了解 `lw` 和 `sw` 在 MIPS 程序中的实际工作方式答案

【问题标题】：Understanding how `lw` and `sw` actually work in a MIPS program了解 `lw` 和 `sw` 在 MIPS 程序中的实际工作方式
【发布时间】：2019-06-05 18:38:20
【问题描述】：

我很难理解 sw 和 lw 在 MIPS 程序中的作用。我对该主题的理解是，我们使用lw 将数据从内存传输到寄存器，反之亦然sw。但这究竟是如何实现的呢？

假设我们有以下代码行：

lw Reg.Dest, Offset(Reg.Source)
sw Reg.Source, Offset(Reg.Dest)

如果我们专注于lw，它本质上是从内存中存储数据，Reg.Source 并将该数据的地址与Offset 相乘，总是 $4$ 的倍数，因为寄存器处理 $32$ 位和内存使用 $8$ 位到寄存器中的特定地址，该地址等于Offset + Reg.Source - 所以如果我们说Offset = 16, Reg.Source = $s1 = 12，那么寄存器会将内存中的数据存储到寄存器中的地址 $28$。

假设我对lw 的理解是正确的，那么我的问题是sw 是如何工作的？

PS：如果答案也可以只包含一个单行示例，例如sw $t0, 32($s3)，那就太好了。

【问题讨论】：

可能相关：stackoverflow.com/a/54066664/4271923（虽然您的措辞和问题似乎有点混乱，并且使用了不精确的措辞，这很难说您是否也感到困惑，或者只是不使用“行话”）
还有一个额外的注意... 32位寄存器物理上直接存储在CPU芯片上，因此CPU在指令中使用它们非常快（但您只有32个寄存器可用MIPS CPU = 32*4 = 128 字节，而计算机内存芯片通常以千/百万/十亿字节大小）。要从内存加载/存储任何东西，它需要更多的时间，因为内存是不同的芯片，CPU必须与内存芯片进行额外的通信，告诉它选择哪个地址并等待读取，或发送值以写入它（这就是sw 所做的）。
官方文档不是已经充分解释了这一点吗？例如：SW rt, offset(base) 描述： memory[base+offset] ← rt 寄存器 rt 的最低有效 32 位字存储在内存中由对齐的有效地址指定的位置。将 16 位带符号的 offset 添加到 GPR base 的内容中，形成有效地址。

标签： assembly mips cpu-architecture

【解决方案1】：

lw（加载字）将一个字从内存加载到寄存器。

lw $2, 4($4) # $2 <- mem($4+4)

$2 是目标寄存器，$4 是地址寄存器。而信息的来源是记忆。

4 是添加（不相乘）到地址寄存器的偏移量。这种内存访问称为基于寻址，在许多情况下都非常有用。例如，如果 $4 保存结构的地址，则偏移量允许选择结构的不同字段。或者数组中的下一个或前一个元素等。偏移量不必是 4 的倍数，但（地址寄存器 + 偏移量）必须且大多数情况下两者都是。

Sw 类似，但将寄存器存储到内存中。

 sw $5, 8($7) # mem[$7+8] <- $5

同样，$7 是保存内存地址的寄存器，8 是偏移量，$5 是要写入内存的信息源。

请注意，与其他 MIPS 指令相反，第一个操作数是源，而不是目标。这可能是为了强制地址寄存器在两条指令中扮演类似的角色，而在 lw 中它用于计算数据源的内存地址，在 sw 中用于计算内存目标地址。

【讨论】：