前言

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Adapted from: http://edge.mcs.dre.g.el.edu/GICL/people/sevy/architecture/MIPSRef(SPIM).html

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其實我並不建議你看翻譯，因爲無論如何，翻譯過後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架構及彙編語言概述

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）
- 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：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，關於有無符號的問題，請先忽略，不妨之後深入學習MIPS數據及指令再瞭解。

0.1.2 字面含義^[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] 字面含義的英文爲Literal，中文不妨理解爲：不同類型數據的表示方法。

0.2 寄存器（registers）

32個通用寄存器
在彙編指令中，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
特殊的寄存器Lo和Hi用於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]。
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，編號爲0~31。
[2] 這裏不是完全直譯，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] 這意味着棧底在高地址，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系列的硬件採用小端序，MIPS大部分與網絡字節序一樣，採用大端序，也有采用小端序的，不過後來增強了可移植性，採用雙端序，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，這裏沒有完全翻譯，對於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	值恆爲0
1	$at	assembler temporary	彙編器保留寄存器
2-3	$v0 , $v1	values	值來自於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	$s8 / $fp	saved values / frame pointer	幀指針，用於過程調用
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] 這裏我們可以注意到，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，還是應該儘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，因爲初學者不太可能看得懂這些都是什麼，後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]（文件名的後綴爲.s，以能夠在SPIM模擬器運行^[2]）
數據聲明部分後面跟着程序代碼部分^[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，並且提供了更加豐富的插件。另外，MIPS源程序文件的後綴可以是.s，也可以是.asm。
[3] 先聲明數據，然後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：直譯後表示很難受，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，併爲這些數據起名

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瞭！
	variable_name_1: .word 11 # 聲明瞭一個變量（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，並用.text來標識
（.text後面的文本）包含程序代碼指令
代碼執行的起始點要給定一個標籤，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 註釋

在一行上，任何在#之後的內容，將會被（編譯器）認爲是註釋^[1]。

譯者注：
[1] 這裏的註釋，也就是所謂的“單行註釋”。
[補充] 下面的1.4節在原文中是包含在1.3節的，譯者這裏將其單獨拿出來，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彙編語言程序的模板：

# 註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彙編語言程序框架

 .data 	# 這行之後是變量聲明
# ... 

.text	 # 這行之後的是指令 
 
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] 原文程序的註釋太多了，程序結構都看不見了…讓我們留下最寶貴的部分，刪掉冗餘部分

.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：

爲變量創建一個倉庫（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；對於存儲類型.space，給出要被分配的空間的數字^[2]

注意：標籤^[3]後面總是跟着冒號:

譯者注：
[1] 可以理解爲存儲變量的容器
[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，變量名爲var2，變量的值初始化爲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爲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，由於不確定，因此建議在註釋中說明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意爲“加載”，可以理解爲“讀取”，CPU從內存中讀取信息；store意爲“存儲”，可以理解爲“寫入”，CPU向內存寫入信息。
[2] MIPS爲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，複製1個字（4個字節）到目標寄存器
lw register_destination, RAM_source

# 從RAM源位置，複製1個字節到目標寄存器的低序字節
# 並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] 這裏不再翻譯，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

僅被用於load和store指令。

load address：

la	$t0, var1

將var1（可能是在程序中被定義的標籤）的RAM地址複製到寄存器$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 Ð $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：
這裏不翻譯了，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

指令的後綴代表特殊的含義，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籤target

beq 	$t0,$t1,target 		# branch to target if $t0 = $t1 
							# 如果$t0 = $t1，就跳轉到target標籤
							# 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：這裏的指令，都是英文全稱，比如beq就是branch equal，其餘的讀者自行查閱。

jumps：

j	    target 		# unconditional jump to program label target 
					# 無條件跳轉到程序標籤target
					
jr 		$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籤target，譯者在這裏補充一下

我給出你MIPS源程序的.text部分，我們知道，程序的入口是main標籤，事實上，還可以類似地定義很多標籤，跳轉指令中的target指的就是這些，以下爲示例：

.text            # 程序代碼部分 

main:  
	<代碼 1>
	j	target_1		# 無條件地跳轉到標籤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。

MIPS快速入門（原文+翻譯）：MIPS Architecture and Assembly Language Overview（持續更新中）

前言

0 MIPS架構及彙編語言概述

0.1 數據類型及字面含義

0.1.1數據類型

0.1.2 字面含義^[1]

0.2 寄存器（registers）

1 程序結構

1.1 數據聲明

1.2 代碼

1.3 註釋

1.4 MIPS源程序結構框架示例

2 數據聲明

3 load/store^[1]指令

4 間接尋址和基址尋址

5 算數運算指令

6 流程控制

7 系統調用與I/O（SPIM模擬器^[1]）

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前言

0 MIPS架構及彙編語言概述

0.1 數據類型及字面含義

0.1.1數據類型

0.1.2 字面含義[1]

0.2 寄存器（registers）

1 程序結構

1.1 數據聲明

1.2 代碼

1.3 註釋

1.4 MIPS源程序結構框架示例

2 數據聲明

3 load/store[1]指令

4 間接尋址和基址尋址

5 算數運算指令

6 流程控制

7 系統調用與I/O（SPIM模擬器[1]）

0.1.2 字面含義^[1]

3 load/store^[1]指令

7 系統調用與I/O（SPIM模擬器^[1]）