mips - "extend immediate to 32 bits"在MIPS中是什么意思？

Question

我正在阅读有关 MIPS 数据路径中的指令解码 (ID) 阶段的内容，并得到以下引用:“一旦知道操作数，就可以(从寄存器中)读取实际数据或将数据扩展到 32 位(立即数)。”

有人可以解释一下“将数据扩展到 32 位(立即数)”部分的含义吗？我知道寄存器都包含 32 位，并且我知道立即数是什么。我只是不明白为什么需要将立即数从 26 位扩展到 32 位。

谢谢!

Answer 1

26 位立即数仅出现在跳转指令中，并且不会通过符号或零扩展为 32 位，因为它们不是要进行加/减的位移。

具有 16 位立即数的 I 类型指令是不同的。

• addi/addiu立即数经过符号扩展(通过将立即数的顶部/符号位复制到所有较高位)。 https://en.wikipedia.org/wiki/Two%27s_complement#Sign_extension
  这允许 -2^15 中的 2 的补数..+2^15-1进行编码。
  (0xFFFF8000 至 0x00007FFF)
• ori/andi/xori bool 立即数为零扩展(通过将所有高位设置为零)
  这允许来自0 .. 2^16-1的无符号/2的补数进行编码。
  (0x00000000 至 0x0000FFFF)

有关其他说明，请参阅此 instruction-set reference它分解了每条指令，显示 0¹⁶ || [I_15..0] 零扩展或 [I₁₅]¹⁶ || [I_15..0] 用于符号扩展。

这使得可以使用 16 位立即数作为 32 位二进制运算的输入，该运算仅对 2 个等宽输入有意义。 (在简单的经典 MIPS 管道中，解码阶段从寄存器和/或立即数获取操作数。寄存器输入始终为 32 位，因此 ALU 已连接用于 32 位输入。将立即数扩展到 32 位意味着CPU 的其余部分不必关心数据是来自立即数还是寄存器。)

也进行符号扩展:

• lw 使用的 reg+imm16 寻址模式中的偏移量/sw以及其他加载/存储指令
• 相对分支 ( PC += imm16<<2 )

也许其他人，请检查手册中我没有提到的说明，看看它们是否进行符号扩展或零扩展。

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您可能想知道“为什么 addiu 会对其立即数进行符号扩展，即使它是无符号的？”

请记住，没有 subiu ，仅 addiu带有负立即数。能够对 -2^15 .. +2^15-1 范围内的数字进行加减运算比只能添加 0 .. 2^16-1 更有用.

通常您不想在有符号溢出时引发异常，因此编译器通常使用 addu/addiu即使是有符号整数。 addu名字很糟糕:它不是“用于无符号整数”，它只是 add 的允许包装/永不出错的版本/addi 。如果你想到 C，这是有道理的，其中有符号溢出是未定义的行为(因此可以使用 add 并在这种情况下引发异常，如果编译器想要以这种方式实现它)，但无符号整数有明确定义溢出行为:基数 2 环绕。