指令集架构

词汇

English	释义	拼音
computer architecture	计算机体系结构	jì suàn jī tǐ xì jié gòu
instruction set architecture	指令集架构	zhǐ lìng jí jià gòu
RISC/rɪsk/	精简指令集	jīng jiǎn zhǐ lìng jí
load-store	存取体系	cún qǔ tǐ xì
byte-addressable	字节寻址	zì jié xún zhǐ

契约

计算机体系结构 computer architecture 是程序之下的机器。指令集架构 instruction set architecture（ISA）是它与软件的契约：编译器可依赖的一切，对导线只字不提。同一 ISA 的两台机器跑同一套二进制。
教学 ISA 精神上是 RISC 精简指令集：固定 32 位指令、load-store 存取体系（只有 lw/sw 碰内存）、16 个寄存器且 R0 恒为零。

例子

R 型：opcode(4) | rd(4) | rs(4) | rt(4) | shift(4) | funct(8)——用 28 位，补零到 32。I 型：opcode(4) | rt(4) | rs(4) | immediate(16)。

{exercise:uni-cs0601-isa}

练习

对 ISA 最准确的描述是——

难度 1/5 · 今日首次完成可获 100 金币及少量额外奖励

编码 add R3, R1, R2（opcode 1）：字段 $0001\,0011\,0001\,0010\,0000\,00000001$。解码 opcode 2、rt 4、rs 1、立即数 $127$：addi R4, R1, 127。
16 位补码立即数范围 $-32\,768$ 到 $32\,767$；addi R2, R0, 40000 编不下，要两条指令。

{exercise:uni-cs0601-encode}

练习

16 位有符号立即数能装下——

难度 1/5 · 今日首次完成可获 100 金币及少量额外奖励

字节寻址 byte-addressable 内存配 32 位字，lw 偏移是 4 的倍数——16 位偏移从基址寄存器可达 $2^{16}$ 字节 = 64 KiB。
addi R0, R0, 0 是标准空操作；add R5, R0, R0 一周期清零 R5；beq R1, R0, loop 无需常量即可与零比较——专用零寄存器删掉了一整类传送指令。

{exercise:uni-cs0601-zero}

练习

R0 恒为零让程序可以——

难度 1/5 · 今日首次完成可获 100 金币及少量额外奖励