[컴퓨터구조]Language of the Machine

최원석·2024년 10월 22일

Control Transfer Operations

Changing Control

Conditional instructions are known as branches
Unconditional changes in the control flow are called jumps
The target of the branch/jump is a label

Conditional Operations

조건에 따른 명령어

조건이 참이라면 L1으로 이동한다.

bep rs1, rs2 L1 // if(rs1==rs2) 참이면 L1으로 이동

명령어

beq - a==b
bne - a≠b
blt - a<b
bge - a≥b
bltu - a<b
bgeu- a≥b

while(A[i] == k)
	i+=1;

// i in x22, k in x24
// address of A[] in x25

Loop: slli x10, x22, 3
			add x10, x10, x25
			ld x9, 0(x10)
			bne x9, x24, Exit
			addi x22, x22, 1
			beq x0, x0, LOOP
Exit:...

❗️slli x10, x22, 3 은 처음 인덱스를 구하기 위해 수행하는 명령어이다.❗️

Target Addressing

Target addresses are always aligned to 2 bytes

타켓 주소는 항상 바이트 단위로 정렬되어있다. 이는 주소가 항상 짝수임을 의미한다.
일부 명령어는 16비트로 인코딩될 수 있다.

Unsigned comparison : bltu, bgeu

부호 없는 정수 비교

대부분의 분기(branch) 타겟은 가까운 위치에 있으며, 앞쪽 또는 뒤쪽으로 이동할 수 있다.
타겟 주소 계산은 = PC + SignExt(12-bit immediate value << 1) SignExtension후 shift해야한다. ( 아니 그러면 (SignExt (12-bit immediate value)) << 1 이렇게 써야하는거 아니냐고…. 쨋든)

Jump addressing:

Jump and Link (JAL) 명령어는 20비트의 즉시값을 사용하여 더 큰 범위의 주소로 점프할 수 있다.
타겟 주소는 PC + SignExt(20-bit immediate value << 1)로 계산됩니다.

Signed vs. Unsigned Comparison

Unsigned의 경우 부호비트를 생각하지 않고 모두 “수”를 나타낸 비트라고 생각하고 수행한다.

Signed comparison: blt, bge

Unsigned comparison: bltu, bgeu

RISC-V: Procedure Call

Procedure Calling in RISC-V

레지스터 x10에서 x17(또는 a0에서 a7)에 매개 변수를 배치
제어를 절차로 전송하고, 반환 주소를 ra(x1)에 저장
절차를 위한 저장소를 획득
절차의 작업을 수행
호출자를 위해 레지스터 a0(및 a1)에 결과를 배치
호출의 다음 명령으로 돌아갑니다(ra의 주소)

Stack

스택의 원리로 관리되는 메모리

stack pointer : 레지스터 값 하나가 스택에 저장되거나 스택에서 복구될 때마다 한 워드씩 조정
스택의 아래쪽이 주소 값이 작다.
아래쪽으로 커진다.

Procedure Call Instructions

jal : jump-and-link

지정된 주소로 점프하면서 동시에 현재 명령어의 주소를 $ra 레지스터에 저장
ra 돌아올 pc 값을 넣어둔다.

jal ra, func

jalr : jump-and-link-register

Callee가 Caller에게 권한을 반납할 때 사용하는 명령어.
offset + rs1으로 jump
rd는 x0으로 값을 넣어도 값이 변하지 않는다.

jalr rd, offset(rs1)

Stack Frame

프로시저의 저장된 레지스터와 지역 변수의 위치를 표시하는 값

contents
- 반환 정보
- 매개변수
- 지역 변수, 임시공간
Management
- 세팅 코드 (Set-up Code) 함수가 호출될 때 스택 프레임을 위한 공간을 할당하는 코드입니다. 이 과정에서 반환 주소와 이전 프레임 포인터를 저장합니다.
- 완료 코드 (Finish Code) 함수가 완료된 후 스택 프레임의 할당된 공간을 해제하는 코드입니다. 이는 스택에서 데이터를 팝(pop)하여 관리합니다.
- 스택 포인터 (Stack Pointer, sp) 현재 스택의 최상단을 가리키는 포인터입니다. 함수가 실행되면서 스택 포인터가 이동하여 스택의 상태를 관리합니다.
- 프레임 포인터 (Frame Pointer, fp, 선택 사항) 현재 스택 프레임의 시작 주소를 가리키는 포인터입니다. 선택적으로 사용되며, 이전 프레임과의 연결을 쉽게 할 수 있게 해줍니다.

Register Saving Conventions

“Caller saved“ registers
- Caller saves temporary values in its frame before the call
- Contents of these registers can be modified as a result of procedure call
“Callee saved“ registers
- Callee saves temporary values in its frame before using
- Callee restores them before returning to caller
- The contents of these registers are preserved across a procedure call
- RISC-V: s0 – s11 (x8 - x9, x18 - x27)