为什么 I 型立即数从 16 位扩展到 32 位？

Question

我正在准备大学考试，我不明白为什么 I 类型中的直接字段从 16 位扩展到 32 位，我需要知道什么解释，还是只是您必须知道发生的事情在不知道为什么的架构中？

也在计算分支地址时

PC <– PC + 4 + (sign_ext(Imm16) << 2)

为什么立即数会移位 2？

Answer 1

正如许多评论中已经回答的那样......

尽管 MIPS 确实有 16 位指令格式，但每个人都熟悉的指令集是 32 位固定长度指令集，在对齐的边界上。

各种操作使用 32 位操作数。

在固定为 32 位的指令集中不能有 32 位立即数； 没有位留给操作码。 因此，MIPS 具有不同的指令格式和不同的立即数大小，以平衡丰富的指令数组，而不会像使用立即数或强制从附近的池中加载所有立即数那样痛苦。 在最坏的情况下，您可以依靠它，但是对于很多事情，您可以按照设计使用说明。

所以立即数字段远小于32位，但它们所代表的操作数一般都是32位，因此需要以某种方式进行扩展，要么移位16位并在底部填充零，要么从顶部扩展无符号或不（一般而言，不仅仅是针对这种类型的 mips）来生成 32 位值。

应根据文档中的说明查找立即数的使用方式。

为什么分支将立即数移动 2？

指令在对齐的 32 位边界上，这意味着低 2 位始终为零。 如果您将这些零编码到立即数中，您将始终必须将它们设为零，并且基本上会丢失 pc 相对分支的可能范围的四倍。 在这种情况下，将立即数视为我想要分支的指令数，而不是地址的字节数。

签名允许向前或向后分支。

nextPC <– PC + 4 + (sign_ext(Imm16) << 2)

+ 4 是管道错觉的一部分，不同的内核有自己的管道设计，所以必须有一个标准来让 ISA 不会疯狂使用（在许多 ISA 中非常典型的设计选择让 PC 在执行时间点在下一条指令）。 所以 nextPC 是下一条指令的 PC 加上立即数中指令的有符号偏移量（通过左移两位使低两位为零）。 如果满足条件或无条件（我不知道所有的 I 格式指令，我不需要为了回答这个问题）那么逻辑使用 nextPC 否则 PC + 4 用于下一条指令.

编辑

是的，你是对的; 符号扩展已经使它成为一个 32 位值。 额外的移位是最大化分支可以采用的范围，使我们可以使用这种指令格式向前或向后四倍地进行分支。 高符号扩展位都是 0 或 1，并且扩展位超过 2 位，因此将临时 32 位值再移动两位不会对该值造成损害。

使用 16 位带符号立即数，如果我不想进行两次移位，那么 0x00007FFC 是我可以向前分支的最大距离，并且要成为有效指令，低两位必须为零。 通过移位，我现在可以向前分支 0x1FFFC，并且可以使用所有立即数位。