算術運算

計算機結構的簡化模型（模型機）

演示例項一

以add $8,$9,$10（格式被Latex強行改變，不知道怎麼辦555。。。）演示加法運算

1、首先取指令，即得到得到指令的編碼

• 查指令編碼表知opcode = 0,function = 0x20,shamt = 0(非移位指令)
• opcode = 0說明這是一個R型指令（其實，所有的R型指令opcode都為0，所有opcode=0的指令也都是R型指令），根據指令運算元得到：rd = 8(目的暫存器)，rs = 9(第一個源暫存器)，rt=10(第二個源暫存器）
• 

2、進行運算

CPU通過取指，就會把這條指令從記憶體中取出，並放入IR暫存器中，也就是指令編碼的暫存器。指令譯碼將指令指定的暫存器（9號和10號）通過內部匯流排傳到ALU，控制電路還會將ALU的輸出通過匯流排傳送到8號暫存器的輸入。

像這樣兩個源暫存器、一個目的暫存器的指令編碼稱為R型指令，還有：

add  rd,rs,rt        //產生溢位時，會向控制器報告異常，由控制器進行相關聯的處理
addu  rd,rs,rt     　//發生溢位時不會報告異常
sub  rd,rs,rt        
subu  rd,rs,rt

 演示例項二

這裡的源運算元都是暫存器，若有一個源運算元是立即數的話，就需要採用另一種指令——I型指令。

以add  $$21,$22,-50為例

1、首先取指令，即得到得到指令的編碼

• 查指令編碼表得到opcode = 8
• 分析指令得到rs = 22(源暫存器編號),rt = 21(目的暫存器編號)，immediate = -50(立即數)

2、執行過程如圖，與上面的類似

這樣的I型指令還有

addi  rt,rs,imm         #R[rt] = R[rs] + SignExtImm（符號擴充套件）
addiu  rt,rs,imm        #R[rt] = R[rs] + SignExtImm（符號擴充套件）

邏輯運算指令

R型

and  rd,rs,rt         #R[rd] = R[rs] & R[st]
or  rd,rs,rt        　#R[rd] = R[rs] | R[rt]
nor  rd,rs,rt         #R[rd] = ~(R[rs] | R[rd])

I型

andi rt,rs,imm        #R[rt] = R[rs] & ZeroExtImm（0擴充套件）        
ori  rt,rs,imm        #R[rt] = R[rs] | ZeroExtImm（0擴充套件）

注意：在算術運算中，立即數都是採用符號擴充套件，而在邏輯運算中，立即數採用0擴充套件，這也很容易理解，因為算術運算要保證數值的正確性，如符號擴充套件不會改變數值大小。

參考連結：https://www.coursera.org/learn/jisuanji-zucheng/lecture/uYju6/301-suan-zhu-yun-suan-he-luo-ji-yun-suan