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Question

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assemblymipscpu-architectureinstruction-setno-op

3

据我所知，这两个指令的操作码和功能码都为0，那么计算机如何知道它正在执行哪个呢？

- George Bland

6

它不必要。 nop 是 sll $0, $0, 0 的别名，它什么也不做。当然，如果硬件希望的话，它可以特别处理。 - Jester

1个回答

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原文链接

- Peter Cordes · Accepted Answer

正如Jester所说，MIPS CPU如果不想进行任何特殊的性能优化，就不必进行区分。由于对$0的写入被丢弃，并且它没有副作用（MIPS没有FLAGS/condition-codes寄存器），因此sll $0, $0, 0已经没有架构效果。因此，简单的硬件可以让它通过管道运行。

约定一个nop操作码的重点在于，如果硬件想要查找一个特殊情况并且甚至不执行它，那么只有一个比特模式需要匹配，而不是考虑每个写入到$0的指令选择（除了可能仍然故障的负载）。

因此，编译器/汇编器的开发人员不必猜测nop对某些硬件来说可能是最便宜的。硬件可能会做的事情包括：

只有一个移位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，即使它通常无法同时运行两个移位。
可能从不激活ALU中节省一点电源？
可能根本不会通过流水线发送NOP，而是在解码时丢弃它并获取下一个真正的指令。（对于获取和解码比其流水线宽度更多的CPU或特别是乱序执行CPU而言，这是可行的。）
如果冒险检测没有特殊处理$0上的每次读写，那么可以跳过nop。（仅适用于没有旁路转发的玩具CPU，见下文。）

即使 sll $t0, $t0, 0 没有架构效果，因为它将寄存器写入了已经存在的相同值。但这是一个更糟糕的选择，因为冒险检测通常会关注寄存器的读写操作，所以它可能导致停顿，或者在类似 R10000 的乱序执行 MIPS 上导致更长的依赖链对于 $t0。然而，如果 MIPS 没有零寄存器，那么将其作为 NOP 是一个合理的选择，除了在 MIPS 1 中，将其放置在写入 $t0 的加载延迟槽中是不安全的。

lw $0, (mem) / nop在硬件中是否存在任何可能的边角情况，这些硬件并没有特别处理nop或零寄存器，而是仅在寄存器文件中处理写入丢弃和读取为零的零寄存器？

在这种情况下，它将看到一个指令在下一条指令中读取负载结果。在MIPS I上，由于它不会为无法处理的旁路转发而停顿，因此会产生不可预测的读取值。（在后来的MIPS上，它会停顿；负载延迟槽不是体系结构，只是性能问题。）当然，结果最终只是写入零寄存器，因此没有可观察的差异。

但是，如果简单的硬件没有为旁路转发特别处理零寄存器，则类似addiu $0, $0, 123 / addi $1, $0, 0的操作可能会复制非零值。因此，正确的MIPS设计不能如此简单，并且必须在进行旁路转发的危险检测时已经特别处理了$zero，以确保它不会旁路转发到从$0读取的值，该值始终为零。

一个采用停顿而非旁路转发的MIPS设计不需要在危险检测中特殊处理$0，因为所有值都会经过寄存器文件。但这可能不是MIPS架构师考虑的因素，因为在大多数代码中，旁路转发对于良好的性能至关重要。