具有负立即数常量的 MIPS 中的 andi 与 addi 指令

Question

假设 $t2= 0x55555550，然后执行以下指令：

andi $t2, $t2, -1

$t2 变成 0x0005550

MIPS 仿真器¹证实了这一点

然而，这不是我所期望的。我认为答案应该是 0x55555550 & 0xFFFFFFFF = 0x55555550。我认为常量 -1 在和逻辑之前被符号扩展为 0xFFFFFFFF。但似乎答案是 0x55555550 & 0x0000FFFF

为什么 -1 被符号扩展为 0x0000FFFF 而不是 0xFFFFFFFF

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脚注 1：编者注：启用“扩展伪指令”的 MARS 确实将其扩展为多条指令以0xffffffff在 tmp 寄存器中生成，因此保持$t2不变。否则 MARS 和 SPIM 都会以不可编码的错误拒绝它。其他汇编程序可能有所不同。

Answer 1

您的期望是正确的，但您对实验结果的解释不正确

$t2 变为 0x0005550 这是 MIPS 模拟器确认的。

不，这是不正确的。因此，以下情况之一：

1. 不知何故，你误读了模拟器在做什么。模拟器的实际值是您所期望的。
2. 或者，你没有0x55555550在$t2 之前的andi为你承担，但0x5550代替（即）你的测试程序没有设置$t2正确。

然而，这不是我所期望的。我认为答案应该是 0x55555550 & 0xFFFFFFFF = 0x55555550。我认为常量 -1 在和逻辑之前被符号扩展为 0xFFFFFFFF。

是的，这是正确的。而且，我将在下面解释正在发生的事情以及原因。

但似乎答案是 0x55555550 & 0x0000FFFF。为什么 -1 被符号扩展为 0x0000FFFF 而不是 0xFFFFFFFF

这是不是。这是符号扩展到0xFFFFFFFF。同样，您错误地阅读了实验结果[或您的测试程序有错误]。

mips模拟器和汇编器有伪操作。

这些指令可能作为真实的物理指令存在，也可能不存在。但是，它们由汇编程序解释以生成一系列物理/实际指令。

“纯”伪操作的一个例子是li（“立即加载”）。它没有相应的指令，但通常会生成两个指令序列：lui, ori（它们是物理指令）。

伪操作应该不与汇编相混淆的指令，例如.text，.data，.word，.eqv，等。

一些伪操作可能与实际的物理指令重叠。这就是你的例子正在发生的事情。

事实上，汇编器将任何给定指令检查为潜在的伪操作。它可以确定可以通过单个物理指令实现意图。如果不是，它将生成一个 1-3 指令序列，并可能使用 [reserved]$at寄存器 [which is $1] 作为该序列的一部分。

在 中mars，要查看实际的真正指令，请查看Basic源窗口的列。

为了我的回答完整起见，以下所有内容都以最高评论开头。

我创建了三个示例程序：

1. 将addi在您的原职
2. 将andi在您的修正后
3. 一种andi是使用一个无符号的参数

(1) 这是您的原始问题的汇编源代码addi：

    .text
    .globl  main
main:
    li      $t2,0x55555550
    addi    $t3,$t2,-1
    nop

以下是它的mars解释：

 Address    Code        Basic                     Source

0x00400000  0x3c015555  lui $1,0x00005555         4     li      $t2,0x55555550
0x00400004  0x342a5550  ori $10,$1,0x00005550
0x00400008  0x214bffff  addi $11,$10,0xffffffff   5     addi    $t3,$t2,-1
0x0040000c  0x00000000  nop                       6     nop

addi将立即对其 16 位进行符号扩展，因此我们有0xFFFFFFFF. 然后，做一个二进制补码加法运算，我们得到最终结果0x5555554F

因此，汇编程序不需要为 生成额外的指令addi，因此addi 伪操作生成了一个实数 addi

(2)andi来源：

    .text
    .globl  main
main:
    li      $t2,0x55555550
    andi    $t3,$t2,-1
    nop

这是大会：

 Address    Code        Basic                     Source

0x00400000  0x3c015555  lui $1,0x00005555         4     li      $t2,0x55555550
0x00400004  0x342a5550  ori $10,$1,0x00005550
0x00400008  0x3c01ffff  lui $1,0xffffffff         5     andi    $t3,$t2,-1
0x0040000c  0x3421ffff  ori $1,$1,0x0000ffff
0x00400010  0x01415824  and $11,$10,$1
0x00400014  0x00000000  nop                       6     nop

哇！发生了什么？将andi产生三条指令。

一个真正的 andi指令并没有签署延长其直接的说法。因此，我们可以在实数中使用的最大无符号值andi是0xFFFF

但是，通过指定-1，我们告诉汇编器我们确实想要符号扩展（即0xFFFFFFFF）

所以，汇编器可能不fulfull意图用一条指令，我们得到上面的序列。并且生成的序列不能使用andi而不得不使用注册表：and。这是andi转换回更友好的 asm 源代码的生成代码：

    lui     $at,0xFFFF
    ori     $at,$at,0xFFFF
    and     $t3,$t2,$at

至于结果，我们正在 anding0x55555550并且0xFFFFFFFF这是一个 [仍然不变] 的值0x55555550

(3) 以下是未签名版本的来源andi：

    .text
    .globl  main
main:
    li      $t2,0x55555550
    andi    $t3,$t2,0xFFFF
    nop

这是汇编器输出：

 Address    Code        Basic                     Source

0x00400000  0x3c015555  lui $1,0x00005555         4     li      $t2,0x55555550
0x00400004  0x342a5550  ori $10,$1,0x00005550
0x00400008  0x314bffff  andi $11,$10,0x0000ffff   5     andi    $t3,$t2,0xFFFF
0x0040000c  0x00000000  nop                       6     nop

当汇编器看到我们正在使用十六进制常量（即0x前缀）时，它会尝试将值作为无符号运算来实现。所以，它不需要签署扩展。而且，真正的andi可以满足要求。

这样做的结果是 0x5550

请注意，如果我们使用了 的掩码值0x1FFFF，那将是无符号的。但是，它大于 16 位，因此汇编器会生成一个多指令序列来满足请求。

而且，这里的结果将是 0x15550