地址码：数据，指令 ·指定源操作数、目的操作数、下一条指令地址 一地址：寄存器、主存、O端口 ·地址码域格式 -4地址指令：Oprs1,rs2,rd,ni -3地址指令：oprs1,rs2,rd;ni在PC中 -2地址指令：Oprs1,rs2; rd=rs1 or ACC -1地址指令：oprs2; rs1=ACC,rd=ACC -0地址指令：op; 堆栈操作 llxx@ustc.edu.cn 11/41
llxx@ustc.edu.cn 11/41 地址码：数据，指令 • 指定源操作数、目的操作数、下一条指令地址 – 地址：寄存器、主存、I/O端口 • 地址码域格式 – 4地址指令：op rs1, rs2, rd, ni – 3地址指令：op rs1, rs2, rd； ni在PC中 – 2地址指令：op rs1, rs2； rd=rs1 or ACC – 1地址指令：op rs2； rs1=ACC，rd=ACC – 0地址指令：op； 堆栈操作
寻址方式：指令的地址码 ·寻址方式：指令字和操作数的存储地址计算方式 ·指令寻址：现代CPU利用PC -顺序执行：每执行一条指令，PC自动1 一跳转：更新PC,转移到目的地址执行 操作数寻址 一指令中给出“形式地址” 一有效地址：操作数在寄存器/内存中的物理地址 ·EA=寻址方式+形式地址 Control Arithmetic Internal Unit Logic Unit data bus Registers 操作码 Instruction 形式地址 Decoder llxx@ustc.edu.cn 12/41
llxx@ustc.edu.cn 12/41 寻址方式：指令的地址码 • 寻址方式：指令字和操作数的存储地址计算方式 • 指令寻址：现代CPU利用PC – 顺序执行：每执行一条指令，PC自动1 – 跳转：更新PC，转移到目的地址执行 • 操作数寻址 – 指令中给出“形式地址” – 有效地址：操作数在寄存器/内存中的物理地址 • EA＝寻址方式＋形式地址 操作码 形式地址
操作数寻址方式 常见约10种 Instruction Instruction Instruction Operand A A 立即寻址(a) Memory Memory 直接寻址(b) Operand -间接寻址(c) Operand - 寄存器寻址(d) (a)Immediate (b)Direct (c)Indirect 一寄存器间接寻址 (e) Instruction Instruction Instruction R R 基址寻址(f) Memory Memory ·BP+offset ◆Operand -PC相对寻址(f) Operand Operand Registers Registers Registers ·PC+offsset (d)Register (e)Register indirect (f)Displacement -堆栈寻址(g) Instruction 变址寻址(d+f) Implicit 有效地址计算步骤？ ·Index:x86的si/di 最少必须哪几种？ Top of stack -隐含寻址（如g） register 指令寻址有哪些方式？ (g)Stack 13/41
13/41 操作数寻址方式 • 常见约10种 – 立即寻址（a） – 直接寻址（b） – 间接寻址（c） – 寄存器寻址（d） – 寄存器间接寻址（e） – 基址寻址（f） • BP+offset – PC相对寻址（f） • PC+offsset – 堆栈寻址（g） – 变址寻址（d+f） • Index：x86的si/di – 隐含寻址（如g） 有效地址计算步骤？ 最少必须哪几种？ 指令寻址有哪些方式？
RISC-VISA的特点 David Potterson 模块化：51+133+13=197条 Andrew waterman -RV32I指令集：支持完整软件栈，永远不变 ·共51条：图2-1(37条，重点关注)+图2-37(14条) RV32IMFD指令集：RV32I的基本扩展，图2-38,133条 -特殊指令：同步，CSR操作，异常。图5-47,13条 约束 Mnemonic Description Insn.Count 成本： 芯片面积 Base architecture 51 M Integer multiply/divide 13 简洁 A Atomic operations 22 -性能： F 时间，功耗 Single-precision floating point 30 D Double-precision floating point 32 一架构与实现分离 Compressed instructions 36 一扩展性：操作码域空间 程序大小 一易于编程/编译/链接 RISC-I RISC-II RISC-II (SOAR)RISC-TV (SPUR) RISC-V 1981 1983 1984 1988 2013 David Patterson,Andrew Waterman,The RISC-V Reader:An Open Architecture Atlas,2017
RISC-V ISA的特点 • 模块化：51+133+13=197条 – RV32I指令集：支持完整软件栈，永远不变 • 共51条：图2-1（37条，重点关注）+ 图2-37（14条） – RV32IMFD指令集： RV32I的基本扩展，图2-38，133条 – 特殊指令：同步，CSR操作，异常。图5-47，13条 • 约束 – 成本：芯片面积 – 简洁 – 性能：时间，功耗 – 架构与实现分离 – 扩展性：操作码域空间 – 程序大小 – 易于编程/编译/链接 David Patterson，Andrew Waterman，The RISC-V Reader: An Open Architecture Atlas，2017
RISC-V指令格式与寻址方式 图2-19 Name Field Comments (Field size】 7 bits 5 bits 5 bits 3 bits 5 bits 7 bits R-type funct7 rs2 rs1 funct3 rd opcode Arithmetic instruction format I-type immediate[11:0] rs1 funct3 rd opcode Loads immediate arithmetic S-type immed[11:5] rs2 rs1 funct3 immed[4:0] opcode Stores SB-type immed12,10:5] rs2 rs1 funct3 immed[4:1,11] opcode Conditional branch format UJ-type immediate[20,10:1,11,19:12] rd opcode Unconditional jump format U-type immediate[31:12] rd opcode Upper immediate format 1.Immediate addressing 指令格式：6种 funct6 immed rs1 funct3 rd opcode immediate rs1 funct3 rd op - 基本：RI/S/U ·7种：4+2+“1” 2.Register addressing 图2-17 ·lS-type:functe6,立即数移位 funct7 rs2 rs1 funct3 rd op Registers 规整：Reg和lmm位置固定 Register ·BJ-type的立即数域？ op码与类型绑定 3.Base addressing immediate rs1 funct3rd op Memory 寻址方式：4种 Register Byte Halfword Word Doubleword - 本质：lmm,Reg,Base 指令寻址方式 4.PC-relative addressing imm rs2 rs1 funct3 imm op ·PC相对寻址：beq,auipc Memory ·间接跳转：jalr x0,100(x1) PC Word
RISC-V指令格式与寻址方式 • 指令格式：6种 – 基本：R/I/S/U • 7种：4+2+“1” • IS-type：funct6，立即数移位 – 规整：Reg和Imm位置固定 • B/J-type的立即数域？ – op码与类型绑定 • 寻址方式：4种 – 本质：Imm，Reg，Base – 指令寻址方式 • PC相对寻址：beq，auipc • 间接跳转：jalr x0，100(x1) 图2-17 图2-19