MIPS架构是一种基于精简指令集(RISC)的处理器架构,由美国MIPS科技公司开发并授权。它具有以下特点:
- 指令集:MIPS架构的指令集是固定长度的32位编码,分为三种基本格式:R型、I型和J型。R型指令用于寄存器之间的运算,I型指令用于寄存器和立即数的运算或内存访问,J型指令用于跳转。MIPS架构还支持一些可选的扩展指令集,如浮点运算、SIMD运算、位域操作等。
- 数据模型:MIPS架构采用了导入/存储(Load/Store)的数据模型,即只有专门的内存访问指令可以读写内存,其他指令只能在寄存器之间进行运算。这样可以简化指令设计和流水线实现,提高执行效率。
- 寄存器:MIPS架构有32个通用寄存器,编号为$0-$31。其中$0寄存器固定为0,$31寄存器用作链接寄存器,保存子程序返回地址。另外还有一个程序计数器(PC)寄存器,保存当前执行的指令地址。如果有浮点运算单元(FPU),则还有32个浮点寄存器,编号为$f0-$f31。
- 流水线:MIPS架构采用了流水线式的处理方式,即将一条指令的执行过程分为若干个阶段,每个阶段在一个时钟周期内完成。不同阶段的指令可以并行执行,提高吞吐率。MIPS架构的流水线通常分为五个阶段:取指(IF)、译码(ID)、执行(EX)、访存(MEM)和回写(WB)。
- 内核模式:MIPS架构支持多种内核模式,用于不同的特权级别和异常处理。最常见的内核模式有用户模式、内核模式、超级用户模式和调试模式。不同的内核模式有不同的权限和资源,例如内核模式可以访问一些特殊的控制寄存器和协处理器。