在"A03_“系统能力培养大赛”MIPS指令系统规范_v1.001"文档中，我们主要探讨了MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）指令系统的各个方面，这是一个广泛用于教学和研究的精简指令集计算机（RISC）架构。以下是关于MIPS指令系统的关键知识点：
1. **数据格式**：
MIPS指令系统支持多种数据格式，包括字（word）、半字（halfword）和字节（byte）。字是MIPS的默认数据单位，通常为32位。半字和字节则用于处理16位和8位数据。在进行内存操作时，必须考虑到数据的大小和对齐方式，以避免访问异常。
2. **寄存器**：
MIPS架构具有32个通用寄存器（GPRs），它们用于存储中间结果和数据。这些寄存器编号从$0 到 $31，其中$0 是一个常量寄存器，始终为0。此外，还有专门的寄存器如$hi 和 $lo 用于乘法和除法操作的结果，以及$fp（帧指针）和$sp（堆栈指针）等特殊用途寄存器。
3. **大小尾端**：
在处理字节序时，MIPS指令系统需要考虑大小尾端的问题。大小尾端指的是多字节数据在内存中的存储顺序。大端模式（Big-Endian）中，最高有效字节位于最低地址，而小端模式（Little-Endian）则相反。MIPS默认采用大端模式，但在某些配置下也可以选择小端模式。
4. **存储访问类型**：
MIPS支持多种存储访问类型，包括加载（load）指令用于从内存读取数据到寄存器，存储（store）指令将寄存器中的数据写入内存。还有字节、半字和字级别的加载和存储，以及原子操作，如交换（swap）和无条件增加（addi）等。
5. **指令格式**：
MIPS指令格式通常是固定长度的32位，分为五段：opcode（操作码）、funct（功能码）、rs、rt 和 rd。Opcode标识指令类型，funct用于区分同一操作码下的不同功能，rs、rt 和 rd是源寄存器、目标寄存器和结果寄存器的编号。
6. **指令功能分类**：
MIPS指令大致可以分为以下几类：
- **算术运算指令**：包括加法（add）、减法（sub）、乘法（mul）、除法（div）等。
- **逻辑运算指令**：如与（and）、或（or）、异或（xor）和非（nor）。
- **移位指令**：左移（sll）、右逻辑移（srl）和右算术移（sra）。
- **比较和跳转指令**：如beq（相等则跳转）、bne（不等则跳转）。
- **分支和跳转指令**：如j（无条件跳转）、jal（跳转并保存返回地址）。
- **加载和存储指令**：如lw（加载字）、sw（存储字）。
- **控制流指令**：如jalr（跳转并链接寄存器）和jr（寄存器跳转）。
7. **操作模式**：
MIPS可能运行在不同的操作模式下，例如用户模式（User Mode）和内核模式（Kernel Mode）。用户模式下，程序只能执行非特权指令，而内核模式则允许访问所有资源和执行特权指令，通常用于操作系统内核。
了解并掌握这些基本概念对于理解和编写MIPS汇编代码至关重要。在实际应用中，这些知识不仅适用于系统能力培养大赛，也适用于嵌入式系统开发、操作系统设计以及计算机体系结构的学习。
