本文介绍MIPS体系结构，着重于其寄存器约定，MMU及存储管理，异常和中断处理等等。

通过本文，希望能提供一个基本的轮廓概念给对MIPS CPU及之上OS有兴趣的读者。

并能开始阅读更详细的归约(SPECIFICATION)资料。

MIPS是最早的，最成功的RISC(Reduced Instruction Set Computer)处理 器之一，起源于Stanford Univ的电机系. 其创始人 John L. Hennessy在1984年在硅谷创立
了MIPS INC. 公司(www.mips.com)。John L. Hennessy目前是Stanford Univ. 的校长。在此之前，他是 Stanford电子工程学院的Dean。CS专业的学生都知道两本著名的书：
“Computer Organization and Design : The Hardware/Software Interface” 和
”Computer Architecture : A Quantitative Approach“。其Co-author就是Hennessy.

MIPS的名字为“Microcomputer without interlocked pipeline stages"的缩写。另外一个通常的非正式的说法是”Millions of instructions per second".

MIPS 芯片在工业界目前用的比较多的是：MIPS INC。的R10000；QED(http://www.qedinc.com。1996年从MIPS INC。分(SPIN OFF)出来的)的R5000， R7000等。

指令集

详细的资料请参阅MIPS归约。

一般而言，MIPS指令系统有：MIPS I；MIPS II；MIPS III 和MIPS IV。可想而知，指令系统是向后兼容的。例如，基于MIPS II的代码可以在MIP III和MIPS IV的处理器上跑一跑：-)

下面是当我们用gcc时，如何指定指令和CPU的选项。

-mcpu=cpu type
Assume the defaults for the machine type cpu type when scheduling instructions. The choices for cpu type are `r2000', `r3000', `r4000', `r4400', `r4600',
and `r6000'. While picking a specific cpu type will schedule things appropriately for that particular chip, the compiler will not generate any code that does
not meet level 1 of the MIPS ISA (instruction set architecture) without the `-mips2' or `-mips3' switches being used.
-mips1
Issue instructions from level 1 of the MIPS ISA. This is the default. `r3000' is the default cpu type at this ISA level.
-mips2
Issue instructions from level 2 of the MIPS ISA (branch likely, square root instructions). `r6000' is the default cpu type at this ISA level.
-mips3
Issue instructions from level 3 of the MIPS ISA (64 bit instructions). `r4000' is the default cpu type at this ISA level. This option does not change the sizes of any of the C data types.

读者可能发现，对于大多数而言，我们应该是用MIPS III或-mips3。要提醒的是R5000和R10000也都是R4000的延伸产品。

下面是几点补充：

*MIPS指令是32位长，即使在64位的CPU上。这对于局部跳转指令的理解很有帮助。

比如：J (TARGET)；JAL (TARGET)。J和JAL的OPERCODE是6位，剩下的26为存放跳转偏移量。由于任何一个指令都是32位(或4字节)对齐(ALIGN)的，所以J 和JAL最大的伸缩空间是2^28=256M。如果你的程序要作超过256M的跳转，你就必须用JALR或JR，通过一个GPR寄存器来存放你的跳转地址。由于一个寄存器是32或64位的，你就没有任何限制了。

*MIPS CPU的SR(STATUS REGISTER)中有几位是很重要的设置，当我们选择指令系统或要用64位的MIPS的CPU CORE在32模式下(绝大多数情况，弟兄们 别告诉我你在写64位的程序：--) )。

SR[XX]：
1：MIPS IV INSTRUCTION SET USABLE
0：MIPS IV INSTRUCTION SET UNUSABLE

SR[KX]
SR[SX]
SR[UX]：
0：CPU工作在32位模式下
1：CPU工作在64位模式下

一般而言，如果你要从头写一个MIPS核心为32位程序，最好把上述值设为0。为什么最好呢？因为我在工作中没有去冒风险，设她们为1，who knows what would happen?:-) And then why bother:--)?

*在以后我们会单独的一章讲将流水线和指令系统，特别是跳转指令的关系。在这里，我们只简单提一下。对任何一个跳传指令后面，FOR SIMPLITY，要加上一个空转指令(NOP)。从而使得CPU的PIPELINE不会错误的执行一个预取(PRE_FETCH)得指令。当然这个NOP可以替换为别的。以后再讲。放一个NOP是最简单和安全的。有兴趣的读者可以用mips64-elf-objdump -d 来反汇编一个
OBJECT文件。你就会一目了然了。

*一定要记住：MIPS I，II， III和IV指令系统不包含PRIVILEDGED INSTRUCTIONS。

换句话说，都是那些在USER MODE下可以用的指令(当然KERNEL下也能用)。对于CPO的操作不属于指令系统。

*有一点在MIPS CPU下，要千万注意：ALIGN。MIPS对ALIGN的要求是严厉的。这一点与POWERPC是天壤之别。指令必须是32位对齐。数据类型必须在她们的的
大小边界对齐。简单的比如：When CPU running under 32bit mode, int must 32bit aligned; long 32bit aligned; pointer must be 32bit aligned; char must 8 bit aligned. long long must 64 bit aligned;关于这一点 ，我是吃过苦头的。当然我知道大家还会犯错在这里：--)，即使知道了。有些事情学是没用的：--)。一定要注意。

*我建议读者阅读SPECIFICATION时要花时间看一看指令系统的定义。其实不难。每一种指令不外乎几个域(FIELDS)。