MIPS是精简指令系统的代表，采用了与X86相反的设计理念， 并引领了精简指令系统的潮流， 那就让我们一起来看一看这 究竟是怎么一回事。 要探讨MIPS指令系统，就得从它的设计者John Hennessy开始说起。 Hennessy 1977年进入斯坦福大学， 81年领导了RISC微处理器研究小组，他也被称为RISC的先驱。 RISC是精简指令系统计算机的简称，与之相对，之前的计算机上的指令系统就被称为 复杂指令系统，X86就是其中的代表。 后来，Hennessy共同创立了MIPS计算机系统公司， 90年代，他主要是在斯坦福计算机系担任系主任等职务， 2000年起开始担任斯坦福大学的校长。 由于他所设计的MIPS体系结构引领了精简指令系统的潮流， 后来还获得了IEEE的荣誉奖章， 而他所创立的MIPS公司也一度创造了辉煌。 在80年代末上市，后来被收购， 然后再一次上市，再一次被收购， 现在MIPS处理器已经不再应用在计算机产品中了， 但是在广义的计算设备包括数字电视，游戏机，网络设备 等领域仍然有广泛的应用，其实MIPS公司商业上的兴衰 也是诸多 RISC微处理器公司的命运写照。 第一代的MIPS是32位的， 在1985年推出了对应的处理器，R2000，90年， R3000处理器对应着第二代的MIPS， 92年，MIPS扩展到了64位，94年，64位的MIPS又 进一步升级，96年的MIPS5并没有对应的处理器， 然后在99年，MIPS指令系统进行了较大的调整， 形成了MIPS32，到了99年，以MIPS5为基础， 推出了MIPS64指令系统， MIPS的设计指导思想非常的简单， 从它的名字就可以看出来。MIPS全称的含义 是一个流水线不会互锁的微处理器，流水线是 现代微处理器为提高性能而采用的一项技术，而流水线中的互锁 则是导致流水线性能降低的一个非常重要的因素。从这个名称也可以看出，MIPS的 指导思想是希望其指令的设计能让微处理器运行的更快，性能更好。 所以它主要的关注点是减少指令的类型，并且降低 指令的复杂度，所以在MIPS指令系统当中， 指令的总数是很少的。 而且每条指令都比较简单。它的主要目的就是希望可以用 一个非常简单的CPU来支持这样的指令系统。而CPU越简单 就可以运行的更快。假设要编写程序完成同样的任务，用MIPS指令编写，其指令数量是X- 86指令的5倍， 但是如果MIPS的CPU能够做到比X86 CPU快10倍，那它仍然获得了明显的性能优势。 这就是MIPS，同时也是RISC的设计思想。 那MIPS的指令是怎么体现它这样的设计思想的呢？ 第一，MIPS固定了指令的长度，都是32个比特， 也就说MIPS中的一个WORD,我们要注意这和X86中一个WORD是16位是不同的。 固定的指令长度，大大简化了CPU从存储器中取指令的工作。 不用像X86 CPU那样需要判断每条指令的长度。 第二，MIPS采用了非常简单的寻址模式，相比于X86提供的复杂多样的寻址模式， 虽然给编程带来了不变，但是大大简化了CPU访问存储器的控制逻辑。 第三MIPS指令的数量比较少，每条指令的工作也很简单， 基本上一条指令只完成一个操作，不像X86的指令，一条指令往往完成丰富的功能， 这样可以简化指令的执行过程。不但简化了CPU的控制逻辑，而且可以方便的 实现各种让指令并行执行的技术，从而提高CPU的性能。 第四，在MIPS指令系统中只允许LOAD和STALL这两种指令访问存储器， 而不支持X86指令中这些让算术指令访问存储器的操作。 因为访存是一个相对复杂的工作， 这种限制就可以让运算指令的实现变得非常的简单，但是我们要注意，MIPS 的这些特点让直接使用MIPS指令进行编程变得非常的困难， 因此，想要有高效率的MIPS程序， 必须要有优秀的编译器的支持。我们来看几个MIPS指令的例子。 例如加法指令，它的格式是ADD A,B,C 我们注意，与X86指令不同，MIPS的加法指令是三个操作数，这A,B,C可以是三个- 寄存器， 除了加法运算，这里还列出了减法，乘法，除法等等，还有逻辑运算， 还有左移和右移这样的移位运算。这类我们可以看出MIPS的运算指令 格式都非常简洁和统一，而且这些指令的操作数都不可以是存储器操作数。 要访问存储器，就必须使用专门的访存指令。我们来看一个例子，假设A是一个 100个字的数组，它的首地址存放在19号寄存器中， MIPS的寄存器编号用$符进行标记, 那如果我们想完成这样一个运算，也就说将一个变量H加上 数组A中的第三个元素，并赋给数组A的第十个元素，我们注意， 变量H放在18号寄存器中，而我们可以使用8号寄存器用来存放临时数据， 那么对应的MIPS指令需要如下几条，首先要用LOAD指令 将19号寄存器对应的地址加上偏移量12，因为MIPS当中 一个字是32位，所以第三个元素与首地址之间的偏移是12， 将存储器中的这个字装入到8号寄存器中， 这就相当于将数组A中的第三个元素赋给了一个临时变量， 第二句是一个加法指令，将8号寄存器与18号寄存器相加， 并将结果存放在8号寄存器。这就 相当于将数组A的第三个元素与变量H相加，还存在这个临时变量中， 第三条指令是将8号寄存器中的数 也就是运算的结果存到以19号寄存器为首地址，偏移量为40的内存单元， 这就是数组A的第十个元素的位置。 那我们用这三条MIPS指令就完成了这个功能。 而这张表列出了MIPS的所有的通用寄存器，总共有32个， 每个都是32位，相比于X86的寄存器，MIPS的通用寄存器是非常规正的。 这32个寄存器的编号从0， 一直到31，那我们可以用$符加上编号 进行指示，同时每个寄存器还有一个符号的名称， 并且约定了一些特定的用途，例如8号到15号寄存器， 又被称为T0，到T7的寄存器，用来保存临时的变量， 而1号寄存器，它的名称是AT,专门留给汇编器使用。 在编写汇编程序时， 我们可以用数字，也可以用名称，来表示这些 寄存器，例如这两条指令所表达的含义以及对应的二进制编码都是一样的。这两条指令 也是如此。如果我们直接用MIPS指令进行汇编语言的编程， 从T0到T7，S0到S7，这些 寄存器都是我们经常使用的。MIPS 的体系结构简明扼要，需要说明的就是这些。 我们已经了解了MIPS的设计理念， 那这样的理念究竟是如何实现的呢？在下一节我们将一起来探究 MIPS的指令。
