MIPS跳转指令编码：为什么要左移，为什么要保留PC的高4位？答案

【问题标题】：MIPS Jump instruction encoding: why left shifted, and why keep the high 4 bits of PC?MIPS跳转指令编码：为什么要左移，为什么要保留PC的高4位？
【发布时间】：2020-07-18 19:03:59
【问题描述】：

在跳转指令中，

为什么要将 26 位地址转换为 28 位？
为什么我们将 PC 中最左边的 4 位添加到 28 位中？

【问题讨论】：

1.因为 MIPS 指令必须对齐，所以我们得到更长的跳转位移而不是浪费低 2 位。 In MIPS, why can a jump instruction set the program counter to a 28-bit target address / MIPS jump and branch instructions range 2. 因为他们决定这样设计，而不是作为相对分支。
@PeterCordes 你能解释更多关于相关分支的信息
How to Calculate Jump Target Address and Branch Target Address? 展示了 MIPS b 指令如 beq 的工作原理。

标签： assembly mips cpu-architecture machine-code

【解决方案1】：

为什么要将 26 位地址转换为 28 位？

当我们将地址移动 2 位时，跳转指令的参数（地址）可以在 0...2^28-1 的范围内。

如果我们不移动地址，它只能在 0...2^26-1 范围内。

这意味着我们只能使用 1/4 的地址空间。

另一方面，不转移地址的明显好处并不是真正的好处：

不移动地址将允许使用不能被 4 整除的地址。但是，因为指令总是位于能被 4 整除的地址，所以跳转到不能被 4 整除的地址的指令是没有意义的。

顺便说一句：其他 CPU（例如 MC68000）确实使用 16 位“分支”（跳转）指令，其中低位始终必须为零 - 因此如果 CPU 将地址移动 1，则可以寻址更多内存.

为什么我们要把最左边的 4 位从 PC 加到 28 位上？

PC 寄存器为 32 位宽，跳转指令仅包含 26 位。所以我们必须从其他地方取 6 位：

PC 寄存器的低 2 位始终为零，所以我们仍然要考虑“左”4 位。

如果我们总是将左 4 位设置为零，我们只能跳转到位于前 256 MB 内存中的一些代码。

如果我们根本不修改 PC 的左 4 位，我们可以跳转到与跳转指令本身位于相同 256 兆字节范围内的一些代码。

让我们考虑一个for() 或while() 循环：

在这样的循环结束时，有一条跳转到循环开始的指令。

假设程序不一定位于前 256 MB 内存中。

更有可能：

循环开始与循环结束（跳转指令）在相同的 256 兆字节范围内，还是循环开始在前 256 兆字节内存内？

【讨论】：

在这样的循环结束时有一个跳转指令到循环的开始。 通常你会使用条件分支作为循环分支，比如@987654323 @ 某物。 MIPS 条件分支是相对的，向 PC 添加偏移量。或者，如果您将 C 循环音译为底部带有无条件分支的 asm，您仍然可以通过使用始终为真的条件（如 bgez $zero, loop_top）来执行短程无条件相对分支。但可以肯定的是，作为一个例子，它可以工作，并且许多手写的 MIPS 代码确实使用j 用于此类分支。
谢谢，第二个问题困扰了我很久
for和while的例子很奇怪，跳转指令在最后，怎么能向后跳转到循环的开头呢？一定是相对跳跃。
@shino 实际上，循环结束时通常会有相对跳转。原因之一是不需要搬迁。但是，也可以使用J 指令。如果循环长于 32K 条指令，你甚至不得不使用 J 而不是 BGEZ，因为对于 BGEZ 来说，循环的起点太远了。