MIPS 处理器 - 为什么 sub 导致溢出而 slt 不是？

Question

我正在为我的“电子计算器”考试做一些练习，我发现这个问题对我来说有点棘手。

如有必要，请参考绿卡，考虑 MIPS sub 和 slt 处理器的两条指令。假设两者都提供使用 ALU 来减去两个源操作数，特别是 slt 以便比较它们。请注意，在绿卡中，潜水员是如何导致溢出异常的 [cf.注意（1）]，而这在 slt 的情况下不存在。你怎么解释呢？给出的理由的质量会影响响应的评估。

我试图找出答案，但我不确定它是否正确。我认为差异在于指令的目的，事实上，如果在子中我必须在寄存器中存储一个真正的“值”，我需要那个数字是正确的。另一方面，在 slt 中，我只需要了解这个数字是高于还是低于另一个......这是正确的吗？你们有更好的答案吗？

感谢您的宝贵时间。

Answer 1

我同意——slt 只需要在其操作数之间或多或少地回答，这可以在不发生溢出的情况下完成。

但我们可以进一步详细说明。

首先，让我们注意sub 需要发出溢出信号（通过抛出异常），因此除了仅 32 位减法运算之外，还使用了一些额外的逻辑来检测它。

因此，我们可以假设slt 除了仅仅 32 位减法之外还有一些额外的逻辑（它也与sub 不同，它捕获 0 或 1 结果，而不是直接捕获减法结果）。

sub 的这个额外逻辑可能是它对 33 位结果进行减法 - 如果 33 位与 32 位不同，则 32 位答案的幅度将是有损的，即溢出。

或者sub 的这个额外逻辑可能是它执行 32 位减法，并将输入的符号与结果的符号进行比较。如果输入的符号相同，则不会溢出，但如果输入的符号不同，并且结果的符号与被减数（第一个操作数）的符号不同，则发生溢出。

对于slt，可以像sub 那样检测溢出（在给出 33 位答案或比较 3 个符号方法的情况下计算 1 与 0 结果），但有一种非常简单的方法（ a) 检测是否可能发生溢出，以及 (b) 在可能发生溢出时以简单的答案绕过子操作（或绕过子操作）。

所以，我会按照下表：

 minuend   subtrahend    can           slt
(source1)  (source2)   overflow?      result    
----------------------------------------------------------------
  pos         pos         No       sign of subtraction operation
  pos         neg         Yes      0 (sign of minuend), ignore subtraction
  neg         pos         Yes      1 (sign of minuend), ignore subtraction
  neg         neg         No       sign of subtraction operation

总而言之，如果输入的符号不同，则slt 结果是被减数的符号，否则 slt 结果是减法的符号（它不会溢出，因为输入的符号是一样）。

由于我们至少有 3 种实现策略可以在不存在溢出导致的错误风险的情况下获得答案，因此slt 没有必要引发异常。

（一个愚蠢的指令集架构确实可以为这条指令定义一个溢出异常，并在与sub相同的情况下抛出异常——这就像为slt的答案捕获减法结果的符号，而在这些情况下还会检测减法溢出和异常。）