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本章将為OpenMIPS處理器添加轉移指令，轉移指令包括跳轉、分支兩種，差別在于前者是絕對轉移，後者是相對轉移，但實作方法是相似的。轉移指令涉及延遲槽，是以首先在8.1節介紹了延遲槽的概念，接着在8.2節對MIPS32指令集架構中定義的所有轉移指令的格式、作用、用法進行了說明。在8.3節介紹了OpenMIPS實作轉移指令的思路，以及對資料流圖、系統結構的修改。8.4節通過修改代碼實作了轉移指令，最後通過兩個測試程式，驗證轉移指令是否實作正确。
8.1 延遲槽
在實作轉移指令之前，先介紹一下延遲槽的概念。在第5章已經介紹了流水線中存在的三種相關：資料相關、結構相關、控制相關。其中控制相關是指流水線中的轉移指令或者其他需要改寫PC的指令造成的相關。這些指令改寫了PC的值，是以導緻後面已經進入流水線的幾條指令無效，比如：如果轉移指令在流水線的執行階段進行轉移條件判斷，在發生轉移時，會導緻目前處于取指、譯碼階段的指令無效，需要重新取指。如圖8-1所示。
也就是在流水線執行階段進行轉移判斷，并且轉移發生，那麼會有2條無效指令，導緻浪費了兩個時鐘周期。為了減少損失，規定轉移指令後面的指令位置為“延遲槽”，延遲槽中的指令被稱為“延遲指令”（也可稱之為“延遲槽指令”）。延遲指令總是被執行，與轉移發生與否沒有關系。引入延遲槽後的指令執行順序如圖8-2所示。OpenMIPS處理器就計劃使用延遲槽技術。
但是，即使引入延遲槽，在轉移發生時仍然會導緻已經進入取指階段的指令無效，也就是仍浪費一個時鐘周期，要解決這個問題，可以在譯碼階段進行轉移判斷，這樣就可以避免浪費時鐘周期。OpenMIPS處理器就設計為在譯碼階段進行轉移判斷。
8.2 轉移指令說明
MIPS32指令集架構中定義的轉移指令共有14條，可分為如下兩類。
- 跳轉指令： jr 、jalr 、j 、jal
- 分支指令：b、bal、beq、bgez、bgezal、bgtz、blez、bltz、bltzal、bne
其中，跳轉指令是絕對轉移，分支指令是相對轉移。本節分别介紹這兩類指令。
1、跳轉指令
跳轉指令的格式如圖8-3所示。
從圖8-3可知，j、jal指令可以通過指令碼進行判斷，jr、jalr指令的指令碼為SPECIAL，還需要依據功能碼進一步判斷。
- 當指令中的指令碼為SPECIAL，功能碼為6'b001000時，表示是jr指令
指令用法為：jr rs
指令作用為：pc <- rs，将位址為rs的通用寄存器的值賦給寄存器PC，作為新的指令位址。
- 當指令中的指令碼為SPECIAL，功能碼為6'b001001時，表示是jalr指令
指令用法為：jalr rs 或者jalr rd, rs
指令作用為：rd <- return_address, pc <- rs，将位址為rs的通用寄存器的值賦給寄存器PC，作為新的指令位址，同時将跳轉指令後面第2條指令的位址作為傳回位址儲存到位址為rd的通用寄存器，如果沒有在指令中指明rd，那麼預設将傳回位址儲存到寄存器$31。
- 當指令中的指令碼為6'b000010時，表示是j指令
指令用法為：j target
指令作用為：pc <- (pc+4)[31,28] || target || ‘00’，轉移到新的指令位址，其中新指令位址的低28位是指令中的target（也就是圖8-3中的instr_index）左移兩位的值，新指令位址的高4位是跳轉指令後面延遲槽指令的位址高4位。
- 當指令中的指令碼為6'b000011時，表示是jal指令
指令用法為：jal target
指令作用為：pc <- (pc+4)[31,28] || target || ‘00’，轉移到新的指令位址，新指令位址與指令j相同，不再解釋。但是，指令jal還要将跳轉指令後面第2條指令的位址作為傳回位址儲存到寄存器$31。
j、jal、jr、jalr指令在轉移之前都要先執行延遲槽指令。
2、分支指令
分支指令的格式如圖8-4所示。
從圖8-4可知，前5條指令beq、b、bgtz、blez、bne可以直接依據指令中的指令碼進行判斷，确定是哪一條指令，而後5條指令bltz、bltzal、bgez、bgezal、bal的指令碼都是REGIMM，這是一個宏定義，值為6'b000001，需要根據指令中16-20bit的值進一步判斷，進而确定是哪一條指令。
從圖8-4還可知，所有分支指令的0-15bit存儲的都是offset，如果發生轉移，那麼将offset左移2位，并符号擴充至32位，然後與延遲槽指令的位址相加，加法的結果就是轉移目的位址，從該位址取指令。
轉移目标位址 = (signed_extend)( offset || ‘00’ ) + (pc+4)
- 當指令中的指令碼為6'b000100時，表示是beq指令
指令用法為：beq rs, rt, offset
指令作用為：if rs = rt then branch，将位址為rs的通用寄存器的值與位址為rt的通用寄存器的值進行比較，如果相等，那麼發生轉移。
- 當指令中的指令碼為6'b000100，且16-25bit為0時，表示是b指令
指令用法為：b offset
指令作用為：無條件轉移，從圖8-4可知，b指令可以認為是beq指令的特殊情況，當beq指令的rs、rt都等于0時，即為b指令，是以在OpenMIPS實作的時候不需要特意實作b指令，隻需要實作beq指令即可。
- 當指令中的指令碼為6'b000111時，表示是bgtz指令
指令用法為：bgtz rs, offset
指令作用為：if rs > 0 then branch，如果位址為rs的通用寄存器的值大于零，那麼發生轉移。
- 當指令中的指令碼為6'b000110時，表示是blez指令
指令用法為：blez rs, offset
指令作用為：if rs ≤ 0 then branch，如果位址為rs的通用寄存器的值小于等于零，那麼發生轉移。
- 當指令中的指令碼為6'b000101時，表示是bne指令
指令用法為：bne rs, rt, offset
指令作用為：if rs ≠ rt then branch，如果位址為rs的通用寄存器的值不等于位址為rt的通用寄存器的值，那麼發生轉移。
- 當指令中的指令碼為REGIMM，且16-20bit為5'b00000時，表示是bltz指令
指令用法為：bltz rs, offset
指令作用為：if rs < 0 then branch，如果位址為rs的通用寄存器的值小于0，那麼發生轉移。
- 當指令中的指令碼為REGIMM，且16-20bit為5'b10000時，表示是bltzal指令
指令用法為：bltzal rs, offset
指令作用為：if rs < 0 then branch，如果位址為rs的通用寄存器的值小于0，那麼發生轉移，并且将轉移指令後面第2條指令的位址作為傳回位址，儲存到通用寄存器$31。
- 當指令中的指令碼為REGIMM，且16-20bit為5'b00001時，表示是bgez指令
指令用法為：bgez rs, offset
指令作用為：if rs ≥ 0 then branch，如果位址為rs的通用寄存器的值大于等于0，那麼發生轉移。
- 當指令中的指令碼為REGIMM，且16-20bit為5'b10001時，表示是bgezal指令
指令用法為：bgezal rs, offset
指令作用為：if rs ≥ 0 then branch，如果位址為rs的通用寄存器的值大于等于0，那麼發生轉移，并且将轉移指令後面第2條指令的位址作為傳回位址，儲存到通用寄存器$31。
- 當指令中的指令碼為REGIMM，且21-25bit為0，16-20bit為5'b10001時，表示是bal指令
指令用法為：bal offset
指令作用為：無條件轉移，并且将轉移指令後面第2條指令的位址作為傳回位址，儲存到通用寄存器$31。從圖8-4的指令格式可知，bal指令是bgezal指令的特殊情況，當bgezal指令的rs為0時，就是bal指令，是以在OpenMIPS實作時，不用特意考慮bal指令，隻要實作bgezal指令即可。
綜上，b、bal指令不用單獨實作，需要OpenMIPS實作的分支指令隻有8條。
所有的分支指令在轉移到目标位址前都要先執行延遲槽中的指令。