MIPS 中的溢出/进位标志

Question

我搜索了一下，没有找到任何可以正确解释这一点的东西。

在 MIPS 中，您可以使用

add

和

addu

进行加法运算。主要区别在于

addu

不会产生溢出异常。

假设我们有这个二进制文件（我使用了四位，尽管为了简化 MIPS 是 32）：

0111

如果我们添加

1

它变成

1000

.

对于

add

指令，存在溢出且无进位，因为正 7 变为负 1（假设 MIPS 中的二进制补码）。这也会产生溢出异常。

对于

addu

，没有溢出也没有进位，因为一切都按预期进行。

现在假设你有这个二进制文件：

1111

如果我们添加

1

它变成

0000

.

使用

add

指令应该不会溢出，因为负 1 变为 0。进位标志怎么样，它会变为 1 吗？

addu

指令会发生什么？是否认为溢出，因为 15 变成了 0？我知道没有溢出异常，但是溢出标志怎么办？它是否设置为 1？进位标志呢？

Answer 1

MIPS 架构中没有进位标志。

当结果的符号与可能发生的预期符号不同时，在加法的情况下会发生溢出异常：

• 当你将两个正数相加得到一个负数时
• 当你将两个负数相加得到一个正数时

所以是的，在你假设的 4 位 MIPS 0111+1 中导致溢出，相应的标志被激活。

Answer 2

我用谷歌搜索了一下，发现这很有用。

（我认为）这解释了为什么 MIPS 中没有进位。

https://yarchive.net/comp/carry_bit.html

快速总结：MIPS 的目标是简化实现，而进位位会使事情变得更加复杂，尤其是在更具侵略性（流水线/超标量/推测和乱序）的设计中。

在简单的流水线设计中，每个结果都写回其目标寄存器，并且结果通常通过旁路网络提供，以防下一条指令立即需要它。

如果你采用典型的当前 RISC 并包括“add-with-carry”，例如（这当然是可行的），不规则性肯定会增加复杂性，并且进位位可能成为更积极的实现中的瓶颈，因为操作要么设置它要么测试它在它上面序列化，并且还需要在一个尴尬的地方使用额外的硬件（比较器和多路复用器）。 （参见 H&P：在索引中查找绕过和条件代码）。

随着 CPU 变得超标量化，用于检查依赖性的额外逻辑变得更糟：实现者尤其讨厌不规则性。

随着它变得推测性和乱序，典型的设计不仅需要寄存器重命名单元，还需要“进位重命名单元”，因为没有“进位位”这样的东西，但是而是一组独立的进位位，具有适当的重命名逻辑，以选择由逻辑上最近设置该位的指令设置的正确进位位。