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演習で使用する主な MIPS 命令 - 2023年度 システムプログラミング

演習で使用する主な MIPS 命令

演習で使用する主な MIPS 命令について以下に示す．

教科書A.10「MIPS R2000 のアセンブリ言語」の命令表を補完する目的で 構成されているので，詳細は，教科書を参照されたい． また，本講義で学習しない，以下の命令については掲載していない．

  • 浮動小数演算
  • 割り込み例外 (syscall を除く)

凡例

  • Rt, Rs, Rd は，$0〜$31 レジスタのいずれかが入ることを示す．
  • Rdest, Rsrc など，R の添字が 1文字より多い場合も同様であるが， 命令が擬似命令であることを示している．
  • Imm は即値(イミディエイト値)，つまり 1 や 2 など，そのままの数値を示す．
  • Src2 は，レジスタまたはイミディエイト値のどちらでもよいことを示す．

  • address は，以下の形式のうちのいずれか．

    1. (Rd)
    2. Imm(Rd)
    3. label
    4. Imm
    5. label Imm
    6. label Imm(Rd)

    上3つはよく使用する形式だが，下3つは，本演習では，あまり使用しない．

  • Rt[31:16] は， Rt レジスタの 第16ビット(0ビットから数えて17桁目)から 第31ビット(最上位ビット)の16ビット整数を示す．
  • [u] と付記している命令は，符号なし，あるいはオーバーフローの無しの命令があることを示す．(add と addu など)

算術演算と論理演算

mnemonic operand 擬似コードによる説明 備考
add[u] Rd, Rs, Rt Rd = Rs + Rt  
addi[u] Rt, Rs, Imm Rt = Rs + Imm  
and Rd, Rs, Rt Rd = Rs & Rt  
andi Rt, Rs, Imm Rt = Rs & Imm  
clo Rd, Rs Rd = Rs の上位ビットから1の続く数  
clz Rd, Rs Rd = Rs の上位ビットから0の続く数  
div[u] Rs, Rt lo = Rs / Rt, hi = Rs % Rt  
div[u] Rdest, Rsrc1, Rsrc2 Rdest = Rsrc1 / Rsrc2  
mult[u] Rs, Rt lo = (Rs * Rt)[31:0], hi = (Rs * Rt)[63:32]  
mul Rd, Rs, Rt Rd = (Rs * Rt)[31:0]  
mulo[u] Rdest, Rsrc1, Src2 Rdest = (Rsrc1 * Src2)[31:0]  
madd[u] Rs, Rt hi:lo += Rs * Rt  
msub[u] Rs, Rt hi:lo -= Rs * Rt  
neg[u] Rdest, Rsrc Rdest = - Rsrc  
nor Rd, Rs, Rt Rd = ~(Rs or Rt)  
not Rdest, Rsrc Rdest = ~Rsrc  
or Rd, Rs, Rt Rd = Rs or Rt  
ori Rt, Rs, Imm Rt = Rs or Imm  
rem[u] Rdest, Rsrc1, Rsrc2 Rdest = Rsrc1 % Rsrc2  
sll Rd, Rt, Shamt Rd = Rt << Shamt (論理)  
sllv Rd, Rt, Rs Rd = Rt << Rs (論理)  
sra Rd, Rt, Shamt Rd = Rt >> Shamt (算術)  
srav Rd, Rt, Rs Rd = Rt >> Rs (算術)  
srl Rd, Rt, Shamt Rd = Rt >> Shamt (論理)  
srlv Rd, Rt, Rs Rd = Rt >> Rs (論理)  
rol Rdest, Rsrc1, Rsrc2 Rdest = Rsrc1をRsrc2だけ左回転  
ror Rdest, Rsrc1, Rsrc2 Rdest = Rsrc1をRsrc2だけ右回転  
sub[u] Rd, Rs, Rt Rd = Rs - Rt  
xor Rd, Rs, Rt Rd = Rs ^ Rt  
xori Rt, Rs, Imm Rd = Rs ^ Imm  

定数操作命令

mnemonic operand 擬似コードによる説明 備考
lui Rt, Imm Rt[31:16] = Imm  
li Rdest, Imm Rdest = Imm  

比較命令

mnemonic operand 擬似コードによる説明 備考
slt[u] Rd, Rs, Rt Rd = if Rs < Rt then 1 else 0  
slti[u] Rt, Rs, Imm Rt = if Rs < Imm then 1 else 0  
seq Rdest, Rsrc1, Rsrc2 Rdest = if Rsrc1 == Rsrc2 then 1 else 0  
sge[u] Rdest, Rsrc1, Rsrc2 Rdest = if Rsrc1 >= Rsrc2 then 1 else 0  
sgt[u] Rdest, Rsrc1, Rsrc2 Rdest = if Rsrc1 > Rsrc2 then 1 else 0  
sle[u] Rdest, Rsrc1, Rsrc2 Rdest = if RSrc1 <= Rsrc2 then 1 else 0  
sne Rdest, Rsrc1, Rsrc2 Rdest = if Rsrc1 != Rsrc2 then 1 else 0  

分岐命令

mnemonic operand 擬似コードによる説明 備考
b label goto label j の擬似命令
beq Rs, Rt, label goto label if Rs == Rt 16bitオフセット (2^15-1 命令前方から 2^15 命令後方)
bgez Rs, label goto label if Rs >= 0  
bgezal Rs, label $ra = 次命令; goto label if Rs >= 0  
bgtz Rs, label goto label if Rs > 0  
blez Rs, label goto label if Rs <= 0  
bltzal Rs, label $ra = 次命令; goto label if Rs < 0  
bltz Rs, label goto label if Rs < 0  
bne Rs, Rt, label goto label if Rs != Rt  
beqz Rsrc, label goto label if Rsrc == 0  
bge[u] Rsrc1, Rsrc2, label goto label if Rsrc1 >= Rsrc2  
bgt[u] Rsrc1, Rsrc2, label goto label if Rsrc1 > Rsrc2  
ble[u] Rsrc1, Rsrc2, label goto label if Rsrc1 <= Rsrc2  
blt[u] Rsrc1, Rsrc2, label goto label if Rsrc1 < Rsrc2  
bnez Rsrc, label goto label if Rsrc != 0  

ジャンプ命令

mnemonic operand 擬似コードによる説明 備考
j Target goto Target Targetは 26bit．SPIMでは，j Rs も許される
jal Target $ra = 次命令; goto Target ジャンプ先から jr $ra で復帰できる
jalr Rs, Rd Rd = 次命令; goto Rs  
jr Rs goto Rs SPIMでは，j Rs も許される

ロード命令

mnemonic operand 擬似コードによる説明 備考
la Rdest, address Rdest = address  
lb[u] Rt, address Rt = *((char*)address) 8bit
lh[u] Rt, address Rt = *((short*)address) 16bit
lw Rt, address Rt = *((int*)address) 32bit
lwl Rt, address address から次の4バイト境界の前までの nバイト(n = 1〜4) をRtの上位バイトから1バイトづつ埋める  
lwr Rt, address address から前の4バイト境界の前までの nバイト(n = 1〜4) をRtの下位バイトから1バイトづつ埋める  
ld Rdest, address Rdest = *(((int*)address) + 0), Rdest+1 = *(((int*)address) + 1) 64bitを2つのレジスタに分割して代入
ulh[u] Rdest, address Rdest = *((short*)address) addressは整列化されていなくともよいが低速
ulw Rdest, address Rdest = *((int*)address) addressは整列化されていなくともよいが低速
ll Rt, address lw + lock sc と対で使う (SPIMでは無意味)

ストア命令

mnemonic operand 擬似コードによる説明 備考
sb Rt, address *((char*)address) = Rt 8bit
sh Rt, address *((short*)address) = Rt 16bit
sw Rt, address *((int*)address) = Rt 32bit
swl Rt, address Rtの上位バイトから1バイトづつ address から次の 4バイト境界の前 nバイト(n = 1〜4) に埋める lwl の逆
swr Rt, address Rtの下位バイトから1バイトづつ address から前の 4バイト境界の前 nバイト(n = 1〜4) に埋める lwr の逆
sd Rsrc, address *(((int*)address) + 0) = Rsrc, *(((int*)address) + 1) = Rsrc+1 64bit を2つのレジスタから分割ストア
ush Rsrc, address *((short*)address) = Rsrc ulh の逆
usw Rsrc, address *((int*)address) = Rsrc ulw の逆
sc Rt, address sw + unlock + Rt = 1 or 0 (成功/失敗) SPIM では無意味

データ転送命令

mnemonic operand 擬似コードによる説明 備考
move Rdest, Rsrc Rdest = Rsrc  
mfhi Rd Rd = hiレジスタ hiはdivの結果の上位
mflo Rd Rd = loレジスタ loはdivの結果の下位
mthi Rs hi = Rs hiはdivの結果の上位
mtlo Rs lo = Rs loはdivの結果の下位
movn Rd, Rs, Rt Rd = Rs if Rt != 0  
movz Rd, Rs, Rt Rd = Rs if Rt == 0  

例外および割り込み

mnemonic operand 擬似コードによる説明 備考
syscall   システムコールを発行する 教科書付録A 参照
break code code で指定される例外を発生させる  
nop   何もしない  

Author: Yoshinari Nomura

Emacs 27.1 (Org mode 9.3)