電腦系統6-> 計組與體繫結構3 | MIPS指令集（中）| MIPS彙編指令與機器表示

針對MIPS指令集本身的講解，主要是它上層的彙編表示和下層的機器表示，以及它的訪存方式、操作數等等。同時也對MIPS指令集日落西山表示感慨。 ...

上一篇電腦系統5-> 計組與體繫結構2 | MIPS指令集（上）| 指令系統從頂層講解了一個指令集 / 指令系統應當具備哪些特征和工作原理。這一篇就聚焦MIPS指令集（MIPS32），看看其彙編語句和機器語言是什麼樣子的。

參考資料：

Computer Organization and Design the 5th Edition，即電腦組成與設計硬體軟體介面第五版
龍芯杯MIPS指令系統規範手冊
課件，由於是英文且只是老師的思路，所以是輔助參考
《電腦組成原理》譚志虎，HUST（此書強推）
《電腦組成原理》MOOC HUST

00 數據格式

本文約定MIPS32的數據格式定義如下：

比特（bit, b）
位元組（Byte, 8bits, B）
半字（Halfword, 16bits, H）
字（Word, 32bits, W）

這個不搞搞清楚，後續還會麻煩，不如放在最前面。

01 操作數

自上一篇對於指令系統的整體介紹可以知道，指令集的操作數是指令的操作對象，它有三個來源：立即數、寄存器和存儲器。這裡來看一下MIPS32指令系統支持的操作數空間。

01-1 立即數操作數

在上一篇的介紹中，立即數是由地址碼表示的，所以MIPS的立即數的長度由指令格式決定，再具體一點是指令格式中的地址碼長度決定。

01-2 寄存器操作數

2022-04-16 整理此文期間，老師發了一個講解寄存器的鏈接

打開之後，我覺得講得還不錯，對於各個寄存器的功能都有說明，就是排版不太好。

此文第32問之後，講解了為什麼是32個通用寄存器

MIPS-32指令集共有32個32位通用寄存器，按照編碼原理，機器指令中可以用5個bit來編碼32個寄存器；在彙編中可以用寄存器編號0~31表示，但更推薦用它們的名字（ $ +兩個字元），因為不同的寄存器的預設工作不同，如果有名稱來進行區分，對於彙編層次的程式設計者更友好一些。具體表示如：$sp , $t0等等。

為什麼會給寄存器取名，從下麵這個表格就可見一斑。後續下一篇介紹高級語言程式段的彙編翻譯的時候，還會具體說明這些寄存器的功能分類。

為什麼使用32個通用寄存器？

答：

使用64個或更多寄存器不但需要更大的指令空間來對寄存器編碼，還會增加上下文切換的負擔。除了那些很大不能感非常複雜的函數，32個寄存器就已足夠保存經常使用的數據。使用更多的寄存器並不必要，同時電腦設計有個原則叫“越小越快”，但是也不是說使用31個寄存器會比32個性能更好，32個通用寄存器是流行的做法。

編號	助記符	英文全稱	功能簡述
$0	$zero	zero	恆零值，0號寄存器參與加法運算可實現MOV功能
$1	$at	Assemble Temp	彙編器保留寄存器，可用於偽指令的中間變數
$2 ~ 3	$v0 ~ v1	value	存儲子程式的非浮點返回值
$4 ~ 7	$a0 ~ a3	Argument	用於存儲子程式調用前的4個非浮點參數
$8 ~ 15	$t0 ~ t8	Temporaries	臨時變數，調用者保存寄存器，可在子程式中直接調用
$16 ~ 23	$s0 ~ s7	Saved Registers	通用寄存器，被調用者保存寄存器，在子程式中使用時必須先壓棧保存原值，使用後應出棧恢複原值
$24 ~ 25	$t8 ~ t9	Temporaries	臨時變數，同$8 ~ 15。
$26 ~ 27	$k0 ~ k1	Kernel Reserved	操作系統內核保留寄存器，用於中斷處理
$28	$gp	Global Pointer	全局指針
$29	$sp	Stack Pointer	棧指針，指向棧頂
$30	$fp / $s8	Frame Pointer	幀指針，用於過程調用；也是$s8，可用作Saved Register
$31	$ra	Return Address	存儲子程式返回地址

我們通常意義上說的32個寄存器，就是上述32個通用寄存器。事實上，MIPS還提供了32個32位的單精度浮點寄存器，用$f0 ~ f31表示，兩兩拼合還可以形成16個64位的雙精度寄存器。此外，MIPS還有其他特殊寄存器：

整數乘除寄存器$hi，$lo
- hi 寄存器存放乘法指令結果的高半部分或是除法指令結果的餘數。
- 用指令mfhi("move from hi")來訪問hi。
- lo 寄存器存放乘法指令結果的低半部分或是除法指令結果的商。
- 用指令mflo("move from lo")訪問lo。
程式控制器PC
- 無法直接訪問。
⭐協處理器CP0的寄存器
- CP0是協處理器((Co-Processor)之一，其中有一組寄存器，一共32個；
- CP0 必須實現，起到控制CPU的作用，主要用於中斷、例外控制。MMU、異常處理、乘除法等功能，都依賴於協處理器CP0來實現。它是MIPS的精髓之一，也是打開MIPS特權級模式的大門。
- 後續的特權指令中會有很多使用CP0寄存器的地方。
- 協處理器的32個寄存器介紹
- 協處理器如何控制CPU
- 這裡提一個寄存器，EPC，這個寄存器存放異常發生時，系統正在執行的指令的地址。後面特權指令ERET會用到。

01-3 存儲器操作數

有2³⁰個存儲器字，根據00部分的數據格式，這裡一個存儲器字也就是32位bit，即4個byte，所以換算成我們更常見的形式有：

2³²bytes = 2²²KB = 2¹²MB=4GB，可見MIPS32的記憶體是4GB。

02 定址方式

上一篇中我們介紹了指令系統的11 種訪存方式，MIPS只採用了其中的五種，即：（也簡單回憶一下）

立即數定址

imm欄位 / D欄位就是立即數本身。
寄存器定址

操作數放在某個寄存器中，形式地址D欄位 / imm欄位給出寄存器的編號，有的指令可能會使用多個寄存器，也就會用到多段寄存器編碼段。
基址定址

寄存器存放基地址，形式地址D欄位存放變化量。
相對定址

EA = PC + 4 + D。
偽直接定址

這種比較新，實際操作是EA = { PC+4的高四位（31到28），imm（D欄位），00 }

可見此處的EA達到了32位bit，也即30位存儲字。

對於具體的指令格式，R型指令的定址方式只有寄存器定址；I型指令的定址方式有寄存器定址、立即數定址、基址定址、相對定址；J型指令的只有偽直接定址。

03 指令格式

03-1 統一介紹

瞭解一個指令集最重要的是指令格式，指令格式統帥了所有其他的方面。MIPS32種所有的指令都是32位定長指令，格式很規整（很漂亮）；對於實在難以用統一格式表述的指令，MIPS採取了折中的辦法，即讓指令的一部分看上去是一樣的，其他的部分進行一些微調。

MIPS指令格式有三種：I型、R型、J型；具體格式如下：

213

下麵是對上圖各個部分的一個解釋：

圖中opcode欄位就是操作碼，一般簡稱為OP，不過R型指令有一點與眾不同，R型指令的OP段全為0），具體的指令功能由低6位的 function(funct) 欄位決定，這裡的funct欄位就是擴展操作碼。
至於定址方式，MIPS的定址方式是沒有單獨的欄位的，而是放在操作碼欄位里。
上面看到的rs、rt、rd就是寄存器操作數欄位，各用五位表示（32個通用寄存器正好編碼5個二進位位）；R型指令可以有三個寄存器操作數，而I型指令最多兩個寄存器操作數，而J型不需要寄存器操作數。
上圖其他元素還有shamt欄位（五位的sa），用於移位指令，其他指令這一段為0；以及I型指令的imm欄位，可以表示16位的有符號立即數，立即數範圍為 [-32768, 32767]。J型指令的instr_index（Address欄位）有26位。

03-2 R型 / 寄存器型

R型指令的操作數只能來自寄存器，運算結果也只能來自寄存器，屬於上一篇中所提到RR型指令。下麵先來說說MIPS的R型指令的機器語言格式：

因為具體指令打算放到指令功能里再整理，這裡舉一個典例，MIPS的加法在彙編中表示為：

add $s1,$t0,$s4
# 當然也可寫成
add $17,$8,$20

意思是把 t0（8號）和s4（20號）寄存器的內容相加，把結果放到s1（17號）寄存器，機器格式為：

位數	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 06	05 ~ 00
格式	op	rs	rt	rd	shamt	funct
舉例	000000	8	20	17	0	32

03-3 I型 / 立即數型

I型指令就是立即數型指令，至多可以使用兩個寄存器，按照執行的功能有以下情況：

如果是雙目運算，則將寄存器rs和立即數imm分別作為源操作數，將結果送入rt寄存器中；
如果是Load / Store指令，則將寄存器rs和立即數imm值相加得到有效地址EA，將EA送入rt寄存器中；
如果是條件分支指令，則對rs和rt寄存器中的數據進行規定的判別運算，並根據結果決定是否進行跳轉，如果發生跳轉，那麼跳轉後的地址EA由相對定址方式獲得（PC+4與立即數imm相加得到）

舉一個典例，MIPS中的beq指令，指令作用是相等則跳轉：

beq $s1,$s2,25

意為判斷$s1和$s2中操作數是否相等，如果相等去地址為PC+4+imm的地方繼續運行。

位數	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 0
格式	op	rs	rt	imm
舉例	000100	17	18	25

註意這裡的意義是：

if($s1 == $32) go to
PC+4+100 #即 imm<<2

為什麼是100不是25呢？

答：如果發生轉移，要將imm左移2位，並符號擴展至32位，然後與PC+4相加，加法的結果就是轉移目的地址，從該地址取指令。

03-4 J型 / 跳轉型

J型指令主要是無條件轉移指令，其特點是僅有操作碼和地址碼兩個欄位，採用偽直接定址，有效地址EA 用PC+4的高4位與 26位的imm經左移2位後拼接得到：

J型指令常用的有兩個：j 和 jal

註意：jr和jalr雖然也實現無條件跳轉，但不是J型。

指令名	OP	IMM	實現描述	備註
j	000010	26位	PC <- {PC+4_31:28，imm，00}	無條件分支
jal	000011	26位	R[31] <- PC+8（如無延遲槽為PC+4）；PC <- {PC+4_31:28，imm，00}	子程式調用指令

04 指令功能

本部分參考：龍芯杯MIPS指令系統規範手冊，開源，上傳至博客文件。

04-1 算術運算指令

234

一共十四條，包括加、減、乘、除、置1五個小類。

ADD
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 100000
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
  - ```
  ADD rd, rs, rt
```
- 功能描述：
  - 將寄存器 rs 的值與寄存器 rt 的值相加，結果寫入寄存器 rd 中。如果產生溢出，則觸發整型溢出例外（IntegerOverflow）。
- 操作定義：
- 例外：
  - 如果有溢出，則觸發整型溢出例外。
ADDI
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 26~21 20 ~ 16 15 ~ 0
  
  格式 001000 rs rt imm
  
  位數 6 5 5 16
- 彙編格式：
  - ```
  ADDI rt, rs, imm
```
- 功能描述：
  - 將寄存器 rs 的值與有符號擴展至 32 位的立即數 imm 相加，結果寫入 rt 寄存器中。如果產生溢出，則觸發整型溢出例外（IntegerOverflow）。
- 操作定義：
- 例外：
  - 如果有溢出，則觸發整型溢出例外。
ADDU
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 100001
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
```
ADDU rd, rs, rt
```
- 功能描述：
  - 將寄存器 rs 的值與寄存器 rt 的值相加，結果寫入 rd 寄存器中。
- 操作定義：
```
GPR[rd] ← GPR[rs] + GPR[rt]
```
- 例外：
  - 無
ADDIU
- 機器格式：
- 彙編格式：
```
ADDIU rt, rs, imm 
```
- 功能描述：
  - 將寄存器 rs 的值與有符號數至 32 位的立即數 imm 相加，結果寫入 rt 寄存器中。（沒寫錯1!)
- 操作定義：
```
GPR[rt] ← GPR[rs] + sign_extend(imm)
```
- 例外：
  - 無
- ADDI，ADDIU，ADD，ADDU的區別、有符號無符號的謬誤
SUB
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 100010
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
```
SUB rd, rs, rt
```
- 功能描述：
  - ：將寄存器 rs 的值與寄存器 rt 的值相減，結果寫入 rd 寄存器中。如果產生溢出，則觸發整型溢出例外（IntegerOverflow）。
- 操作定義：
- 例外：
  - 無
SUBU
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 100011
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
```
SUBU rd, rs, rt
```
- 功能描述：
  - 將寄存器 rs 的值與寄存器 rt 的值相減，結果寫入 rd 寄存器中。
- 操作定義：
```
GPR[rd] ← GPR[rs] – GPR[rt]
```
- 例外：
  - 無
SLT
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 101010
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
```
SLT rd, rt, rs
```
- 功能描述：
  - 將寄存器 rs 的值與寄存器 rt 中的值進行有符號數比較，如果寄存器 rs 中的值小，則寄存器 rd 置 1；否則寄存器 rd 置 0。
- 操作定義：
```
if GPR[rs] < GPR[rt] then
	GPR[rd] ← 1
else
	GPR[rd] ← 0
endif
```
- 例外：
  - 無
SLTI
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 26~21 20 ~ 16 15 ~ 0
  
  格式 001010 rs rt imm
  
  位數 6 5 5 16
- 彙編格式：
```
SLTI rt, rs, imm
```
- 功能描述：
  - 將寄存器 rs 的值與有符號擴展至 32 位的立即數 imm 進行有符號數比較，如果寄存器 rs 中的值小，則寄存器 rt 置 1；否則寄存器 rt 置 0。
- 操作定義：
```
if GPR[rs] < Sign_extend(imm) then
	GPR[rt] ← 1
else
	GPR[rt] ← 0
endif
```
- 例外：
  - 無
SLTU
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 101011
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
```
SLTU rd, rs, rt
```
- 功能描述：
  - 將寄存器 rs 的值與寄存器 rt 中的值進行無符號數比較，如果寄存器 rs 中的值小，則寄存器 rd 置 1；否則寄存器 rd 置 0。
- 操作定義：
```
if (0||GPR[rs]31..0) < (0||GPR[rt]31..0) then
	GPR[rd] ← 1
else
	GPR[rd] ← 0
endif
```
- 例外：
  - 無
SLTIU
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 0
  
  格式 001011 rs rt imm
  
  位數 6 5 5 16
- 彙編格式：
```
SLTIU rt, rs, imm
```
- 功能描述：
  - 將寄存器 rs 的值與有符號擴展 至 32 位的立即數 imm 進行無符號數比較，如果寄存器 rs 中的值小，則寄存器 rt 置 1；否則寄存器 rt 置 0。
- 操作定義：
```
if (0||GPR[rs]31..0) < Sign_extend(imm) then
	GPR[rt] ← 1
else
	GPR[rt] ← 0
endif
```
- 例外：
  - 無
DIV
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt 00 0000 0000 011010
  
  位數 6 5 5 10 6
- 彙編格式：
```
DIV rs, rt
```
- 功能描述：
  - 有符號除法，寄存器 rs 的值除以寄存器 rt 的值，商寫入 LO 寄存器中，餘數寫入 HI 寄存器中。
- 操作定義：
- 例外：
  - 無
DIVU
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt 00 0000 0000 011011
  
  位數 6 5 5 10 6
- 彙編格式：
```
DIVU rs, rt
```
- 功能描述：
  - 無符號除法，寄存器 rs 的值除以寄存器 rt 的值，商寫入 LO 寄存器中，餘數寫入 HI 寄存器中。
- 操作定義：
- 例外：
  - 無
MULT
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt 00 0000 0000 011000
  
  位數 6 5 5 10 6
- 彙編格式：
```
MULT rs, rt
```
- 功能描述：
  - 有符號乘法，寄存器 rs 的值乘以寄存器 rt 的值，乘積的低半部分和高半部分分別寫入 LO 寄存器和 HI 寄存器。
- 操作定義：
  - prod ← GPR[rs]_31..0 ×GPR[rt]_31..0
  - LO ← prod_31..0
  - HI ← prod_63..32
- 例外：
  - 無
MULTU
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt 00 0000 0000 011001
  
  位數 6 5 5 10 6
- 彙編格式：
```
MULTU rs, rt
```
- 功能描述：
  - 無符號乘法，寄存器 rs 的值乘以寄存器 rt 的值，乘積的低半部分和高半部分分別寫入 LO 寄存器和 HI 寄存器。
- 操作定義：
  - prod ← (0 || GPR[rs]_31..0) ×(0 || GPR[rt]_31..0)
  - LO ← prod_31..0
  - HI ← prod_63..32
- 例外：無

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	100000
位數	6	5	5	5	5	6

地址	31 ~ 26	26~21	20 ~ 16	15 ~ 0
格式	001000	rs	rt	imm
位數	6	5	5	16

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	100001
位數	6	5	5	5	5	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	100010
位數	6	5	5	5	5	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	100011
位數	6	5	5	5	5	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	101010
位數	6	5	5	5	5	6

地址	31 ~ 26	26~21	20 ~ 16	15 ~ 0
格式	001010	rs	rt	imm
位數	6	5	5	16

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	101011
位數	6	5	5	5	5	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 0
格式	001011	rs	rt	imm
位數	6	5	5	16

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	00 0000 0000	011010
位數	6	5	5	10	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	00 0000 0000	011011
位數	6	5	5	10	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	00 0000 0000	011000
位數	6	5	5	10	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	00 0000 0000	011001
位數	6	5	5	10	6

04-2 邏輯運算指令

123

AND
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 100100
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
```
AND rd, rs, rt
```
- 功能描述：
- 寄存器 rs 中的值與寄存器 rt 中的值按位邏輯與，結果寫入寄存器 rd 中。
- 操作定義：
```
GPR[rd] ← GPR[rs] & GPR[rt] 
```
- 例外：
  - 無
ANDI
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 0
  
  格式 001100 rs rt imm
  
  位數 6 5 5 16
- 彙編格式：
```
ANDI rt, rs, imm 
```
- 功能描述：
  - 寄存器 rs 中的值與 0 擴展至 32 位的立即數 imm 按位邏輯與，結果寫入寄存器 rt 中。
- 操作定義：
```
GPR[rt] ← GPR[rs] and Zero_extend(imm)
```
- 例外：
  - 無
LUI
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 0
  
  格式 001111 00000 rt imm
  
  位數 6 5 5 16
- 彙編格式：
```
LUI rt, imm
```
- 功能描述：
  - 將 16 位立即數 imm 寫入寄存器 rt 的高 16 位，寄存器 rt 的低 16 位置 0。
- 操作定義：
```
GPR[rt] ← (imm || 0000 0000 0000 0000)  
```
- 例外：
  - 無
NOR
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 100111
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
```
NOR rd, rs, rt
```
- 功能描述：
  - 寄存器 rs 中的值與寄存器 rt 中的值按位邏輯或非，結果寫入寄存器 rd 中。
- 操作定義：
```
GPR[rd] ← GPR[rs] nor GPR[rt] 
```
- 例外：
  - 無
OR
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 100101
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
```
OR rd, rs, rt
```
- 功能描述：
  - 寄存器 rs 中的值與寄存器 rt 中的值按位邏輯或，結果寫入寄存器 rd 中。
- 操作定義：
```
GPR[rd] ← GPR[rs] or GPR[rt] 
```
- 例外：
  - 無
ORI
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 0
  
  格式 001101 rs rt imm
  
  位數 6 5 5 16
- 彙編格式：
```
ORI rt, rs, imm
```
- 功能描述：
  - 寄存器 rs 中的值與 0 擴展至 32 位的立即數 imm 按位邏輯或，結果寫入寄存器 rt 中。
- 操作定義：
```
GPR[rt] ← GPR[rs] or Zero_extend(imm)
```
- 例外：
  - 無
XOR
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 100110
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
```
XOR rd, rs, rt
```
- 功能描述：
  - 寄存器 rs 中的值與寄存器 rt 中的值按位邏輯異或，結果寫入寄存器 rd 中。
- 操作定義：
```
GPR[rd] ← GPR[rs] xor GPR[rt]
```
- 例外：
  - 無
XORI
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 0
  
  格式 001110 rs rt imm
  
  位數 6 5 5 16
- 彙編格式：XORI rt, rs, imm
- 功能描述：寄存器 rs 中的值與 0 擴展至 32 位的立即數 imm 按位邏輯異或，結果寫入寄存器 rt 中。
- 操作定義：GPR[rt] ← GPR[rs] xor Zero_extend(imm)
- 例外：無

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	100100
位數	6	5	5	5	5	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 0
格式	001100	rs	rt	imm
位數	6	5	5	16

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 0
格式	001111	00000	rt	imm
位數	6	5	5	16

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	100111
位數	6	5	5	5	5	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	100101
位數	6	5	5	5	5	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 0
格式	001101	rs	rt	imm
位數	6	5	5	16

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	100110
位數	6	5	5	5	5	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 0
格式	001110	rs	rt	imm
位數	6	5	5	16

04-3 移位指令

wer

SLLV
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 000100
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
```
SLLV rd, rt, sa
```
- 功能描述：
  - 由寄存器 rs 中的值指定移位量，對寄存器 rt 的值進行邏輯左移，結果寫入寄存器 rd 中。
- 操作定義：
  - s ← GPR[rs]_4..0
  - GPR[rd] ← GPR[rt]_(31-s)..0 || 0^s
- 例外：
  - 無
SLL
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 000000
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
```
SLL rd, rt, sa
```
- 功能描述：
  - 由立即數 sa 指定移位量，對寄存器 rt 的值進行邏輯左移，結果寫入寄存器 rd 中。
- 操作定義：
  - s ← sa
  - GPR[rd] ← GPR[rt]_(31-s)..0 || 0^s
- 例外：
  - 無
SRAV
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 000111
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
```
SRAV rd, rt, rs
```
- 功能描述：
  - 由寄存器 rs 中的值指定移位量，對寄存器 rt 的值進行算術右移，結果寫入寄存器 rd 中。
- 操作定義：
  - s ← GPR[rs]_4..0
  - GPR[rd] ← (GPR[rt]₃₁) ^s || GPR[rt]_31..s
- 例外：
  - 無
SRA
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 000011
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
```
SRA rd, rt, sa
```
- 功能描述：
  - 由立即數 sa 指定移位量，對寄存器 rt 的值進行算術右移，結果寫入寄存器 rd 中。
- 操作定義：
  - s ← sa
  - GPR[rd] ← (GPR[rt]₃₁) s || GPR[rt]31..s
- 例外：
  - 無
SRLV
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 000110
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
```
SRLV rd, rt, rs
```
- 功能描述：
  - 由寄存器 rs 中的值指定移位量，對寄存器 rt 的值進行邏輯右移，結果寫入寄存器 rd 中。
- 操作定義：
  - s ←GPR[rs]_4..0
  - GPR[rd] ← 0^s || GPR[rt]_31..s
- 例外：
  - 無
SRL
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 11 10 ~ 6 5 ~ 0
  
  格式 000000 rs rt rd 00000 000010
  
  位數 6 5 5 5 5 6
- 彙編格式：
```
SRL rd, rt, sa
```
- 功能描述：
  - 由立即數 sa 指定移位量，對寄存器 rt 的值進行邏輯右移，結果寫入寄存器 rd 中。
- 操作定義：
  - s ← sa
  - GPR[rd] ← 0_s || GPR[rt]_31..s
- 例外：無

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	000100
位數	6	5	5	5	5	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	000000
位數	6	5	5	5	5	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	000111
位數	6	5	5	5	5	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	000011
位數	6	5	5	5	5	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	000110
位數	6	5	5	5	5	6

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 11	10 ~ 6	5 ~ 0
格式	000000	rs	rt	rd	00000	000010
位數	6	5	5	5	5	6

04-4 分支跳轉指令

rty

BEQ
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 0
  
  格式 000100 rs rt offset
  
  位數 6 5 5 16
- 彙編格式：
```
BEQ rs, rt, offset
```
- 功能描述：
  - 如果寄存器 rs 的值等於寄存器 rt 的值則轉移，否則順序執行。轉移的目標地址由立即數 offset 左移 2 位併進行有符號擴展的值加上該分支指令對應的延遲槽指令的 PC 計算得到。
- 操作定義：
- 例外：
  - 無
BNE
- 彙編格式：
```
BNE rs, offset
```
- 功能描述：
  - 如果寄存器 rs 的值不等於寄存器 rt 的值則轉移，否則順序執行。轉移目標由立即數 offset 左移 2位併進行有符號擴展的值加上該分支指令對應的延遲槽指令的 PC 計算得到。
- 操作定義：
- 例外：
  - 無
BGEZ
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 0
  
  格式 000001 rs 000001 offset
  
  位數 6 5 5 16
- 彙編格式：
```
BGEZ rs, offset
```
- 功能描述：
  - 如果寄存器 rs 的值大於等於 0 則轉移，否則順序執行。轉移目標由立即數 offset 左移 2 位併進行有符號擴展的值加上該分支指令對應的延遲槽指令的 PC 計算得到。
- 操作定義：
- 例外：
  - 無
BGTZ
- 機器格式：
  
  地址 31 ~ 26 25 ~ 21 20 ~ 16 15 ~ 0
  
  格式 000111 rs 000000 offset
  
  位數 6 5 5 16
- 彙編格式：
```
BGTZ rs, offset
```
- 功能描述：
  - 如果寄存器 rs 的值大於 0 則轉移，否則順序執行。轉移目標由立即數 offset 左移 2 位併進行有符號擴展的值加上該分支指令對應的延遲槽指令的 PC 計算得到。
- 操作定義：
- 例外：
  - 無

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 0
格式	000100	rs	rt	offset
位數	6	5	5	16

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 0
格式	000001	rs	000001	offset
位數	6	5	5	16

地址	31 ~ 26	25 ~ 21	20 ~ 16	15 ~ 0
格式	000111	rs	000000	offset
位數	6	5	5	16

BLEZ

機器格式：

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