4.1 指令集結構電子課件

指令集結構處理器（CPU）是如何設計的？執(zhí)行加法、乘法等指令第一步：定義指令集體系結構（InstructionSetArchitecture，ISA）或指令集結構指令集結構計算機能夠執(zhí)行的指令集計算機能夠執(zhí)行的操作和每一步操作所需的數(shù)據(jù)存儲器/內(nèi)存寄存器集RISC-V指令集加州大學伯克利分校發(fā)布的一個開源指令集核心:RV32I，基礎整數(shù)指令集，即32位整數(shù)指令集內(nèi)存地址空間：232（即4G）尋址能力：8位，字節(jié)可尋址字長和字字長(wordlength)：ALU正常處理的信息量的大小每一個元素被稱為一個字（word）RV32I字長：32位，4個字節(jié)左邊的字節(jié)——高字節(jié)右邊的字節(jié)——低字節(jié)字起始地址小尾端（Little-Endian）數(shù)據(jù)的存儲和排列順序小尾端將字的高位字節(jié)存放在內(nèi)存的高地址端，低位字節(jié)存放在低地址端字節(jié)8位如，ASCII碼只需訪問1個存儲單元寄存器在CPU內(nèi)部，一組讀寫速度更快的寄存器通用寄存器集（GPR）每一個寄存器中的位數(shù)，一個字，32位32個整數(shù)寄存器x0、x1……x31注意，寄存器x0是硬件連線的常量0其他重要寄存器控制器中的程序計數(shù)器PC，它記錄了下一條要執(zhí)行的指令的地址GPRx000000000000000000000000000000000x100000000010000000000000000000000x200111111111111111111111111110000x300010000000000000000000000000000

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x3011111111111111111111111111111010x3111111111111111111111111111111000CISC和RISCCISC（ComplexInstructionSetComputer，復雜指令集計算機）具有復雜化的傾向，提供了功能強大的復雜指令，開發(fā)程序比較容易，但是由于指令復雜，指令執(zhí)行效率較低Intel的x86指令集RISC（ReducedInstructionSetComputer，精簡指令集計算機）RISC的指令集較小，指令執(zhí)行效率比CISC高，但是，在開發(fā)程序方面則有所欠缺RV32I指令集RV32I指令32位從左向右依次編號，31、30、……0符號［l：r］位組合的子單元字段指令格式R-類型I-類型S-類型B-類型U-類型J-類型312524201915141211760funct7rs2rs1funct3rdopcode31201915141211760imm[11:0]rs1funct3rdopcode312524201915141211760imm[11:5]rs2rs1funct3imm[4:0]opcode313025242019151412118760imm[12]imm[10:5]rs2rs1funct3imm[4:1]imm[11]opcode311211760imm[31:12]rdopcode31302120191211760imm[20]imm[10:1]imm[11]imm[19:12]rdopcode操作碼由指令的[6:0]位定義，最多可定義128種操作碼RV32I只定義了11種操作碼R類型:0110011I-類型：分為0000011、0010011、1100111、0001111和1110011五種S-類型：0100011B-類型：1100011U-類型：0110111和0010111兩種J-類型：1101111函數(shù)函數(shù)（Function）R-類型、I-類型、S-類型、B-類型[14:12]位每種操作碼最多可以定義8種不同的函數(shù)R-類型[31:25]位也是函數(shù)碼最多可定義1024種不同的函數(shù)RV32I只定義了47條指令操作數(shù)指令