MIPS指令
操作码的长度决定了可以提供多少个指令数；操作码的编码一定要有唯一的解释
一、计算机的寻址方式
- 立即寻址：指令中给出操作数
- 直接寻址：指令中给出操作数所在的有效地址
- 间接寻址：指令中给出一个间接地址，间接地址在内存中寻找直接地址，直接地址读出操作数
- 寄存器间接寻址：指令给出寄存器编号，根据寄存器内容找出操作数
- 基址寻址：指令中给出一个寄存器编号，同时给出一个偏移地址，基址寄存器内容+偏移地址从内存中取操作数
二、操作码编码
- 定长操作码编码
- 扩展操作码编码
三、MIPS的指令可以分为3种操作类型
- R型
- I型
- J型
1、R型指令
- OP：000000 由func来决定他的功能
- rs、rt是两个源操作数所在的寄存器号
- rd是目的操作数所在的寄存器号
- shamt是位移量，执行移位操作的时候指明需要移动的次数
同时也要牢记R型指令的指令表：
2、I型指令
- 操作功能由OP决定
- rs是第一个源操作数，immediate是第二个源操作数
- rt是目的操作数所在的寄存器编号
I型指令的操作表：
- 在I型指令中，addi指令是需要进行符号位扩展，但是andi、ori、xori指令只需要进行零扩展即可
- sw、lw、beq、bne等操作都是进行符号位扩展
3、J型指令
- 操作功能由OP决定
- 转移地址：26位（立即数）
J型指令操作表：
跳转指令寻址：
伪直接寻址
PC相对寻址
异常和中断
Cache映射
直接映射
主存中的每个块只能放在Cache中的唯一位置（行）
Cache行号=主存块号 mod Cache 行数
全相联映射
主存中的每个块可放置在Cache中的任何位置（行）
N路组相联映射
一个Set是若干块的集合
主存和Cache中的组都具有同样大小（组内块数相同）
“N路”指每个组中包含的块（行）的数目，也称为相联度
主存中的一个块首先被映射到Cache中的唯一一组中，然后该块可以放在这个组的任何一行中
总结
Cache结构的表示
Cache块替换策略
LRU
Cache写命中策略
写直达
写回
写分配
写不分配
虚拟索引虚拟标记（VIVT）
优点： 不需要每次访存的时候把虚拟地址经过MMU转换为物理地址缩短了访存关键路径， 提升了频率， 提升了Cache访问速度
缺点： 即使Cache命中，也需要访问并更新TLB（两者可以并行） 进程切换需要冲刷Cache，或者增加PID（进程ID）位 歧义问题（ambiguity） 别名问题（alias）
歧义问题： 相同的虚拟地址映射到不同的物理地址 假设A进程的虚拟地址0x4000映射物理地址0x2000，B进程的虚拟地址0x4000映射物理地址0x3000。A进程切换到B进程，导致0x4000地址访问命中，而对应的是物理地址0x2000中的数据，从而出现错误 解决方案：冲刷（flush）Cache（使用专门的Cache指令，例如MIPS中的Cache），保证切换后的进程不会错误的命中上一个进程的缓存数据
别名问题： 不同的虚拟地址映射到相同的物理地址，例如进程间通信假设虚拟地址0x2000和0x4000都映射到相同的物理地址0x3000，其中虚拟地址中的[15…4]位作为index，此时同一物理地址数据被加载到不同的Cache Line，容易破坏数据一致性。
物理索引物理标记
从虚拟地址中抽取index查找Cache，从物理地址中抽取tag进行比较 Cache的查找和物理地址的转换同时进行，性能优于PIPT 不存在歧义问题，但依然存在别名问题。
VIPT中的别名问题
直接映射：当Cache容量不大于页大小时，将不会产生别名问题 组相联：当Cache中一路的容量不大于页大小时，将不会产生别名问题 此时，index位于页偏移之中，虚拟地址和物理地址对应的index相同 VIPT相当于PIPT
解决方案1：提高相联度，将索引index控制在page offset字段范围之内 解决方案2：使用大页，将索引index控制在page offset字段范围之内 解决方案3：调整虚实映射，避免相同物理地址数据加载到不同Cache行对于直接相联，在建立共享映射的时候，虚拟地址都是按照Cache大小对齐对于组相联，在建立共享映射的时候，虚拟地址都是按照一路Cache大小对齐 解决方案4：但满足不了将索引VA的index控制在page offset字段范围之内时，需要操作系统提供支持，即Page Color功能。