assembly - MIPS 跳转和分支指令范围

Question

我刚开始学习 MIPS，但在理解跳转和分支指令的范围时遇到了麻烦。我知道 PC 可以跳跃和分支的“远”有多远是有限制的，但我不明白为什么。

还有2个具体问题，如果当前值PC是 0x00000000 ，是否可以对随机地址执行 1 JUMP？如果 PC 的当前值是 0x00000600 ，是否可以对随机地址执行 1 BRANCH？

Answer 1

MIPS 处理器使用固定大小的指令，其中每个指令字都是一个字(即 4 字节 == 32 位)。所以只有这么多信息可以塞进这 4 个字节中。
J和 JAL指令使用 32 位中的 6 位来指定操作码。这留下了 26 位来指定目标地址。尽管没有直接在指令中指定目标地址(没有足够的位) - 相反，会发生以下情况:

将目标地址的低 28 位右移 2 位，然后将最低 26 位存储在指令字中。由于所有指令都必须字对齐，因此我们移出的两位将始终为零，因此我们不会丢失任何无法重新创建的信息。

当跳转发生时，这26位左移2位得到原来的28位，然后与J后面的指令地址的4个最高有效位结合起来。/JAL形成一个 32 位地址。

这使得可以跳转到跳转指令所在的相同 256MB 范围 (2^28) 中的任何指令(或者如果启用了延迟分支；跳转到与延迟中的指令相同的 256MB 范围内的任何指令)投币口)。

对于分支指令，有 16 位可用于指定目标地址。这些存储为相对于分支指令之后的指令的有符号偏移量(再次应用两位移位，因为没有必要存储我们知道始终为 0 的东西)。所以恢复2个最低有效位后的实际偏移量为18位，然后将其符号扩展为32位并添加到分支指令之后的指令地址。这使得可以在分支指令内分支到 +/-128kB。

考虑在地址 0x00400024 加载的以下代码:

main:
j foo
nop
foo:
b main
nop

j foo指令编码为 0x0810000b . 26 个最低有效位的值为 0x10000b , 左移 2 位后变成 0x40002c . j后面的指令地址的4个最高有效位为零，所以目标地址变为 (0 << 28) | 0x40002c , 等于 0x40002c ，恰好是foo的地址.
b main指令编码为 0x0401fffd . 16 个最低有效位的值为 0xfffd , 左移 2 位后变为 0x3fff4 .将其符号扩展到 32 位给我们 0xfffffff4 .并将其添加到 b 之后的指令地址时我们得到 0x400030 + 0xfffffff4 ，其中(当截断为 32 位时)等于 0x400024 ，恰好是main的地址.

如果要跳转到某个任意地址，请将地址加载到寄存器中并使用 jr或 jalr指令跳跃。