前言
發布該文章的網站已經無法訪問，無法獲得相關翻譯授權，本人的翻譯僅供大家參考學習，盡可能使用直譯，并加上一些譯者注（使用“ [1] ”的形式），以減少信息損失，水平有限，不妥之處還請見諒。
本文不得用于其他用途，侵刪，轉載請加上原文鏈接。
Adapted from: http://edge.mcs.dre.g.el.edu/GICL/people/sevy/architecture/MIPSRef(SPIM).html
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其實我并不建議你看翻譯，因為無論如何，翻譯過后都會造成信息損失甚至錯誤，強烈建議直接看英文原文。
0 MIPS架構及匯編語言概述
0.1 數據類型及字面含義
0.1.1數據類型
- 所有指令都是32位
- 基本數據類型
- 字節型：byte（8 bits）
- 半字：halfword（2 bytes）[1]
- 字型：word（4 bytes）
- 一個字符（character）需要1個字節的存儲空間
- 一個整數（integer）需要1個字（4個字節）的存儲空間
譯者注：
[1] 在MARS模擬器，半字用half
[補充] 在32位環境下，C語言的char是1個字節，short是2個字節，int是4個字節，可以對比學習，關于有無符號的問題，請先忽略，不妨之后深入學習MIPS數據及指令再了解。
0.1.2 字面值[1]
- 數字（numbers）按照原樣輸入，就是，例如：
4 - 字符（characters）被單引號括起來，例如：
'b' - 字符串（strings）被雙引號括起來，例如：
"A string"
譯者注
[1] 英文為Literal，中文不妨理解為：不同類型數據的表示方法。
0.2 寄存器（registers）
- 32個通用寄存器
- 在匯編指令中，寄存器以
$開頭。訪問（addressing）寄存器的形式有2種：- 使用寄存器的編號，例如，從
$0到$31[1] - 使用與編號等價的寄存器名稱，例如，
$t1，$sp
- 使用寄存器的編號，例如，從
- 特殊的寄存器
Lo和Hi用于存儲乘法或除法運算的結果- 不能直接訪問
Lo和Hi寄存器，它們的內容通過特殊的指令訪問：mfhi（move from Hi）和mflo（move from Lo）[2]。
- 不能直接訪問
- 棧的增長方向是從存儲器的高地址走向低地址[3]
譯者注
[1] MIPS有32個通用寄存器，編號為0~31。
[2] 這里不是完全直譯，直譯的話看不懂，給出你原文對比一下：not directly addressable; contents accessed with special instruction mfhi (“move
from Hi”) and mflo (“move from Lo”).
[3] 這意味著棧底在高地址，棧頂在低地址；數據入棧的時候，棧頂指針是從高地址往低地址方向走的，出棧反之。
[補充] 在此再補充一下“字節序”，它與硬件的設計有關，通常x86系列的硬件采用小端序，MIPS大部分與網絡字節序一樣，采用大端序，也有采用小端序的，不過后來增強了可移植性，采用雙端序，既可以使用小端模式也可以使用大端模式。（參考鏈接在此）
這是來自Goodman&Miller的圖9.9[1]（注：功能描述請參考原文，這里沒有完全翻譯，對于初學者來說沒有意義。）
| 寄存器編號 | 可代替的名字[2] | 英文全稱 | （功能）描述 |
|---|---|---|---|
| 0 | $zero | zero | 值恒為0 |
| 1 | $at | assembler temporary | 匯編器保留寄存器 |
| 2-3 | $v0 , $v1 | values | 值來自于表達式求值和函數結果 |
| 4-7 | $a0 - $a3 | arguments | 存儲子程序調用的前4個非浮點參數，在子程序中不會跨子程序保存 |
| 8-15 | $t0 - $t7 | temporaries | 暫存寄存器 |
| 16-23 | $s0 - $s7 | saved values | 通用寄存器 |
| 24-25 | $t8 - $t9 | temporaries | 臨時變量，與$t0 - $t7一樣 |
| 26-27 | $k0 , $k1 | kernel reserved | 操作系統內核保留寄存器，用于中斷處理 |
| 28 | $gp | global pointer | 全局指針 |
| 29 | $sp | stack pointer | 棧指針，指向棧頂 |
| 30 | $s8 / $fp | saved values / frame pointer | 幀指針，用于過程調用 |
| 31 | $ra | return address | 返回地址 |
也參考了Britton的章節1.9，Sweetman的章節2.21，Larus的附錄章節A.6。
譯者注
[1] 譯者此處將圖片以表格形式表現了出來。
[2] 原文Alternative name，中文意思就是：與寄存器編號等價的名字，比如，$2與$v0等價。
[補充1] 這里我們可以注意到，32個寄存器被分成了不同類別，它們都有不同的用途，雖然它們都是通用寄存器，但是使用的時候，還是應該盡量按照實際功能去使用，以免發生不可知的錯誤。
[補充2] 學習建議：這部分內容，看一看有大概印象即可，不要強行記憶，因為初學者不太可能看得懂這些都是什么，后面需要的時候再回看，再查閱即可。
1 程序結構
- 純文本文件中只有數據聲明和程序代碼[1]（文件名的后綴為
.s，以能夠在SPIM模擬器運行[2]） - 數據聲明部分后面跟著程序代碼部分[3]
譯者注：
[1] 意思是：MIPS源程序要在文本編輯器進行編輯，包含數據聲明和程序代碼。
[2] 推薦使用MARS模擬器來進行運行MIPS程序，這款軟件一定程度兼容SPIM，并且提供了更加豐富的插件。另外，MIPS源程序文件的后綴可以是.s，也可以是.asm。
[3] 先聲明數據，然后再寫處理數據的代碼。
1.1 數據聲明
- 放置在程序段中，使用編譯器指令
.data來標識 - 聲明在程序中使用的變量名；存儲（的變量）會被分配到主內存（RAM）中
譯者注：直譯后表示很難受，可能我水平不夠吧……我用漢語描述一遍
- 在MIPS源程序進行數據聲明的時候，需要先加上
.data，再進行數據聲明- 在程序中需要用到的數據，需要先在數據段進行聲明，并為這些數據起名
- 這些你聲明好的變量（的值），在程序運行的時候，會被系統分配到主內存中
譯者注：數據聲明在源程序中應該是這樣的
.data # 我要開始寫數據聲明了！variable_name_1: .word 11 # 聲明了一個變量（先不用管語法）# 值：11# 變量名：variable_name_1# <其他數據聲明>……
1.2 代碼
- （代碼需要）放在文本（text）部分，并用
.text來標識 - （
.text后面的文本）包含程序代碼指令 - 代碼執行的起始點要給定一個標簽，例如
main - 主代碼的結束點應該使用“退出系統調用（功能）”，看下面的系統調用篇
1.3 注釋
在一行上，任何在#之后的內容，將會被（編譯器）認為是注釋[1]。
譯者注：
[1] 這里的注釋，也就是所謂的“單行注釋”。
[補充] 下面的1.4節在原文中是包含在1.3節的，譯者這里將其單獨拿出來，以強調MIPS源程序結構框架。
1.4 MIPS源程序結構框架示例
下面是MIPS匯編語言程序的模板：
# 注釋部分給出了程序名和函數描述
# 文件名：Template.s
# 這是最基本的MIPS匯編語言程序框架.data # 這行之后是變量聲明
# ... .text # 這行之后的是指令 main: # 指出代碼的起始點（第一個要執行的指令）
# ... # End of program, leave a blank line afterwards to make SPIM happy
# 程序的結尾留出一個空行，讓SPIM高興[1]
譯者注：
[1]make SPIM happy……外國人太有趣了，這句話含義就是，程序結束的時候多一個空行，這樣看起來程序美觀好看。
[補充] 原文程序的注釋太多了，程序結構都看不見了…讓我們留下最寶貴的部分，刪掉冗余部分
.data # 此處進行數據聲明.text
main: # 這是程序入口# 此處編輯程序代碼
2 數據聲明
數據聲明的形式：
name: storage_type value(s)
以上語句的含義是：
- 為變量創建一個倉庫（storage）[1]，它指定了數據類型，給定了變量名和變量的值
- 變量的值通常會給定初始值；對于存儲類型
.space，給出要被分配的空間的數字[2]
注意：標簽[3]后面總是跟著冒號:
譯者注：
[1] 可以理解為存儲變量的容器
[2] 也就是空間的大小
[3] 指的是變量名
例子：
var1: .word 3 # create a single integer variable with initial value 3
array1: .byte 'a','b' # create a 2-element character array with elements initialized to a and b
array2: .space 40 # allocate 40 consecutive bytes, with storage uninitialized could be used as a 40-element character array# or a 10-element integer array; a comment should indicate which!
譯者注：分別解釋一下這3條
- 創建一個
integer類型的變量，變量名為var2，變量的值初始化為3- 創建一個字符數組
array1，包含2個字符類型元素，它們的值分別被初始化為a和b- 創建一個空的空間
array2，在內存中分配40個連續的字節，這個沒有被初始化的storage可能是一個含有40個元素的字符數組，也可能是一個含有10個元素的integer數組，由于不確定，因此建議在注釋中說明space的用途。
3 load/store[1]指令
- RAM的訪問，只能使用
load和store指令[2] - 其他的指令只能使用寄存器操作數
譯者注：
[1]load意為“加載”，可以理解為“讀取”，CPU從內存中讀取信息；store意為“存儲”，可以理解為“寫入”，CPU向內存寫入信息。
[2] MIPS為RICS指令集，相比x86，它的尋址方式很少，只有這兩條指令可以訪問內存，也就是說，其他指令的操作數，不允許出現內存操作數
load：
# 從RAM源位置，復制1個字（4個字節）到目標寄存器
lw register_destination, RAM_source# 從RAM源位置，復制1個字節到目標寄存器的低序字節
# 并且對字節進行符號擴展，填充到高位字節中
lb register_destination, RAM_source
store：
# 將源寄存器中的字（型數據），存到目標RAM（地址）中
sw register_source, RAM_destination# 將源寄存器中的低位字節，存到目標RAM中
sb register_source, RAM_destination
load immediate：
# 加載立即數到目標寄存器
li register_destination, value
舉例[1]：
.data var1: .word 23 # declare storage for var1; initial value is 23 .text
__start: lw $t0, var1 # load contents of RAM location into register $t0: $t0 = var1 li $t1, 5 # $t1 = 5 ("load immediate") sw $t1, var1 # store contents of register $t1 into RAM: var1 = $t1 done
譯者注：
[1] 這里不再翻譯，根據前面的內容相信你能理解
[補充] 注意，這些指令其實就是英文全稱的縮寫，記憶起來非常容易，其他指令也一樣，要關注其英文全稱。
4 間接尋址和基址尋址
僅被用于load和store指令。
load address：
la $t0, var1
- 將
var1（可能是在程序中被定義的標簽）的RAM地址復制到寄存器$0
indirect addressing：
lw $t2, ($t0)
- 加載1個字大小的數據到
$t2中，數據的地址在$t0中，數據在數據地址指向的內存單元中
sw $t2, -12($t0)
未完成
5 算數運算指令
- 最多使用3個操作數
- 所有操作數都是寄存器；沒有RAM或者直接尋址
- 操作數的大小都是1個字
add $t0,$t1,$t2 # $t0 = $t1 + $t2; add as signed (2's complement) integers
sub $t2,$t3,$t4 # $t2 = $t3 D $t4
addi $t2,$t3, 5 # $t2 = $t3 + 5; "add immediate" (no sub immediate)
addu $t1,$t6,$t7 # $t1 = $t6 + $t7; add as unsigned integers
subu $t1,$t6,$t7 # $t1 = $t6 + $t7; subtract as unsigned integers mult $t3,$t4
# multiply 32-bit quantities in $t3 and $t4, and store 64-bit
# result in special registers Lo and Hi: (Hi,Lo) = $t3 * $t4 div $t5,$t6
# Lo = $t5 / $t6 (integer quotient)
# Hi = $t5 mod $t6 (remainder) mfhi $t0 # move quantity in special register Hi to $t0: $t0 = Hi
mflo $t1 # move quantity in special register Lo to $t1: $t1 = Lo # used to get at result of product or quotient move $t2,$t3 # $t2 = $t3
譯者注：
這里不翻譯了，表達式能夠看懂，注意觀察指令的規律，使用分治思想理解記憶：
- 指令是英文全稱的縮寫，按照意思即可記憶
- 指令的后綴代表特殊的含義，例如
i代表立即數，u代表無符號數
6 流程控制
- 條件分支的比較，被內嵌到了指令之中
branches：
b target # unconditional branch to program label target # 無條件跳轉到程序標簽targetbeq $t0,$t1,target # branch to target if $t0 = $t1 # 如果$t0 = $t1，就跳轉到target標簽# 下面的同理，不再一一翻譯blt $t0,$t1,target # branch to target if $t0 < $t1
ble $t0,$t1,target # branch to target if $t0 <= $t1
bgt $t0,$t1,target # branch to target if $t0 > $t1
bge $t0,$t1,target # branch to target if $t0 >= $t1
bne $t0,$t1,target # branch to target if $t0 <> $t1
譯者注：這里的指令，都是英文全稱，比如
beq就是branch equal，其余的讀者自行查閱。
jumps：
j target # unconditional jump to program label target # 無條件跳轉到程序標簽targetjr $t3 # jump to address contained in $t3 ("jump register")# 跳轉到某地址，地址的值在寄存器$t3中
未完成
subroutine calls：
subroutine call: “jump and link” instruction
jal sub_label # "jump and link"
subroutine return: “jump register” instruction
jr $ra # "jump register"
注意：
譯者注：原文沒有解釋程序標簽
target，譯者在這里補充一下
我給出你MIPS源程序的.text部分，我們知道，程序的入口是main標簽，事實上，還可以類似地定義很多標簽，跳轉指令中的target指的就是這些，以下為示例：
.text # 程序代碼部分 main: <代碼 1>j target_1 # 無條件地跳轉到標簽target_1的位置# 再從該位置繼續向下執行<代碼 2>target_1:<代碼 2>target_2:<代碼 3>
……
7 系統調用與I/O（SPIM模擬器[1]）
譯者注：
[1] MARS模擬器兼容了一部分SPIM的系統調用，基本是夠用的，依然推薦使用MARS模擬器。
