bit op rs rt rd shamt funct sll $○, $△, n 000000 00000 $△ $○ n 000000 srl $○, $△, n 000000 00000 $△ $○ n 000010 sra $○, $△, n 000000 00000 $△ $○ n 000011 R形式 命令 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 転送命令（１） レジスタ／メモリ間（符号つき） lw lh lhu lb lbu sw sh sb $○, n($△) $○, n($△) $○, n($△) $○, n($△) $○, n($△) $○, n($△) $○, n($△) $○, n($△) # （$△ + n）番地 → $○，1ワード（32bit） # （$△ + n）番地 → $○，1ハーフワード（16bit） # （$△ + n）番地 → $○，1ハーフワード（16bit） # （$△ + n）番地 → $○，1バイト（8bit） # （$△ + n）番地 → $○，1バイト（8bit） # $○ → （$△ + n）番地，1ワード（32bit） # $○ → （$△ + n）番地，1ハーフワード（16bit） # $○ → （$△ + n）番地，1バイト（8bit） オフセット n には，16bit の2の補数表現の整数（–32768～32767）を指定できる． オフセット n は 32bit に符号拡張されてからベースレジスタに加算される． lw/sw 命令の対象番地は4の倍数，lh/sh 命令の対象番地は2の倍数でなければな らない．（整列化制約） lb/lh 命令では読み込むデータの符号拡張，lbu/lhu 命令ではゼロ拡張が行われる． Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 転送命令（２） lw/lh/lb/lhu/lbu/sw/sh/sb $○, n($△) $○ –32768 $△ zzzz lw/sw a b c d lh/sh X X a b lhu 0 0 a b lb/sb X X X a lbu 0 0 0 a +n 32767 a b c d Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 転送命令（３） I形式 op rs rt address/immediate 6bit 5bit 5bit 16bit 命令 op rs rt address/immediate lw $○, n($△) 100011 $△ $○ n sw $○, n($△) 101011 $△ $○ n lh $○, n($△) 100001 $△ $○ n lhu $○, n($△) 100101 $△ $○ n sh $○, n($△) 101001 $△ $○ n lb $○, n($△) 100000 $△ $○ n lbu $○, n($△) 100100 $△ $○ n sb $○, n($△) 101000 $△ $○ n Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 転送命令（４） 即値→レジスタ lui # $○の上位 16bit に n を格納 # $○の下位 16bit に 0 を格納 $○, n n $○ 0000…00 32bit 即値（nm）の転送 lui addi $○, n $○, m # $○の上位 16bit に n を格納 # $○の下位 16bit に m を格納（符号拡張あり） lui ori $○, n $○, m # $○の上位 16bit に n を格納 # $○の下位 16bit に m を格納（符号拡張なし） Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 転送命令（５） I形式 命令 lui $○, n op rs rt address/immediate 6bit 5bit 5bit 16bit op rs rt address/immediate 001100 00000 $○ n Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 分岐命令（１） j jal jr beq bne Label Label $○ $△, $□, Label $△, $□, Label # Label に無条件分岐 # Label に無条件分岐（関数呼出用） # $○の番地に無条件分岐 # $△ = $□ ならば Label に分岐 # $△ $□ ならば Label に分岐 命令によってジャンプできる範囲に違いがある．（後述） Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 分岐命令（２） R形式 op rs rt rd shamt funct 6bit 5bit 5bit 5bit 5bit 6bit op rs rt rd shamt funct 000000 $○ 00000 00000 00000 001000 命令 jr $○ op rs rt address/immediate 6bit 5bit 5bit 16bit 命令 op rs rt address/immediate beq $△, $□, Label 000100 $△ $□ d bne $△, $□, Label 000101 $△ $□ d I形式 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 分岐命令（３） J形式 op address 6bit 26bit 命令 op immediate j Label 000010 ラベル Label の番地のビット27～2 jal Label 000011 ラベル Label の番地のビット27～2 擬似直接アドレッシング: j, jal 命令の分岐先番地 PC J形式 分岐先 b31～b28 j/jal b31～b28 整列化制約 b27～b0 address address 00 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 アドレッシングモード アドレッシングモード: 機械語における番地指定，さらにはオペラ ンドの表現方法． アドレッシングモード 形式 説明 レジスタアドレッシング R 「$○」と直接レジスタを指定する形式． add, sub, and, or 命令など． ベース相対アドレッシング I 「n（$○）」とベースレジスタとオフセットで主記憶の 番地を指定する形式．lw, sw 命令など． 即値アドレッシング I 「n」と定数を指定する形式．addi, subi, andi, ori 命令など． 擬似直接アドレッシング J 命令の番地を指定する形式．アセンブリ言語では ラベル名として表される．j, jal 命令など． PC相対アドレッシング I 命令の番地を指定する形式．アセンブリ言語では， 擬似直接アドレッシングと同様にラベル名として表 されるが，命令表現の形式と意味は異なる． beq, bne 命令など． Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 R形式（１） R形式 op rs rt rd shamt funct 6bit 5bit 5bit 5bit 5bit 6bit 命令 op rs rt rd shamt funct add $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 100000 addu $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 100001 sub $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 100010 subu $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 100011 slt $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 101010 sltu $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 101011 and $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 100100 or $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 100101 xor $○, $△, $□ 000000 $△ $□ $○ 00000 100110 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 R形式（２） R形式 op rs rt rd shamt funct 6bit 5bit 5bit 5bit 5bit 6bit 命令 op rs rt rd shamt funct sll $○, $△, n 000000 00000 $△ $○ n 000000 srl $○, $△, n 000000 00000 $△ $○ n 000010 sra $○, $△, n 000000 00000 $△ $○ n 000011 jr $○ 000000 $○ 00000 00000 00000 001000 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 I形式（１） I形式 op rs rt immediate 6bit 5bit 5bit 16bit 命令 op rs rt immediate addi $○, $△, n 001000 $△ $○ n addiu $○, $△, n 001001 $△ $○ n slti $○, $△, n 001010 $△ $○ n sltiu $○, $△, n 001011 $△ $○ n lui $○, $△, n 001111 $△ $○ n andi $○, $△, n 001100 $△ $○ n ori $○, $△, n 001101 $△ $○ n xori $○, $△, n 001110 $△ $○ n Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 I形式（２） I形式 op rs rt address 6bit 5bit 6bit 16bit 命令 op rs rt immediate lw $○, n($△) 100011 $△ $○ n sw $○, n($△) 101011 $△ $○ n lh $○, n($△) 100001 $△ $○ n lhu $○, n($△) 100101 $△ $○ n sh $○, n($△) 101001 $△ $○ n lb $○, n($△) 100000 $△ $○ n lbu $○, n($△) 100100 $△ $○ n sb $○, n($△) 101000 $△ $○ n Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 I形式（３） I形式 op rs rt address 6bit 5bit 6bit 16bit 命令 op rs rt address beq $△, $□, Label 000100 $△ $□ d bne $△, $□, Label 000101 $△ $□ d Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 I形式（４） PC相対アドレッシング: beq, bne 命令の分岐先番地 PC I形式 00 op rs rt address address を符号拡張 + 00 整列化制約： 命令の 番地は常に4の倍数． 分岐先（Label の番地） 00 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 J形式 J形式 op address 6bit 26bit 命令 op immediate j Label 000010 ラベル Label の番地のビット27～2 jal Label 000011 ラベル Label の番地のビット27～2 擬似直接アドレッシング: j, jal 命令の分岐先番地 PC J形式 分岐先 b31～b28 j/jal b31～b28 整列化制約 b27～b0 address address 00 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004 分岐命令の守備範囲 00000000 10000000 PC相対アドレッシング （PCを中心に 218 番地の範囲） 20000000 30000000 40000000 50000000 PC JR命令は全域 60000000 70000000 擬似直接アドレッシング （PCを含むに 228 番地分のページ） D0000000 E0000000 F0000000 Created by Tsuneo Nakanishi, 2002-2004
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