Experiment 2: MIPS MIPS instruction set architecture and

Experiment 2: MIPS MIPS instruction set architecture and

I. Purpose

• (1) to understand and be familiar with the instruction level simulator
• (2) MIPSsim familiar with the operation and use of simulators
• (3) system and its characteristics are familiar MIPS instruction, to deepen understanding of the semantics of the MIPS instruction operation
• (4) be familiar with MIPS architecture

II. Experimental details and steps

To read the first method MIPSsim simulator, and then learn MIPSsim command system.
(1), start MIPSsim.
(2) Select "Configuration" -> "water" option, the simulator work of non-flowing water ways.
(3), described with reference to the use of familiar MIPSsim operation and use of the simulator.
(4), select "File" -> "Load" option, load the sample program alltest.asm, and then view the "code" window, to see where the program is located.
(5), see "register" the value of the PC register window: [PC] = 0x00000000.

(6), execute load and store instructions, the following steps:
1) a single step instruction (F7).

{, Literal stored with complement form; ADDIU: $r8,$ r0,128
ADDIU GPR is done, immediate unsigned addition operation, the immediate field is sign, sign extension need to do so. r8 = r0 + 124}

2) as the next instruction address 0x00000004, there is one (yes, no) Loading byte symbol (byte, halfword, word) instruction (LB byte read from the data memory into a register, is read out the signed data)
3) single-step execution of an instruction (F7).

4) Check the value of R1, [R1] = 0xFFFFFFFFFFFFFF80 (decimal: -128).

{一个字节的范围带符号的就是
-128到+127，16进制的80转换成十进制为+128，一个字节的范围为-128~+127；16进制的80转换成二进制为10000000，补码表示法得知
10000000 就是-128的补码咯 }

5)下一条指令地址为 0x00000008 ，是一条 无 (有，无)符号载入 字 (字节，半字，字)指令。{LW:从存储器中读取一个字的数据到寄存器中}
6)单步执行1条指令。

7)查看R1的值，[R1]= 0x0000000000000080 （二进制的值为：128） 。
8)下一条指令地址为 0x0000000C ，是一条 无 (有，无)符号载入 字节 (字节，半字，字)指令。
{LBU功能与LB指令相同，但读出的是不带符号的数据}
9)单步执行1条指令。

10)查看R1的值，[R1]= 128(十进制) /0x0000000000000080 （十六进制） 。
11)单步执行1条指令。

12)下一条指令地址为 0x00000014 ，是一条保存 字 (字节，半字，字)指令。
13）单步执行一条指令。
14）查看内存BUFFER处字的值，值为 0X00000080 。

(7)、执行算术运算类指令。步骤如下：
1）双击“寄存器”窗口中的R1，将其值修改为2。
2）双击“寄存器”窗口中的R2，将其值修改为3。
3）单步执行一条指令。
4）下一条指令地址为 0x00000020 ，是一条加法指令。
5）单步执行一条指令。

6）查看R3的值，[R3]= 5

7）下一条指令地址为 0x00000024 ，是一条乘法指令。
8）单步执行一条指令。

9）查看LO、HI的值，[LO]= 0x0000000000000006 ，[HI]= 0x0000000000000000 。
(8)、执行逻辑运算类指令。步骤如下：
1）双击“寄存器”窗口中的R1，将其值修改为0xFFFF0000。
2）双击“寄存器”窗口中的R2，将其值修改为0xFF00FF00。
3）单步执行一条指令。

4）下一条指令地址为 0x00000030 ，是一条逻辑与运算指令，第二个操作数寻址方式是 寄存器直接寻址 （寄存器直接寻址，立即数寻址）。
5）单步执行一条指令。
6）查看R3的值，[R3]= 0x00000000FF000000 。
7）下一条指令地址为 0x00000034 ，是一条逻辑或指令，第二个操作数寻址方式是 立即数寻址 （寄存器直接寻址，立即数寻址）。
8）单步执行一条指令。
9）查看R3的值，[R3]= 0x0000000000000000 。
(9)、执行控制转移类指令。步骤如下：
1）双击“寄存器”窗口中R1，将其值修改为2。
2）双击“寄存器”窗口中R2，将其值修改为2。
3）单步执行一条指令。

4）下一条指令地址为 0x00000040 ，是一条BEQ指令,其测试条件是 两个操作数相等 。
5) 单步执行1条指令。
6) 查看PC的值，[PC]= 0x0000004C ，表明分支 成功 （成功，失败）。
7) 一条指令是一条BGEZ指令，其测试条件是 大于等于零转移 ，目标地址为 0x00000058 。
8) 单步执行1条指令。
9) 查看PC的值，[PC]= 0x00000058 ，表明分支 成功 (成功，失败）。
10) 下一条指令是一条BGEZAL指令，其测试条件是 大于等于零转移并链接 ，目标地址为 0x00000064 。
11) 单步执行1条指令。

12) 查看PC的值，[PC]= 0x00000068 ，表明分支 成功 （成功，失败）；查看R31的值，[R31]= 92 。
13) 单步执行1条指令。
14）查看R1的值，[R1]= 116 。
15）下一条指令地址为 0x00000068 ，是一条JALR指令，保存目标地址的寄存器为R1 ，保存返回地址的目标寄存器为R3。
16）单步执行1条指令。

17）查看PC和R3的值，[PC]= 0x00000074 ，[R3]=108 。

三、实验结果分析

实验结果分析
ADDIU : $r8,$r0,124 ADDIU是GPR和立即数做无符号加法操作,但立即数字段是有符号的，所以需要做符号扩展。r8=r0+124
LB $r1,0($r8) 从存储器中r8读取一个字节的数据（带符号）到寄存器中r1
LW $r1,0($r8) 从存储器中r8读取一个字的数据（不带符号）到寄存器中r1
LBU $r1,0($r8) 从存储器中r8读取一个字节的数据（不带符号）到寄存器中r1
ADDIU : $r8,$r0,128 ADDIU是GPR和立即数做无符号加法操作,但立即数字段是有符号的，所以需要做符号扩展。r8=r0+128
SW $r1,0($r8)：把一个字的数据从寄存器存储到存储器中
BEQ ,$r0, $r0,PROG2：条件转移指令，当两个寄存器内容相等时转移发生
-》》》跳转到PROG2
DADD $r3 $r1 $r2 把两个定点寄存器的内容相加，也就是定点加$r3 =$r1+ $r2 =128
DMULT $r1 $r2 两个定点寄存器的内容相乘，也就是定点乘r1=128 r2 =0 BEQ ,$r0, $r0,PROG3：条件转移指令，当两个寄存器内容相等时转移发生
-》》》跳转到PROG3
AND $r3 $r1 $r2 与运算，两个寄存器中的内容相与($r3=$r1 & $r2) r1=128 r2=0 r3=0 两位同时为“1”，结果才为“1”，否则为0
ANDI $r3 $r1 0 一个寄存器中的内容与一个立即数相与 BEQ ,$r0, $r0,PROG4：条件转移指令，当两个寄存器内容相等时转移发生
-》》》跳转到PROG4
BEQ $r1 $r2 2 条件转移指令，当两个寄存器内容相等时转移发生,$r1不等于$r2不发生
SLL $r0 $r0 0 逻辑左移
SLL $r0 $r0 0 逻辑左移
BGEZ $r1 2 跳转指令
-》》》跳转到label2
BGEZAL $r1 2 条件转移指令
-》》》跳转到label3
ADDIU $r1 $r0 116 r1=r0+116=116
JALR $r3 $r1 使用寄存器的跳转指令，并且带有链接功能，指令的跳转地址在寄存器中，跳转发生时指令的放回地址放在R31这个寄存器中
Teq :异常相关指令

四.实验心得

Basic Operation and use MIPSsim simulator; single-step execution, a loader, and the flow configuration; familiar MIPS instruction; enhancement of understanding of the semantics of the MIPS instruction operation; and code area, were analyzed register, but to keep this part of the clock cycle to understand is not very clear; resolve in future experiments; thinking LB, byte, word, double word how, as well as unsigned viewing, as well as how to view the contents of buffer; then by the code area symbol of self-learning instruction; and the ARM had a very good review; understanding LW, meaning LB, LU, ADDU, ADDIU, SLL, MUL, BEQ, and other simple instruction is analyzed; there remains changing register values ​​of the step portion is not clear and detailed; continuing need to understand the next session;