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고전적인 RISC 아키텍처는 네트워킹 및 임베디드 시스템을 전 세계적으로 강화합니다 필수

MIPS (Interlocked Pipelined Stages가 없는 Microprocessor)는 컴퓨팅 역사에서 가장 영향력 있고 지속적인 프로세서 아키텍처 중 하나입니다. 1980년대 MIPS Computer Systems에서 개발된 이 감소된 명령 세트 컴퓨터(RISC) 아키텍처는 수십 년의 기술 진화를 통해 재평가를 유지했으며 현재 라우터 및 스위치에서 90 % 이상의 시장 점유율을 가진 네트워킹 장비를 지배하고 임베디드 시스템, 통신 및 컴퓨터 아키텍처 교육에서 중요한 역할을 담당하고 있습니다.

건축 개요

MIPS는 simplicity 및 성능 예측 가능성의 우선 순위를 결정하는 깨끗한 직각 명령으로 RISC 디자인의 기본 원리를 구현합니다. 건축술은 기억 접근을 위한 분리된 지시와 더불어 기록기에 독점적으로 arithmetic 가동 일을 하는 짐 상점 디자인을 특색짓습니다. 이 접근은 높은 시계 빈도 및 능률적인 pipelining를 가능하게 하는 가공업자 구현을 간단하게 합니다.

키 디자인 원칙

MIPS 아키텍처는 업계 전반에 걸쳐 프로세서 개발에 영향을 미치는 몇 가지 기반 디자인 원칙을 보여줍니다. 명령 세트는 고정 32 비트 명령 길이를 유지하고, 명령 fetch 및 decode 논리를 단순화하고 효율적인 명령 캐싱을 가능하게합니다. 모든 지시는 클럭 사이클의 일관적인 수에서 실행하고, 성능 분석 및 복잡한 지시 세트 컴퓨터 (CISC) 보다는 더 많은 예측할 수 있는 최적화.

아키텍처는 메모리 트래픽을 감소하고 컴파일러에 의한 효율적인 코드 생성을 가능하게하는 32 범용 등록 파일로 큰 등록 파일을 사용합니다. 간단한 연결 모드 및 일반 명령 형식은 다양한 프로그래밍 작업에 충분한 유연성을 제공하면서 하드웨어 복잡성을 최소화합니다. 프로그래머를 위해 처음 도전하는 동안 지연된 분지 기계장치는 기계설비에 있는 분지 지연 구멍 제거에 의하여 능률적인 파이프라인 구현을 가능하게 합니다.

역사 Context 및 진화

MIPS는 1980년대 RISC 혁명에 이어 SPARC와 ARM과 같은 다른 선구적인 건축물과 경쟁했습니다. 건축은 1990 년대와 2000 년대에 워크스테이션, 서버 및 임베디드 시스템에 중요한 견인을 얻었다. X86 프로세서가 데스크탑 컴퓨팅 및 팔 캡처 모바일 시장으로 인해 MIPS는 예측 가능한 성능과 효율적인 구현이 가능한 네트워크 인프라 및 특수 임베디드 애플리케이션에 틈새를 발견했습니다.

건축은 MIPS V를 통해 원래 MIPS I에서 여러 세대를 통해 진화했으며, 현대 MIPS32 및 MIPS64 사양을 통해 현대의 특징을 유지하면서 백워드 호환성을 유지합니다. 최근 개발에는 MIPS32/64 릴리스 6 사양이 포함되어 있으며, 현재의 응용 프로그램에 대한 향상된 명령 인코딩 및 향상된 기능을 갖춘 아키텍처를 현대화합니다.

회사연혁

MIPS는 32개의 범용 레지스터를 제공하며, MIPS32 또는 64비트의 MIPS64 구현에서 각 32비트를 제공합니다. 등록 파일은 건축의 핵심 강도 중 하나이며, 적절한 구현 복잡성을 유지하면서 컴파일러 최적화에 대한 충분한 스토리지를 제공합니다.

등록 설정 및 Naming Convention

| | Register | Number | Name | Description | Preserved | | | --- | --- | --- | --- | --- | | | $zero | $0 | zero | Hard-wired zero | N/A | | | | $at | $1 | at | Assembler temporary | No | | | | $v0-$v1 | $2-$3 | v0-v1 | Function return values | No | | | | $a0-$a3 | $4-$7 | a0-a3 | Function arguments | No | | | | $t0-$t7 | $8-$15 | t0-t7 | Temporary registers | No | | | | $s0-$s7 | $16-$23 | s0-s7 | Saved registers | Yes | | | | $t8-$t9 | $24-$25 | t8-t9 | More temporary registers | No | | | | $k0-$k1 | $26-$27 | k0-k1 | Kernel registers | N/A | | | | $gp | $28 | gp | Global pointer | N/A | | | | $sp | $29 | sp | Stack pointer | Yes | | | | $fp | $30 | fp | Frame pointer | Yes | | | | $ra | $31 | ra | Return address | No | |

회사 소개

MIPS 호출 컨벤션은 다른 컴파일러와 소프트웨어 구성 요소 간의 호환성을 보장하기 위해 등록자를 위한 특정 역할을 합니다. Argument registers $a0-$a3는 스택에 전달되는 추가 인수와 첫 번째 4 기능 매개 변수를 전달합니다. 값 사용 $v0 단일 값 및 $v0-$v1 64 비트는 MIPS32 시스템에 반환합니다.

임시 등록 $t0-$t9 스크래치는 계산에 대한 공간을 제공하며, 함수 통화를 가로지르지 않고 중간 계산과 임시 저장에 이상적입니다. Saved registers $s0-$s7는 함수 호출에 의해 보존되어야하며, 여러 함수 호출 또는 반복 반복 반복을 맞은 변수에 적합합니다.

스택 포인터 $sp는 항상 유효한 스택 메모리를 점하고 일반적으로 로컬 저장소를 할당하는 함수를 호출하여 조정해야합니다. 프레임 포인터 $fp 선택적으로 현재 스택 프레임 내에서 고정 참조 지점을 유지하고 복잡한 기능의 로컬 변수와 매개 변수에 대한 액세스를 단순화. 반환 주소 등록 $ra 기능 통화에 대한 반환 주소를 보유, 자동으로 점프 링크 지침에 의해 설정.

특수 목적 등록

범용 등록 파일을 넘어 MIPS 프로세서는 시스템 제어 및 상태 모니터링을 위한 여러 특수 목적 등록을 포함합니다. 프로그램 카운터 (PC)는 현재 지시 주소를 추적하지만 정상적인 지시를 통해 직접 액세스 할 수 없습니다. HI 및 LO 레지스터는 특수 이동 지침을 통해 접근 가능한 다중화 및 부서 운영 결과를 저장합니다.

회사 소개 0 (CP0) 등록은 예외 처리, 메모리 관리 및 프로세서 구성을 포함한 시스템 제어 기능을 제공합니다. 이 등록은 운영 체제 구현 및 시스템 수준 프로그래밍을 가능하게하지만 대부분의 구현에 특권을 부여해야합니다.

Instruction Set 건축

MIPS 교육 세트는 RISC 아키텍처를 특성화하는 단순성 및 일반성을 유지하면서 범용 컴퓨팅을위한 포괄적 인 기반을 제공합니다. 기본 명령 세트에는 arithmetic, 논리, 메모리 액세스 및 제어 흐름 작업이 복잡한 소프트웨어 시스템을 구현하는 데 충분합니다.

교육 형식

MIPS는 등록 사양 및 opcode와 같은 일반적인 요소에 대한 일관성있는 필드 위치를 유지하면서 다양한 종류의 작업을 인코딩하는 세 가지 기본 명령 형식을 사용합니다.

R 형 지침 (등록)

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R 형 지침은 2 소스 등록 (rs, rt) 및 1 개의 대상 등록 (rd)와 함께 등록 간의 작업을 수행합니다. Shamt 필드는 이동 작업에 대한 이동 금액을 지정합니다. funct 필드는 동일한 기본 opcode 내에서 다른 작업에 대한 추가 opcode 공간을 제공합니다.

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I 형 지침 (Immediate)

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I-type 지침은 등록 및 16 비트 즉각적인 값에서 작동합니다. 이 체재는 즉시 arithmetic, 짐 및 상점 가동 및 상태 분지를 포함합니다. 즉시 필드는 arithmetic 작업을 위해 32 비트에 서명되었습니다.

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J 형 지침 (Jump)

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J-type 지침은 26 비트 주소 필드와 무조건 점프를 수행합니다. 대상 주소는 프로그램 카운터의 상단 비트와 주소 필드를 결합하여 256MB 영역 내에서 점프를 가능하게합니다.

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Arithmetic와 논리적인 지시

MIPS는 arithmetic 및 logical 지침의 포괄적 인 세트를 제공합니다. 이 지침은 수학 작업, 비트 조작 및 주소 계산에 대한 계산 기반을 형성한다.

기초 Arithmetic 가동

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Logical 운영

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비교 작업

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메모리 액세스 지침

MIPS는 등록자 및 메모리 사이에 데이터를 전송하는 별도의 지침과 더불어 등록자에 독점적으로 arithmetic 작업이 작동하는 로드스토어 아키텍처를 사용합니다. 이 디자인은 효율적인 캐싱 및 메모리 최적화를 가능하게하면서 프로세서 구현을 단순화합니다.

로드맵

다른 데이터 크기 및 기호 확장 옵션에 대한 지원과 함께 메모리에서 지침 전송 데이터를로드합니다. 효과적인 주소는 기본 등록 값에 16 비트 서명 오프셋을 추가하여 계산됩니다.

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자주 묻는 질문

로드 지침과 동일한 데이터 크기를 지원하는 메모리에 등록하여 지침 전송 데이터를 저장합니다. 저장 값은 소스 등록에서 가져온 것입니다., 작은 데이터 크기에 적합한 마스킹.

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연결 모드

MIPS는 지침과 사용 패턴의 조합을 통해 여러 주소링 모드를 지원합니다. Base addressing은 데이터 구조 및 스택 변수에 접근하기 위해 등록 플러스 오프셋을 사용합니다. Indexed Addressing은 배열 접근을 위한 2개의 기록기를 결합하고, 일반적으로 load/store 가동에 의해 그 후에 추가를 사용하여 실행합니다.

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통제 Flow 지시

제어 흐름 지침은 조건 및 무조건 지점, 함수 호출 및 반환을 구현하여 프로그램 실행을 관리합니다. MIPS는 결과에 따라 등록 및 전송 제어를 비교하는 지점 지침의 풍부한 세트를 제공합니다.

조건부 분기 명령

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Unconditional 점프 지시

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지점 Delay 슬롯

MIPS는 분기에 따라 지시가 즉시 진행되는 지연된 지점을 구현하거나 분기에 상관없이 실행합니다. 이 디자인은 파이프라인 구현을 단순화하지만 주의적인 교육 스케줄링을 요구합니다.

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프로그래밍 예제

Hello World 프로그램

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Factorial 기능

오프화이트

배열 합계 기능

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문자열 길이 기능

오프화이트

MIPS32 및 MIPS64 확장

MIPS64 건축

MIPS64는 32비트 코드와 호환성을 유지하면서 64비트 작업을 지원하는 기본 아키텍처를 확장합니다. 등록 파일은 등록 당 64 비트로 확장하고, 추가 지침은 64 비트 arithmetic 및 메모리 작업을 처리합니다.

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플로팅 포인트 운영

MIPS 프로세서는 일반적으로 IEEE 754-compliant 부동점 arithmetic을 제공하는 부동점 coprocessor (FPU)를 포함합니다. FPU는 자체 등록 파일과 명령 세트를 가지고 있습니다.

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시스템 프로그래밍

메모리 관리

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회의 프로그래밍 기술

기능 Calling Convention

MIPS는 다른 컴파일러와 라이브러리 간의 호환성을 보장하는 표준 호출 협약을 따릅니다. 이 협약을 이해하는 것은 고급 언어 코드와 인터페이스를 작성하는 데 필수적입니다.

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최적화된 메모리 작업

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데이터 구조 Manipulation

```asm

Linked list insertion

list_insert: # $a0 = list head pointer address, $a1 = new node lw $t0, 0($a0) # load current head sw $t0, 4($a1) # new_node->next = head sw $a1, 0($a0) # head = new_node jr $ra

Binary search in sorted array

binary_search: # $a0 = array, $a1 = length, $a2 = target # Returns: $v0 = index (-1 if not found)

li $t0, 0               # left = 0
move $t1, $a1           # right = length

search_loop: bge $t0, $t1, not_found # if left >= right, not found

add $t2, $t0, $t1       # mid = (left + right) / 2
srl $t2, $t2, 1

sll $t3, $t2, 2         # calculate array[mid] address
add $t3, $a0, $t3
lw $t4, 0($t3)          # load array[mid]

beq $t4, $a2, found     # if array[mid] == target, found
blt $t4, $a2, search_right

# Search left half
move $t1, $t2           # right = mid
j search_loop

search_right: addi $t0, $t2, 1 # left = mid + 1 j search_loop

found: move $v0, $t2 # return index jr $ra

not_found: li $v0, -1 # return -1 jr $ra ```의 경우

성능 최적화

Pipeline 최적화

MIPS 프로세서는 고성능을 달성하는 명령 파이프라인을 사용하지만, 파이프라인 위험은 효율성을 줄일 수 있습니다. 이러한 위험에 대한 이해는 더 나은 코드 생성 및 최적화를 가능하게합니다.

```asm

Poor scheduling - data hazard

lw $t0, 0($a0) add $t1, $t0, $t2 # stall: $t0 not ready sw $t1, 4($a0) # stall: $t1 not ready

Better scheduling - avoid hazards

lw $t0, 0($a0) lw $t3, 8($a0) # independent instruction add $t1, $t0, $t2 # $t0 now ready add $t4, $t3, $t2 # independent operation sw $t1, 4($a0) sw $t4, 12($a0) ```에 대하여

Branch 최적화

```asm

Minimize branch penalties

Poor: many branches

beq $t0, $zero, skip1 add $s0, $s0, 1 skip1: beq $t1, $zero, skip2 add $s1, $s1, 1 skip2:

Better: combine conditions

or $t2, $t0, $t1 bnez $t2, skip_all add $s0, $s0, 1 add $s1, $s1, 1 skip_all:

Use conditional moves when available

Instead of: if (a > b) c = a; else c = b;

slt $t0, $a1, $a0 # $t0 = (b < a) movn $a2, $a0, $t0 # if $t0 != 0, $a2 = $a0 movz $a2, $a1, $t0 # if $t0 == 0, $a2 = $a1 ```의 경우

Debugging 및 개발 도구

사이트맵 통합

MIPS 어셈블리 프로그램은 개발 및 테스트를위한 강력한 디버깅 기능을 제공하는 MIPS 지원으로 GDB를 사용하여 디버깅 할 수 있습니다.

```bash

Compile with debug information

mips-linux-gnu-gcc -g -o program program.s

Debug with GDB

mips-linux-gnu-gdb program

GDB commands for MIPS

(gdb) info registers # show all registers (gdb) info registers $t0 # show specific register (gdb) x/10i $pc # disassemble 10 instructions at PC (gdb) stepi # single step instruction (gdb) break *0x400000 # set breakpoint at address (gdb) print $v0 # print register value ```에 대하여

시뮬레이션 및 에뮬레이션

MIPS 프로그램은 다양한 시뮬레이터 및 에뮬레이터를 사용하여 테스트 할 수 있으며 물리적 하드웨어없이 개발 할 수 있습니다.

```bash

SPIM simulator

spim -file program.s

MARS (MIPS Assembler and Runtime Simulator)

java -jar Mars.jar program.s

QEMU system emulation

qemu-system-mips -M malta -kernel vmlinux

QEMU user mode emulation

qemu-mips program ```의 경우

모범 사례 및 일반 패턴

오류 처리

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Resource 관리

카지노사이트

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건축 개요

키 디자인 원칙

역사 Context 및 진화

회사연혁

등록 설정 및 Naming Convention

회사 소개

특수 목적 등록

Instruction Set 건축

교육 형식

R 형 지침 (등록)

I 형 지침 (Immediate)

J 형 지침 (Jump)

Arithmetic와 논리적인 지시

기초 Arithmetic 가동

Logical 운영

비교 작업

메모리 액세스 지침

로드맵

자주 묻는 질문

연결 모드

통제 Flow 지시

조건부 분기 명령

Unconditional 점프 지시

지점 Delay 슬롯

관련 제품

데이터 운동 Pseudoinstructions

Arithmetic 폐경

비교 Pseudoinstructions

프로그래밍 예제

Hello World 프로그램

Factorial 기능

배열 합계 기능

문자열 길이 기능

MIPS32 및 MIPS64 확장

MIPS64 건축

플로팅 포인트 운영

시스템 프로그래밍

관련 상품

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회의 프로그래밍 기술

기능 Calling Convention

최적화된 메모리 작업

데이터 구조 Manipulation

Linked list insertion

Binary search in sorted array

성능 최적화

Pipeline 최적화

Poor scheduling - data hazard

Better scheduling - avoid hazards

Branch 최적화

Minimize branch penalties

Poor: many branches

Better: combine conditions

Use conditional moves when available

Instead of: if (a > b) c = a; else c = b;

Debugging 및 개발 도구

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Compile with debug information

Debug with GDB

GDB commands for MIPS

시뮬레이션 및 에뮬레이션

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MARS (MIPS Assembler and Runtime Simulator)

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QEMU user mode emulation

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