Apesar de ser possível implementar tanto a multiplicação quanto a divisão utilizando soma e subtração, é necessária uma implementação em hardware dedicada para garantir o melhor desempenho possível.
Multiplicação
Existem diferentes implementações para a multiplicação, a primeira delas segue o seguinte algoritmo:
A ideia é realizar adições e deslocamentos sucessivos com os operandos, usando como sinal de controle o dígito LSB do multiplicador.
Uma possível implementação desse algoritmo é a seguinte:
Note que tanto o shifter do multiplicando quanto o registrador que armazena o resultado (produto) e também a ULA devem ter o dobro dos bits dos operandos originais.
Apesar do primeiro algoritmo apresentar uma solução válida para o problema, é possível perceber um uso desnecessário de alguns recursos de hardware. Metade dos bits do multiplicando de bits são sempre iguais a zero (em razão do deslocamento para a esquerda), não influenciando em nada no resultado final.
Tendo isso em vista desenvolveu-se uma segunda implementação.
Ao invés de efetuar o deslocamento para a esquerda no multiplicando, essa implementação efetua um deslocamento para a direita no produto.
Note que é necessário escrever a saída da ula na parte mais “alta” do registrador do produto, dessa forma nenhum dado será perdido com o deslocamento para a direita. Uma das principais vantagens dessa otimização é permitir utilizar uma ULA de bits, que possui um desempenho superior à uma de bits.
Mesmo com as melhoras do segundo algoritmo, ainda há desperdício de armazenamento no registrador do produto, veja que no início os bits da direita não são utilizados, e vão sendo preenchidos ao longo da execução.
Para contornar isso desenvolveu-se uma terceira implementação.
Ao invés de utilizar um registrador dedicado para o multiplicador, nessa implementação ele é armazenado na metade direita (mais baixa) do registrador do produto. Como o registrador é deslocado para a direita, obtém-se o mesmo efeito da segunda implementação, porém fazendo um uso mais eficiente do espaço.
É importante destacar que como o produto de dois números de bits é um número de bits, na arquitetura MIPS o resultado dessa operação é armazenado em dois registradores de bits, os registradores $HI e $LO.
Divisão
A divisão se assemelha à multiplicação, porém introduz alguns novos desafios. A divisão é executada através de subtrações e comparações sucessivas.
Note que o dividendo é armazenado inicialmente no registrador do resto da divisão, isso é uma otimização possível pois ao fazer subtrações parciais nesse registrador ao final da execução seu conteúdo será apenas o resto da divisão.
Uma possível implementação desse algoritmo é a seguinte:
Ao realizar otimizações semelhantes às da multiplicação, é possível produzir a seguinte implementação:
Note que a única diferença dessa implementação para a de multiplicação é a unidade de controle, isso permite que seja utilizado o mesmo hardware para ambas as operações.
É importante destacar que como a divisão produz dois resultados (resto e quociente), na arquitetura MIPS o resultado dessa operação é armazenado em dois registradores de bits, os registradores $HI contendo o resto da divisão e $LO contendo o quociente.