为什么是Bgezal

Question

根据此MIPS指令参考，有两条指令（bgezal和bltzal）在执行分支时执行相对跳转和链接，而不仅仅是相对跳转。

这些指令可以分别用bgez或bltz模拟，后跟jal，这意味着bgezal和bltzal都应归类为伪指令。但是，两者都分配了操作码，因此它们被归类为基本指令。

将它们添加到基本指令集而不是使它们成为伪指令的理由是什么？此外，为什么指令集中只包含bgezal和bltzal而不包括，例如blezal、bgzal等？




Answer 1

将它们添加到基本指令集而不是使它们成为伪指令的理由是什么？

仅仅因为一条指令可以分成几部分并不意味着它应该是这样的。我知道这是一个RISC，但在指令集的大小和整个系统的性能之间仍然需要权衡。

两条指令意味着比一条指令更长的执行时间，因此设计团队可能在看到它对流行基准测试的影响后决定包含这条指令。

此外，为什么指令集中只包括bgezal和bltzal，而不包括blezal、bgzal等？

对此我可以给出的最简单的解释是这些指令最容易实现：对于bgezal和bltzal，只需要检查符号位。

Answer 2

bgez和bltz不是伪指令。

bgezal和bltzal是一样的，这并不奇怪。

虽然是RISC，但并非所有指令都应该是基本指令。如果经常使用，两条指令需要更多内存，可能需要更多时间，而且操作码中有很多空间，为什么不将它们合并为一条呢？

Answer 3

jal使用半绝对目标编码（替换PC的低28位），而bgezal/bltzal是相对的（添加18位有符号位移，im16

它们是经典MIPS唯一的分支和链接（而不是跳转和链接），因此对于位置无关的可重定位代码非常重要。（您甚至可以使用它将当前电脑放入寄存器，并找出执行的位置，这与jal不同）。

您可以将bal（无条件相对函数调用）编码为bgezal$零，target。

您可以使用未获取的bltzal$零，任何地方获取$ra=PC，而无需任何其他设置。使用bgezal执行此操作需要一个小于零的输入寄存器，该寄存器需要一个insn来创建。b... al指令始终编写$ra，即使没有使用分支。您希望PC相关代码使用此功能，直到MIPS32r6为我们提供了addupc以更好地生成PC相关地址。

由于它们像其他分支指令一样使用I-type指令格式，因此在一个寄存器的编码中有一定的空间，因此有必要将其设置为有条件的，而不仅仅是有一条bal指令。执行“和链接”的硬件逻辑已经存在，所有其他相关分支指令都是有条件的。另外，有一个不适用于零美元的条件可以方便阅读电脑。

请记住，在早期的MIPS硬件中，MIPS指令编码直接用作内部控制信号，因此它们之间的编码中的一位可能会连接到异或门，该异或门反转（或不反转）对符号位的检查。（正如Konrad的回答所指出的那样，这些分支条件只取决于寄存器的MSB，因为它总是反对零，所以没有等待32位加法器生成比较结果的延迟。）

从http://www.mrc.uidaho.edu/mrc/people/jff/digital/MIPSir.html

0000 01ss sss1 0001 iiii iiii iiii iiii   BGEZAL
0000 01ss sss1 0000 iiii iiii iiii iiii   BLTZAL

指令编码缺乏灵活性（因为它直接驱动内部控制信号，而不需要在解码过程中进行太多转换），这可能就是为什么不只有一个28位范围（从26位相对位移）的bal。相关分支的硬件是为具有16位立即数的I型指令设置的。

TL：DR：有2个条件分支和链接指令，因为很自然地在其中一个方面实现无条件的bal，而另一个几乎是免费的。

MIPS（无条件相对分支，无链接）也是一条伪指令，用于beq$zero，zero，target，或由汇编程序选择，用于bgez$zero，target。（无条件分支和无条件跳转（MIPS中的指令）之间的区别是什么？）。MIPS R3000手册建议0美元，0美元。（更清楚地说明，无论分支如何，都会发生$ra=PC；这在我最初撰写此答案时查看的快速参考表中并不清楚。）

比较零编码只有一个5位寄存器字段，因此它们比beq/bne消耗更少的编码空间。这可能是选择bgezal而不是beqal作为要提供的一对条件分支之一的原因。