计算机组成的一些总结（10）算术运算和逻辑运算

算术运算和逻辑运算

　　MIPS的运算指令是只能对寄存器进行操作

　　

加法运算示例

　　CPU通过取指，就会把指令从内存中取出，并放到 IR寄存器，也就是存放指令编码的寄存器，指令译码电路看到这条指令的编码之后，根据 opcode 域为全0，知道了这是一条R型的指令，再根据 function 域的值，分析出这是一条 add 指令，因此控制电路会向 ALU（运算器）发出对应的控制信号，指明接下来要进行加法运算， 同时，指令译码部件分析出第一个源操作数 rs 所在寄存器，第二个源操作数 rt 所在寄存器，控制电路会选通对应的源操作数寄存器，将其内容传送到ALU的输入，同时指令译码部件还会分析出目的操作数 rd 所在寄存器，因此控制电路还会将ALU的输出，连通到目的操作数所在寄存器的输入，在这样的设定下，ALU会根据控制电路给出的信号，将两个输入的源操作数进行加法运算，并送出运算的结果。

 

算术运算指令（MIPS Core Instruction Set）

　　R型

　　　　add  rd , rs , rt　　#  R[rd]=R[rs]+R[rt]　(add指令，在加法运算产生溢出时，会向控制器报告异常，由控制器进行处理)

　　　　addu rd , rs , rt　   #  R[rd]=R[rs]+R[rt]    (addu指令，在发生溢出时不会报出异常)

　　　　sub  rd , rs , rt        #  R[rd]=R[rs]-R[rt]

　　　　subu  rd , rs , rt      #  R[rd]=R[rs]-R[rt]

 

 

　　I型

　　　　addi  rt , rs , imm    #  R[rt]=R[rs]+SignExtImm   （将rs寄存器的内容，加上立即数的符号扩展，再存放到rt寄存器。 在加法运算产生溢出时，会向控制器报告异常，由控制器进行处理 。立即数扩展的方法：立即数是16位的，高16位是由这低16位当中的最高位，复制了16次，填充到高16位当中，也就是这32位当中的高16位，都和低16位当中的最高位，完全一样 ，这样的扩展方法称为符号扩展）

　　　　addiu  rt , rs , imm    #  R[rt]=R[rs]+SignExtImm 　（在溢出时，不会产生异常）

 

逻辑运算指令（MIPS Core Instruction Set）

　　R型

　　　　and  rd , rs ,rt 　　#  R[rd]=R[rs] & R[rt]

　　　　or  rd , rs ,rt 　　   #  R[rd]=R[rs] | R[rt]

　　　　nor  rd , rs , rt　　 #  R[rd]=~( R[rs] | R[rt] ) 　　（或非操作，先进行或，然后再取反）

 

　　I型　　　　

　　　　andi  rt , rs , imm　　#  R[rt]=R[rs] & ZeroExtImm　　(这16位立即数的扩展方式，不是采用符号扩展，而是采用0扩展）

　　　　ori  rt , rs , imm　　   #  R[rt]=R[rs] | ZeroExtImm　　 (0扩展操作，扩展后的高16位全都是0 )

　　因为算术运算指令会考虑将操作数看做是一个有符号的数，在运算时要考虑正数和负数的这个性质，而逻辑运算指令，是将操作数视为一组二进制的01串，因此采用0扩展，而不是符号扩展。