PPT：ysyx.oscc.cc/slides/2205/07.html

大綱

1. 引言
2. 虛假的RISC-V手冊(cè)
3. 指令集的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
4. RISC-V指令集簡(jiǎn)介
5. RV32I指令集設(shè)計(jì)選講
6. 總結(jié)

-----------------------------------

## 1. 引言

## 2. 虛假的RISC-V手冊(cè)

• RV Reader 是一本科普讀物！
• 官方的手冊(cè)（The RISC-V Instruction Set Manual）

rv-isa-man = riscv.org/technical/specifications/

## 3. 指令集的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

芯片越小，成本越低

越簡(jiǎn)潔，芯片面積越小

越簡(jiǎn)潔，越低的驗(yàn)證成本

性能 = 程序執(zhí)行時(shí)間

? ? ? ? time? ? ?inst? ? ?cycle? ? ?time
perf = ------ = ------ * ------- * -------
? ? ? ? prog? ? ?prog? ? ?inst? ? ? cycle

1. 編譯優(yōu)化：更好的指令集設(shè)計(jì)
2. 增加 IPC：體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化
3. 增加主頻：關(guān)鍵路徑優(yōu)化、后端物理設(shè)計(jì)優(yōu)化

性能公式體現(xiàn)出的設(shè)計(jì)矛盾

1. 程序大小 & IPC
2. CISC 復(fù)雜指令集：程序小、CPI 大
3. RISC 精簡(jiǎn)指令集：程序大、CPI 小
4. IPC & 主頻
5. 簡(jiǎn)單微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：IPC 大、主頻低
6. 復(fù)雜微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：IPC 小、主頻高

原則: 不要讓指令集手冊(cè)的定義約束微結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

反例: MIPS的延遲槽(delay slot)

好不好加新指令

• 變長(zhǎng)可以一直加
• 定長(zhǎng)需要省著用

你能不能加新指令：能否自由的添加指令

越小越好

• 嵌入式：越小成本越低
• 高性能：越小=低功耗+高性能

• 更多的通用寄存器
• 提供相對(duì)PC的分支和數(shù)據(jù)尋址，可以生成高質(zhì)量的PIC（利于動(dòng)態(tài)鏈接庫）

## 4. RISC-V 指令集簡(jiǎn)介

起源 UC Berkeley，2021年，自行開發(fā)

目標(biāo)：通用 ISA

rv 特色

• 簡(jiǎn)單：相對(duì) x86、ARM
• 干凈：無包袱
• 模塊化：基礎(chǔ)+標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展+...
• 可擴(kuò)展性、可定制化
• 穩(wěn)定

模塊化

• 基礎(chǔ)整數(shù)指令集

## 5. RV32I 指令集設(shè)計(jì)選講

• 6中指令格式，長(zhǎng)度均為32位
• 均為三地址指令

設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

• 全0、全1均為非法指令
• 立即數(shù)均進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展

立即數(shù)的編碼方式

• 讓硬件易于實(shí)現(xiàn)

U 指令

訪存指令

無條件跳轉(zhuǎn)

## 6. 總結(jié)

• 指令集設(shè)計(jì)體現(xiàn)了架構(gòu)師對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的深入理解
• 讀 RV Reader 和官方手冊(cè)：闡述了做設(shè)計(jì)背后的原因