MIPS哪些指令会从内存读取数据？缓存与寄存器相关问题咨询

数据缓存读取主存的触发条件 #

数据缓存仅在两种条件同时满足时才会从主存读取数据：

• 当前执行的指令需要读取内存中的业务数据
• 目标内存地址对应的数据不在数据缓存中（即缓存不命中，包括有效位为0、标签不匹配两类场景）

如果数据已经在缓存中命中，会直接从缓存返回数据，不需要访问主存。如果指令本身不需要读取内存数据，不会触发数据缓存的任何查询操作，更不会读取主存。

为什么addi指令不会读取内存，是不是只有lw需要读内存 #

MIPS是典型的加载/存储架构，核心规则是：只有加载、存储类指令可以直接访问内存，其余运算类指令的操作数只能来自寄存器或指令本身携带的立即数。

• addi是立即数加法指令，格式为addi $rd, $rs, imm，它的两个源操作数一个来自寄存器$rs，另一个是直接编码在指令二进制中的立即数imm，运算结果直接写入目标寄存器$rd，全程不需要读取内存中的数据，所以不会触发数据缓存访问，更不会读取主存。
• 并非只有lw需要读取内存，所有加载类指令都需要读取内存，比如加载半字的lh、加载字节的lb、加载无符号半字的lhu等，这类指令的功能都是从指定内存地址读数据写入寄存器，都会触发数据缓存查询，缓存不命中时就会从主存读取对应数据块。

注意：所有指令本身的机器码读取走的是指令缓存通路，哪怕是addi这类不访问数据内存的指令，它本身的指令内容也是从内存经指令缓存交给CPU的，这部分和数据缓存无关。

仅操作寄存器的指令会不会访问主存和数据缓存 #

是的。仅操作寄存器的指令（比如寄存器加法add $rd, $rs, $rt、寄存器减法sub $rd, $rs, $rt、移位指令sll $rd, $rt, shamt等）的所有操作数都来自寄存器，运算结果也直接写回寄存器，全程不需要访问内存中的业务数据，因此完全不会触发数据缓存访问，也不会访问主存的数据区。

寄存器是不是存储层级的最高层级 #

是的。现代计算机的存储层级从顶到底（速度从快到慢，容量从小到大）的顺序为：寄存器 → 一级缓存（拆分指令缓存和数据缓存） → 二级缓存 → 三级缓存 → 主存（内存） → 外存（硬盘、闪存等）。寄存器是距离CPU运算核心最近、读写延迟最低、容量最小的存储单元，属于存储层级的最顶层。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Don_twice