为什么在 MIPS 中有两种方法可以将任意有符号数相乘？

Question

如果您需要在 MIPS 中将两个任意有符号数相乘，是否有理由更喜欢：

mul $t0 $s0 $s1

或者这个：

mult $s0 $s1
mflo $t0

?

我在网上找到了关于每个含义的不一致答案。乍一看，我希望前者是后者的伪指令。 （甚至有一个网页声称这一点。）但是查看机器代码，mult 似乎是一个有效的 R 型指令（操作码 0），而 mul 有一个非零操作码（0x1c），所以应该t 是 R 类型，即使它包含 3 个寄存器？！

RISC 哲学说要经常使用伪指令，因为我们只有有限的真实指令。但我只是没有想到为什么你需要两种不同的乘法方式。两者都会影响lo 和hi（使用 MARS），因此您可以使用其中任何一个来检查溢出。那么为什么会出现冗余呢？为什么不告诉大家一直使用mul？

Answer 1

mul 不是伪指令。它确实不修改hi 或lo 寄存器，mult 所做的。它们是指令集中的不同真实指令。

一般来说，我们有a = b * c

由于将两个 32 位数字相乘产生 64 位结果，因此在一般情况下，我们使用 mult，然后使用 mflo 获取结果的低 32 位，使用 mfhi 获取结果的高 32 位。这允许更高的准确性，但需要额外的指令 [或两条] 来获得结果。

如果我们只关心乘法结果的低 32 位（例如数组索引计算），我们可以使用mul，它允许结果位于与参数不同的寄存器中（在 单个指令）

考虑一个简单的程序：

    .text
    .globl  main
main:
    mul     $v0,$a0,$a1
    mult    $v1,$a2
    mflo    $v0

现在，如果我们使用mars 组装它，我们会得到：

00400000:   70851002    mul     $v0,$a0,$a1
00400004:   00660018    mult    $v1,$a2
00400008:   00001012    mflo    $v0

请注意，我们在第 3 行有一个真正的 mflo 指令。如果 mul 是一个伪操作，mars 将 [必须] 在 @ 之间注入一个 mflo $v0 987654340@ 和mult 行

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更新：

这很有趣。你是对的，它不是一个伪指令。 （你会在组装时看到它，如果是的话。）但是当我使用 MARS 时，mul 和 mult 都会修改 hi 和 lo。也许这是一个 MARS 错误？

可能。 spim 也 修饰 hi 和 lo。

经过进一步思考，考虑到原始 mips CPU 内核的时代（大约 1985 年）和它们拥有的 [极其] 有限数量的门，这似乎是合乎逻辑的。

但是，真正的 mips 内核今天仍然存在。该公司是“MIPS Technologies, Inc”，截至 2017 年仍然存在。

[AFAICT] 公司的 ISA 参考手册在此处有副本：https://s3-eu-west-1.amazonaws.com/downloads-mips/documents/MD00086-2B-MIPS32BIS-AFP-6.06.pdf

在该文档中，mul 指令不将更改 hi 或 lo 列为副作用。

在我看过的一些文档中[我不记得是哪个]，它指出[对于旧/真实硬件]，您必须在 mult 和mflo（例如nop）。模拟器不需要这个。

作为一种好的做法，我可能不会在 mult 之后依赖 lo/hi 的有效期太久，并且 不 对于 mul 完全不依赖它们，所以，对于课堂作业，这有点争议。

看看qemu 做了什么会很有趣。它比spim 或mars [我更喜欢] 更难使用，但可能更接近实际硬件的功能。