MIPS nop和sll的字节码是如何区分的？

Question

据我所知，两条指令的操作码和功能码均为 0，那么计算机如何知道它在做什么？

Answer 1

正如 Jester 所说，如果 MIPS CPU 不想做任何特殊的性能优化，Doesn't 必须区分。

sll $0, $0, 0

已经没有架构效果，因为写入

$0

被丢弃，并且它没有副作用（MIPS 没有标志/条件代码寄存器）。如此简单的硬件就可以让它通过管道运行。

有一个商定的

nop

操作码的要点是，如果硬件想要寻找一个特殊情况甚至不执行它，那么只有一个位模式必须匹配，而不是考虑每一个指令选择写入

$0

（可能仍然会出错的负载除外。）

因此编译器/汇编程序的开发人员不必猜测对于某些硬件来说什么

nop

可能是最便宜的。硬件可能做的事情包括：

• 只有一个班次执行单元的超标量流水线可以在同一时钟周期内运行

  nop

  和

  sll $t0, $t1, 12

  ，即使它通常不能在同一周期内运行两个班次。
• 可能会因为不激活 ALU 而节省一些电量？
• 可能根本不通过流水线发送NOP，只是在解码时丢弃它并获取下一条真正的指令。 （对于获取和解码的指令多于其流水线宽度的 CPU 来说是合理的，或者尤其是对于乱序执行 CPU。）
• 如果风险检测还没有对

  $0

  上的每次读写进行特殊处理，则可以跳过

  nop

  。 （仅适用于没有旁路转发的玩具 CPU，见下文。）

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甚至

sll $t0, $t0, 0

也没有架构效果，因为它用它已经拥有的相同值写入寄存器。但这是一个更糟糕的选择，因为危险检测通常会查看寄存器读写，因此它可能会导致停顿，或者

$t0

在像 R10000 这样的无序执行 MIPS 上的依赖链更长。但是，如果 MIPS 没有零寄存器，那么同意作为 NOP 将是一个合理的选择，除了在 MIPS 1 上将它放在写

$t0 的 loat 的加载延迟槽中是不安全的

.

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对于根本没有尝试特殊情况

lw $0, (mem)

或零寄存器的硬件，是否存在带有

nop

/

nop

的任何可能的极端情况，零寄存器丢弃写入和读取作为零处理仅在注册文件？

在那种情况下，它会看到一条指令在下一条指令中读取加载结果。在 MIPS I 上，这会为读取的值提供不可预测的结果，因为它不会因旁路转发无法处理的危险而停止。 （在后来的 MIPS 上，它停止了；加载延迟槽不是体系结构的，只是性能的。）当然，结果最终只是写入零寄存器，所以没有明显的差异。

但是如果简单的硬件没有特殊情况下绕过转发的零寄存器，像

addiu $0, $0, 123

/

addi $1, $0, 0

这样的东西可以复制一个非零值。因此，正确的 MIPS 设计不可能那么简单，并且在为旁路转发进行危险检测时确实必须已经有特殊情况

$zero

，以确保它不会旁路转发到

$0

的读取，这是需要始终读零。

停止而不是旁路转发的 MIPS 设计不必在危险检测中特例

$0

，因为所有值都将通过寄存器文件。但这可能不是 MIPS 架构师的考虑因素，因为旁路转发对于大多数代码的良好性能至关重要。