计算机系统基础第四周

RISC-V架构

RISC-V (读作 "RISC Five" 或 "RISC 5") 是一个开源硬件指令集架构 (ISA)，它基于精简指令集计算 (RISC) 原则。与其他计算架构（如x86，ARM，MIPS等）不同，RISC-V 是自由和开源的，这意味着任何人都可以使用该架构而无需支付许可费。

深入介绍

RISC-V 基于精简指令集的原则，这意味着它使用简单、固定大小的指令，这样可以简化硬件实现并提高性能。

模块化

RISC-V 是模块化的。这意味着基础 ISA 可以通过额外的扩展来增强。例如，它有一个整数指令集，然后有额外的浮点、原子和其他指令集扩展。这种模块化设计允许设计师选择他们需要的特定功能，而不是被迫接受所有功能。

基本指令集

RISC-V 定义了几种基本的指令集变种，主要基于寄存器的宽度：（了解）

• RV32I: 32位整数指令集
• RV64I: 64位整数指令集
• RV128I: 128位整数指令集

扩展

除了基本指令集之外，RISC-V 定义了一系列扩展，用于增加额外的功能，如：

• M: 乘法和除法指令
• A: 原子指令，用于并发控制
• F: 单精度浮点指令
• D: 双精度浮点指令

应用

RISC-V 已经在多种应用中被采用，从嵌入式系统和物联网设备到更复杂的计算系统，如服务器和超级计算机。

总结

RISC-V 为计算架构带来了一个新的开放视角，它不仅为研究者和设计师提供了一个自由和灵活的工具，还为整个计算产业带来了新的机会。尽管 RISC-V 还年轻，但其快速增长的社区和生态系统证明了它的潜力和影响力。

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超多参数情况下，怎么存储？

在RISC-V或任何其他架构中，当你需要传递的参数数量超过了可用寄存器的数量时，你可以使用堆栈来传递额外的参数。

以下是处理此情况的常用方法：

1. 使用堆栈存储额外参数（重点）

• 将参数压入堆栈： 如果寄存器不足以保存所有的函数参数，可以将额外的参数放入调用函数的堆栈帧中。
• 调整堆栈指针： 在将参数压入堆栈后，调整堆栈指针以分配必要的空间。
• 在被调用函数中访问堆栈参数： 被调用的函数可以使用堆栈指针（或帧指针）偏移量来访问堆栈中存储的参数。

2. 使用内存

• 存储在内存中： 参数也可以存储在内存的其他位置（例如，全局内存或堆内存），并将指向这些内存位置的指针或引用作为参数传递。

3. 参数块

• 使用数据结构： 如果有很多参数，可以将它们组合成一个结构或数组，并传递一个指向该结构或数组的指针。

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其他

寄存器与RAM

CPU的寄存器是非常高速的小容量存储区域，它们位于CPU内部，用于存储临时数据和指令，以便CPU快速访问和执行。相比之下，RAM（随机访问存储器）虽然也是相对快速的，但它的速度远远低于CPU寄存器。其速度相差约10倍。

由于RAM和CPU中的寄存器的计算速度差异很大，所以先把a的初始值读到寄存器中，经过很多运算，将最后结果放到RAM中，使其生效。这样可以通过减少CPU与RAM之间的数据传输，显著提高计算效率和性能。这种方法主要用于那些需要频繁和快速计算的场景。

ALU操作

1. 一般情况下，ALU是用来对寄存器中的值进行操作的。这意味着，大多数情况下，ALU从寄存器中取值，进行运算，然后将结果存回寄存器或内存中。

2. 一些ALU操作（例如blt（小于跳转）和ble（小于或等于跳转））通常不允许直接操作常量值（或立即数）。这是因为这些操作通常用于比较和分支，它们需要引用存储在寄存器或内存中的变量值，在比较之前必须保证两个数都已经在寄存器中临时存储。但是像addi这样的ALU指令是能够直接处理立即数的，所以ALU操作既可以与寄存器打交道，也可以直接操作立即数，这是根据每种指令集架构（ISA）自己的规则和限制来制定的。