计算机组成与设计（二）——算术逻辑运

 算术运算

计算机结构的简化模型（模型机）

 

演示实例一

以add $8,$9,$10（格式被Latex强行改变，不知道怎么办555。。。）演示加法运算

1、首先取指令，即得到得到指令的编码

• 查指令编码表知opcode = 0,function = 0x20,shamt = 0(非移位指令)
• opcode = 0说明这是一个R型指令（其实，所有的R型指令opcode都为0，所有opcode=0的指令也都是R型指令），根据指令操作数得到：rd = 8(目的寄存器)，rs = 9(第一个源寄存器)，rt=10(第二个源寄存器）
• 

2、进行运算

CPU通过取指，就会把这条指令从内存中取出，并放入IR寄存器中，也就是指令编码的寄存器。指令译码将指令指定的寄存器（9号和10号）通过内部总线传到ALU，控制电路还会将ALU的输出通过总线传送到8号寄存器的输入。

像这样两个源寄存器、一个目的寄存器的指令编码称为R型指令，还有：

add  rd,rs,rt        //产生溢出时，会向控制器报告异常，由控制器进行相关联的处理
addu  rd,rs,rt     　//发生溢出时不会报告异常
sub  rd,rs,rt        
subu  rd,rs,rt

 演示实例二

这里的源操作数都是寄存器，若有一个源操作数是立即数的话，就需要采用另一种指令——I型指令。

以add  $$21,$22,-50为例

1、首先取指令，即得到得到指令的编码

• 查指令编码表得到opcode = 8
• 分析指令得到rs = 22(源寄存器编号),rt = 21(目的寄存器编号)，immediate = -50(立即数)

2、执行过程如图，与上面的类似

这样的I型指令还有

addi  rt,rs,imm         #R[rt] = R[rs] + SignExtImm（符号扩展）
addiu  rt,rs,imm        #R[rt] = R[rs] + SignExtImm（符号扩展）

逻辑运算指令

R型

and  rd,rs,rt         #R[rd] = R[rs] & R[st]
or  rd,rs,rt        　#R[rd] = R[rs] | R[rt]
nor  rd,rs,rt         #R[rd] = ~(R[rs] | R[rd])

I型

andi rt,rs,imm        #R[rt] = R[rs] & ZeroExtImm（0扩展）        
ori  rt,rs,imm        #R[rt] = R[rs] | ZeroExtImm（0扩展）

注意：在算术运算中，立即数都是采用符号扩展，而在逻辑运算中，立即数采用0扩展，这也很容易理解，因为算术运算要保证数值的正确性，如符号扩展不会改变数值大小。

参考链接：https://www.coursera.org/learn/jisuanji-zucheng/lecture/uYju6/301-suan-zhu-yun-suan-he-luo-ji-yun-suan