[RISC-V] RV32I ISA - Loads & Stores

 지난 포스팅에서는 RV32I를 하드웨어와 소프트웨어라는 두 가지 관점에서 분류해 보았습니다. 이전 내용이 궁금하시다면 아래 글을 참고해주세요.

https://idkihg.tistory.com/143

[RISC-V] RV32I ISA

1) ISA Computation

https://idkihg.tistory.com/146

[RISC-V] RV32I ISA - Computation

 

3) ISA Control Transfer

https://idkihg.tistory.com/148

[RISC-V] RV32I ISA - Control Transfer

 

4) ISA Miscellaneous Instructions

https://idkihg.tistory.com/149

[RISC-V] RV32I ISA - Miscellaneous Instructions

 

 이번 글에서 메모리 접근의 핵심인, Load & Stores 명령어들을 하나씩 파헤쳐 보겠습니다.

 

 

1. Loads & Stores 연산의 분류

 RV32I의 Load & Store 명령어는 데이터를 읽어오는 I-Type과 데이터를 메모리에 저장하는 S-Type으로 나뉩니다. RISC-V는 오직 이 명령어들을 통해서만 메모리에 접근할 수 있는 'Load/Store 구조'를 가집니다.

 ✔ I-type(Load): 메모리에서 데이터를 읽어 레지스터에 씁니다.

     - lw(load word)

     - lh(load halfword)

     - lb(load byte)

     - lhu(load halfword unsigned)

     - lbu(load byte unsigned)

 

 ✔ S-type(Store): 레지스터의 값을 메모리에 저장합니다.

     - sw(store word)

     - sh(store halfword)

     - sb(store byte)

 

2. Load 명령어 (Memory Read)

 Load 명령어는 메모리에서 데이터를 가져와 레지스터에 저장합니다. 이때 주소 계산은 항상 sign-extended된 12비트 imm을 사용합니다. 종류는 lb, lh, lw, lbu, lhu 총 5가지 입니다. 아래는 Load 명령어의 하드웨어 비트 필드 구조입니다.

 

 - lb rd, imm[11:0](rs1)       =>     rd = sign-extended(mem[rs1 + sign-extended(imm[11:0])][7:0])

 - lh rd, imm[11:0](rs1)       =>     rd = sign-extended(mem[rs1 + sign-extended(imm[11:0])][15:0])

 - lw rd, imm[11:0](rs1)       =>    rd = sign-extended(mem[rs1 + sign-extended(imm[11:0])][31:0])

 - lbu rd, imm[11:0](rs1)     =>     rd = zero-extended(mem[rs1 + sign-extended(imm[11:0])][7:0])

 - lhu rd, imm[11:0](rs1)     =>     rd = zero-extended(mem[rs1 + sign-extended(imm[11:0])][15:0])

 

 

 

3. Store 명령어(Memory Write)

 Store 명령어는 레지스터에 저장된 값을 메모리의 특정 주소에 기록합니다. Load와 달리 저장하는 것이므로 부호 확장 옵션이 따로 없습니다. 종류는 sb, sh, sw 총 3가지 입니다. 아래는 store 명령어의 하드웨어 비트 필드 구조입니다.

 

 - sb rs2, imm[11:0](rs1)      =>     mem[x[rs1] + sign-extended(imm[11:0])] = x[rs2][7:0]

 - sh rs2, imm[11:0](rs1)      =>     mem[x[rs1] + sign-extended(imm[11:0])] = x[rs2][15:0]

 - sw rs2, imm[11:0](rs1)     =>     mem[x[rs1] + sign-extended(imm[11:0])] = x[rs2][31:0]

 

 

4. 요약 및 마무리

지금까지 RV32I의 메모리 접근 핵심인 Load & Store 명령어들을 살펴보았습니다.

1. Load: 메모리의 데이터를 레지스터로 가져오기
2. Store: 레지스터의 데이터를 메모리로 보내

 지난번에 다룬 산술 연산(add, sub)과 논리 연산(and, or, xor)이 레지스터 안에서 '계산'을 담당한다면, 오늘 배운 Load/Store는 그 계산을 위한 데이터를 가져오고 결과를 저장하는 역할을 합니다. 이 단순한 조합들이 모여 복잡한 소프트웨어를 구동하는 힘이 됩니다. 이것이 바로 RISC가 추구하는 단순함의 미학입니다.