資訊時代的世界，有著光鮮亮麗的外殼。web2.0的時代，搜尋引擎，sns，流**...這絢麗多彩的一切，流光溢彩，彷彿雲霓燦爛。
剝去這光鮮的外殼，深入到底層的世界。核心，體系結構，編譯器...完全是0和1組成的黑白世界，初涉之難免覺得味同嚼蠟。
但是，正如單一的白光在三稜鏡下，會綻放出七彩的光譜，黑白的計算機底層世界，卻有著魔法一般豐富的內涵。當我們看穿華麗的gui介面的偽裝，**到核心的奧秘時，我們會發現這是乙個迷人的微觀世界。這個美麗新世界，最具魅力的是哪些呢？
體系結構。它是計算機系統的基石。它從根本上決定了這個系統的效能。當程式中出現錯誤時，對體系結構的理解，能大大加快bug的定位。體系結構是底層世界的根基。
作業系統。它是計算機系統的靈魂。作業系統遮蔽了底層硬體的差異，為上層軟體提供了統一的api。多工作業系統還可以讓計算機並行處理不同的任務，巧妙的設計可以發揮cpu最大的潛力。目前的最新作業系統版本，還可以支援多cpu併發處理。作業系統核心是底層世界的統治者。
編譯器。編譯器是體系結構的翻譯官。它能夠將高階語言翻譯成機器指令，與作業系統提供的api介面連線，開發出各種應用程式。好的編譯器還可以針對硬體做優化。編譯器是底層世界的一把密鑰匙。
體系結構，作業系統，編譯器支撐起的系統，如同三隻足支撐的乙隻鼎。作業系統中的經典之作，是linux；對應的編譯器是gcc系列工具鏈。關於這些的著作早已汗牛充棟。我想給大家介紹的，是體系結構皇冠上的明珠——mips。
英國科學家dominic sweetman(經典著作see mips run的作者)，稱mips為「高效的risc體系結構中最優雅的一種體系結構」。它是乙個雙關語：即是microcomputer without interlocked pipeline stages的縮寫，同時又是millions of instructions per second的縮寫。
mips的處理單元是乙個五級流水線：instruction fetch, register & decoder, alu, memory以及write back。一開始的mips是為32位系統設計的，實際上，後續的64位擴充套件，也依然對32位的工作模式向下相容著。一如其他的risc處理器，mips的每條指令長度是固定的32bit。（因此，最長的區域性跳轉指令只能跳轉2的26次方byte，也就是2的24次方，16777216條指令）
mips有32個通用暫存器，程式設計者可以使用其中除$0外的所有暫存器暫存資料。$0暫存器，在硬體上被設計為永遠讀出0。我們可以用$0暫存器的此特性，實現一些技巧性的程式設計，譬如實現nop操作。mips本沒有nop指令，但由於對$0暫存器的寫入實際上無意義，可以作為空操作使用。
事實上，編譯器從高階語言（典型如c/c++）轉換為mips彙編指令時，一般總是遵守一定的暫存器使用約定。某些暫存器用來從函式中傳入和傳出引數，儲存臨時資料，另一些則起特殊作用，如儲存呼叫函式時的指令位址，或作為堆疊指標等。如果你使用彙編開發，理論上可以無視這點約定，但是，一般地，遵守這個約定，與人方便，也為己方便。關於暫存器使用的約定，以後會展開論述。
一如所有的risc處理器，mips沒有cisc那樣複雜多變的定址方式，統一為load/store定址。任何載入和儲存操作，都可寫為如下形式：
lw $1, offset ($2)
這條指令的操作符可以為load或store，一次load/store操作的範圍可以為字/半字/位元組（對應gcc的int, short和char）。偏移量是乙個帶符號的16bit整數。兩個作為運算元的暫存器可以是任何通用暫存器。（你可以向$0寫入，但無任何意義，等同於空操作）。對於64位模式下，也可以對double型別進行操作。注意load/store都必須對應乙個對齊的位址，否則會引發乙個異常(exception)。
mips支援最多4個協處理器。協處理器cp0為cpu的控制協處理器，是體系結構中必須實現的。cp1為浮點處理器。cp2保留，各生產廠商往往用來實現一些自己的特色功能，例如rmi的fast message ring等。cp3原本也是保留共擴充套件用，但很多mips iii和mips iv時代的擴充套件指令集使用了它。對於cp0，我們會有專門的一段用來討論。
為適應處理器向多核時代的演進，mips引入了多核操作必要的原子指令(atomic operation)、記憶體屏障(barrier)等操作。在smp或amp等多核架構中，這些指令是平行計算同步的保障。
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