一、Decision Making

1. 基本概念：

   • Decision making 是在 RISC-V 程式中基於某個計算結果決定接下來執行哪一段 code。
   • 在程式語言中，這類操作通常使用 if 語句來表示，而在 RISC-V 中使用 branch 指令。
   • beq (branch if equal)：當兩個 registers 的值相等時跳轉到指定的標籤，例如 beq reg1, reg2, L1。
   • bne (branch if not equal)：當兩個 registers 的值不相等時跳轉。

2. Branch 類型：

   • Conditional branches（條件分支）： 根據比較結果改變程式流程，例如 beq 和 bne，還有比較數字大小的 blt (branch if less than) 和 bge (branch if greater than or equal)。
   • Unconditional branches（無條件分支）： 總是會跳轉，使用指令 j Label。

3. 範例：

   • 如果 i == j，則執行加法運算，否則執行減法運算的 if-else 語句：

     if (i == j)   bne x13, x14, Else
     f = g + h;   add x10, x11, x12 
     else   j Exit 
     f = g - h; Else: sub x10, x11, x12
     Exit: 
     

4. 比較運算：

   • RISC-V 提供多種比較指令來測試數值大小，例如 blt (比較是否小於) 和 bge (比較是否大於或等於)，還有對無符號數的比較指令 bltu 和 bgeu。

二、Logical Instructions

1. Logical Instructions 簡介：

   • Logical instructions 在 RISC-V 中被用來對位元進行操作，例如字元的位元組 (8 bits) 操作。
   • 這類指令可以壓縮和解壓縮位元到不同的字元。

2. 常見指令：

   • Bitwise AND (and、andi)： 將兩個 registers 的位元進行 AND 操作，and 是 registers 之間的操作，而 andi 則與立即數進行 AND 操作。
     • 例子：and x5, x6, x7 (x5 = x6 和 x7 的位元相交)
   • Bitwise OR (or、ori)： 進行位元的 OR 操作。
   • XOR (xor、xori)： 進行 XOR 操作，位元不同為 1，相同為 0。
   • Shift Operations (sll, srl, sra)：
     • sll (shift left logical)：左移位，將位元往左移，並在右邊補 0。
     • srl (shift right logical)：右移位，將位元往右移，左邊補 0。
     • sra (shift right arithmetic)：右移位，但左邊補上符號位。

3. 沒有 NOT 指令：

   • RISC-V 沒有直接的 not 指令，但可以使用 xor 與全 1 的值來達成邏輯反轉效果。

4. 範例：

   • 將 x12 左移 2 個位元：

     slli x11, x12, 2 # x11 = x12 << 2
     

三、A Bit About Machine Program

1. Assembler 到 Machine Code：

   • Assembler 會將人類可讀的組合語言轉換成指令的位元模式。Source files（如 foo.S 和 bar.S）會被轉換成對應的 Machine Code 的 object files（對象文件）（如 foo.o、bar.o）。

2. 程式的儲存：

   • 一個 RISC-V 指令的長度為 32 bits，儲存在記憶體中。程式計數器 (PC) 是一個 register，保存即將執行的下一條指令的位址。

3. 程式執行：

   • 每一條指令會從記憶體中取回，然後控制單元會執行指令，並根據指令來更新 PC（通常是加 4 個位元組來進行順序執行，但對於分支指令和跳轉指令，則會根據相應的目標位址進行更新）。

4. Virtual Register 名稱：

   • RISC-V 提供一些 Virtual Register 名稱來簡化編程，如函數呼叫時使用的 argument registers a0-a7，對應的 physical registers 為 x10-x17。

5. Pseudo Instructions：

   • RISC-V 還有一些 Pseudo Instructions，這些是對常用 assembly language 操作的簡寫，例如：
     • mv rd, rs = addi rd, rs, 0
     • li rd, 13 = addi rd, x0, 13
     • nop = addi x0, x0, 0