[컴퓨터 구조] MIPS instructions

October 06, 2023

ISA란?

Instruction set architecture로 한글로 번역하면 "명령어 집합 구조"입니다.

ISA는 최하위 레벨의 프로그래밍 인터페이스로 명령어, 레지스터, 메모리 접근, I/O 등 기계어를 작성하는데 필요한 모든 정보를 포함합니다.

하드웨어의 최상위단과 소프트웨어의 최하위단의 추상화된 interface입니다.

그래서 ISA는 HW와 SW 사이에서 서로를 분리시키는 관문 역할을 수행한다고 말할 수 있습니다.

MIPS 아키텍쳐의 ISA를 살펴보면 다음과 같이 명령어를 나눌 수 있습니다.

이 글 이후로는 모두 MIPS 아키텍처에 대해 설명하고 있습니다.

MIPS 아키텍처의 명령어 format의 길이는 고정된 32bit이지만 format에 따라 bit 수와 개수를 다르게 나눠서 사용합니다.

명령어 형식은 R, I, J 총 3개의 형식이 있습니다.

Instruction-formats-for-MIPS-architecture-1

왜 이렇게 나누어서 사용할까요? 이 점을 알기 위해서 다음 철학을 살펴봅시다.

Field name	Bits	설명
op	6	연산에 대한 opcode
rs	5	source register
rt	5	source register
rd	5	destination register
shamt	5	shift amount, shift 연산을 얼마나 할 것인지 저장
funct	6	opcode 확장용 function code

funct, rd, rs, rt 순서

sub $t0, $s1, $s2

레지스터 s1과 s2의 값을 빼서 t0에 저장하는 코드입니다. 이를 32bit 명령어로 나태내면 다음과 같습니다.

op	rs	rt	rd	shamt	funct
0	01111	01100	00100	0	0x22

Field name	Bits	설명
op	6	연산에 대한 opcode
rs	5	source register
rt	5	destination register
immed	16	constant로 offset 기능을 함 가능한 범위는 ± 2^15

opcode rt, rs 순

lw  $t0, 24($s3)

레지스터 s3의 값이 8이라고 하면

op	rs	rt	immed
100011	10010	01000	0000000000011000

레지스터 s3에서 저장된 값인 8을 가져와 24를 더하고 그 값인 32는 메모리 주소를 의미

즉, 메모리의 (s3 + 24) 번지인 32번지의 값을 읽어와 레지스터 t0에 저장하는 코드

1개의 피연산항만이 필요합니다. 분기 명령어에 사용하는 명령어 포맷입니다.

Computer Organization and Design 5th Edition. The Hardware/Software Interface / 저자 : David A. Patterson, John L. Hennessy