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schema_version: 1
exam_id: "sose26-probeklausur"
aufgabe: 2
unit_id: "2-1"
source_group_id: "2"
official_exam: true
official_solution: true
language: "ko"
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# 2-1 — `nop` ↔ `0x00000013`
> **학습 목표:** `nop`을 `addi x0,x0,0`으로 확장해 I-type field와 canonical hex encoding을 확인한다.
>
> **왜 따로 배우는가:** pseudo instruction을 실제 ISA field로 낮추는 가장 작은 예입니다. 이 한 카드를 확실히 풀면 mnemonic 암기가 아니라 expansion→field→hex라는 encoding 절차를 재사용할 수 있습니다.
>
> **범위:** Aufgabe 2 · 8점 Aufgabe의 최소 학습 단위 · 시험 p6 · 공식 해설 p7
## 1. 문제 원문 (Deutsch)
이 unit은 공식 Teilaufgabe 또는 표의 한 행·한 access를 학습 가능한 최소 단위로 다시 나눈 것입니다. 아래 전사는 source group `2`의 공식 독일어 문제 원문이며, 페이지 이미지를 바로 뒤에 함께 두어 코드·표·도식을 대조할 수 있게 했습니다.
~~~text
Aufgabe 2: Binärcode und Assemblerzuordnung
Unten sind 9 RISC-V-Befehle und 8 binäre Repräsentationen gegeben. Verbinden Sie die passenden Paare miteinander.
Hinweise:
- Nicht alle der dargestellten Befehle und Bitsequenzen gehören zusammen. Falls Sie ein Element ohne passende Entsprechung identifizieren, streichen Sie es durch.
- nop und ret sind sogenannte Pseudoinstruktionen. Um diese dekodieren zu können, schreiben Sie diese zuerst als Basis-Instruktion auf. Diese finden Sie in der RISC-V Reference¹ im Moodle.
- In dieser Aufgabe wird die Bitdarstellung von links (Bit 31) nach rechts (Bit 0) gelesen.
| | |
|---|---|
| `0x00000013` | `beq s0, s1, 12` |
| `00000000100101000000011001100011` | `sw a4, 8(t0)` |
| `0x00008067` | `add t0, a6, t2` |
| `00000000111000101010010000100011` | `jal ra, 32` |
| `0x007802B3` | `nop` |
| `00000010000000000000000011101111` | `ret` |
| `0xFE6298E3` | `bne t0, t1, -16` |
| `00000000111101110001011000110011` | `sll a2, a4, a5` |
| | `addi t0, a6, 2` |
¹ https://moodle.informatik.tu-darmstadt.de/pluginfile.php/331793/mod_resource/content/9/RISC-V%20Reference.pdf
~~~
*공식 시험 원문: `exam-p06.png` · Probeklausur.pdf · PDF p.6*
### 이 unit에서 풀 항목
`nop`을 base instruction으로 펼친 뒤 실제 encoding을 찾으세요.
## 2. 쉬운 한국어 해석
문제 2: 이진 코드와 어셈블리 명령 연결
아래에 9개의 RISC-V 명령과 8개의 이진 인코딩 표현이 주어져 있다. 서로 맞는 쌍을 연결하시오.
유의사항:
- 제시된 모든 명령과 bit sequence가 서로 대응하는 것은 아니다. 대응 항목이 없는 요소를 발견하면 취소선을 그으시오.
- nop과 ret은 이른바 pseudoinstruction이다. 이를 decode하려면 먼저 base instruction으로 써라. 해당 base instruction은 Moodle의 RISC-V Reference¹에서 찾을 수 있다.
- 이 문제의 bit 표기는 왼쪽이 Bit 31이고 오른쪽이 Bit 0이다.
| 이진 인코딩 표현 | RISC-V 명령 |
|---|---|
| `0x00000013` | `beq s0, s1, 12` |
| `00000000100101000000011001100011` | `sw a4, 8(t0)` |
| `0x00008067` | `add t0, a6, t2` |
| `00000000111000101010010000100011` | `jal ra, 32` |
| `0x007802B3` | `nop` |
| `00000010000000000000000011101111` | `ret` |
| `0xFE6298E3` | `bne t0, t1, -16` |
| `00000000111101110001011000110011` | `sll a2, a4, a5` |
| | `addi t0, a6, 2` |
¹ https://moodle.informatik.tu-darmstadt.de/pluginfile.php/331793/mod_resource/content/9/RISC-V%20Reference.pdf
### 이 unit에 해당하는 최소 작업
`nop`을 base instruction으로 펼친 뒤 실제 encoding을 찾으세요.
이 문제에서 최종 결과만 맞히는 것보다 중요한 것은 `2-1`에 필요한 중간 판단을 답안지에 남기는 것입니다.
## 3. 무엇을 묻는 문제인가
### 공식 문제의 요구사항
- 8개의 encoded machine word를 각각 대응하는 RISC-V 명령과 연결한다.
- 대응 항목이 없는 요소를 찾아 취소선으로 표시한다.
- nop과 ret을 decode하기 전에 각각 base instruction으로 확장한다.
### 조건과 제약
- 명령 후보는 9개이고 encoding 후보는 8개이다.
- 모든 항목이 대응한다고 가정하지 말고 field를 decode해 일대일로 검증한다.
- nop과 ret은 pseudoinstruction이므로 base instruction을 먼저 써야 한다.
- 32-bit 표기는 왼쪽부터 Bit 31, 오른쪽 끝이 Bit 0이다.
- hex로 적힌 항목과 32자리 binary로 적힌 항목을 모두 instruction encoding 후보로 취급한다.
### 원문 오탈자·도식 관련 주의
- 원문은 ‘8 binäre Repräsentationen’이라고 부르지만 여덟 항목 중 네 개는 0x 접두사가 붙은 hexadecimal 표기이고 네 개만 32자리 binary bit sequence로 직접 표기되어 있다.
- PDF의 두 열은 같은 행끼리 이미 대응한다는 뜻이 아니라 연결할 두 후보 목록이다. 이를 보존하기 위해 열 순서와 행 배치만 표로 옮겼다.
- 각주 URL은 PDF에서 ‘RISC-V%’와 ‘20Reference.pdf’ 사이가 줄바꿈되어 있으나 실제 URL의 percent-encoding인 ‘%20’으로 연결해 기록했다.
### 도식 시각 확인 상태
- **도식 의존 여부:** 이 최소 unit의 핵심 판정은 텍스트·수식·코드로 재현할 수 있습니다.
- **공식 페이지 상태:** exam-p06.png, solution-p07.png가 원문 대조용으로 렌더되어 연결되어 있습니다.
### 이 unit의 학습 목표
- **관찰 가능한 목표:** `nop`을 `addi x0,x0,0`으로 확장해 I-type field와 canonical hex encoding을 확인한다.
- **출제 의도:** pseudo instruction을 실제 ISA field로 낮추는 가장 작은 예입니다. 이 한 카드를 확실히 풀면 mnemonic 암기가 아니라 expansion→field→hex라는 encoding 절차를 재사용할 수 있습니다.
- **공식 근거 범위:** SoSe26 Probeklausur 시험 p6 Aufgabe 2의 `nop` 후보와 공식 해설 p7의 `nop ↔ 0x00000013` pairing.
- **Aufgabe 공통 선수지식:** 32-bit instruction을 opcode(하위 7 bit)부터 읽고, opcode가 정한 format에 따라 rd/funct3/rs1/rs2/immediate를 분해합니다. Hex는 먼저 4-bit 묶음으로 binary로 바꿉니다.
## 4. 선수 개념과 핵심 용어
### nop
- **뜻:** architectural state를 바꾸지 않는 pseudo instruction 표기입니다.
- **이 문제에서:** 독립 opcode를 찾지 않고 canonical `addi x0,x0,0`으로 확장합니다.
### addi
- **뜻:** register 값과 sign-extended immediate를 더해 rd에 쓰는 I-type instruction입니다.
- **이 문제에서:** `nop`의 실제 opcode `0010011`을 제공합니다.
### x0
- **뜻:** 읽으면 0이고 write 결과가 버려지는 RISC-V zero register입니다.
- **이 문제에서:** rd와 rs1이 모두 x0일 때 결과가 state를 바꾸지 않는 이유입니다.
### canonical encoding
- **뜻:** 같은 효과를 내는 여러 instruction 중 assembler가 표준적으로 사용하는 bit pattern입니다.
- **이 문제에서:** `nop`의 정답을 정확히 `0x00000013`으로 고릅니다.
### 이 문제에 적용할 풀이 규칙
### 규칙 1. pseudo 먼저 확장
`nop` 자체의 bit layout을 찾지 말고 실제 base instruction의 format을 사용합니다.
- **시험지에 남길 것:** 첫 줄에 `nop ⇒ addi x0,x0,0`을 씁니다.
### 규칙 2. I-type field 조립
`addi`는 `imm[11:0] | rs1 | funct3=000 | rd | opcode=0010011` 순으로 배치됩니다.
- **시험지에 남길 것:** 32 bit를 12|5|3|5|7 칸으로 나눠 각 값을 채웁니다.
### 공식 문제 전에 푸는 작은 유사 예제
**문제:** `addi x1,x0,0`을 hex로 encoding하세요.
**주어진 것**
- opcode는 `0010011`, funct3는 `000`입니다.
- x1은 register 번호 1입니다.
### 예제 단계 1. I-type의 imm과 rs1 field를 채웁니다.
- **왜:** 즉시값과 source가 모두 0이므로 상위 20 bit가 0입니다.
- **종이에:** `imm=000000000000, rs1=00000`
### 예제 단계 2. rd=x1과 고정 funct3/opcode를 배치합니다.
- **왜:** rd field의 bit 7 하나만 추가로 1이 됩니다.
- **종이에:** `000000000000 00000 000 00001 0010011`
### 예제 단계 3. 4-bit nibble로 묶어 hex로 바꿉니다.
- **왜:** 32-bit binary를 8자리 hex로 정확히 확인할 수 있습니다.
- **종이에:** `0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001 0011 = 0x00000093`
**예제 정답:** `addi x1,x0,0`의 encoding은 `0x00000093`입니다.
**독립 검산:** rd를 x1에서 x0으로 바꾸면 bit 7이 사라져 `0x00000013`이 되는지 확인합니다.
## 5. 공식 정답 요약
**공식 결론:** `nop` = `addi x0,x0,0` ↔ `0x00000013`.
### 시험지 문장별 정답 해설
아래는 시험지의 항목 순서를 그대로 유지합니다. 각 항목에서 원문 → 한국어 번역 → 정답 → 판단 근거 → 실제로 쓸 답을 바로 이어서 읽으세요.
### 현재 소문제의 요구·판단·답을 한 흐름으로 연결
### `2-1`에서 정확히 답할 대상
- **시험지가 요구하는 답:** `nop`을 base instruction으로 펼친 뒤 실제 encoding을 찾으세요.
- **이 소문제의 공식 답:** `nop` = `addi x0,x0,0` ↔ `0x00000013`.
### 판단 1. `nop` pseudo를 `addi x0,x0,0`으로 펼칩니다.
- **왜:** 실제 encoding은 base instruction인 `addi`의 I-type layout을 따릅니다.
- **이 판단에서 답안지에 남길 것:** `nop = addi x0,x0,0`
### 판단 2. I-type의 imm, rs1, funct3, rd를 모두 0으로 둡니다.
- **왜:** `addi x0,x0,0`의 operand field는 모두 zero이며 opcode만 고정된 nonzero field입니다.
- **이 판단에서 답안지에 남길 것:** `000000000000 | 00000 | 000 | 00000 | 0010011`을 적습니다.
### 판단 3. 하위 opcode `0x13`과 전체 hex를 확인합니다.
- **왜:** 모든 operand field가 0이므로 최종 값에는 I-type ALU opcode만 남습니다.
- **이 판단에서 답안지에 남길 것:** `binary → 0x00000013`을 씁니다.
### 위 판단이 최종 답으로 이어지는 이유
`nop`은 `addi x0,x0,0`입니다. opcode 0010011, rd=0, funct3=000, rs1=0, imm=0이 모두 0이고 opcode만 남습니다.
### 답안 작성 시 주의
`nop`을 별도 hardware instruction이라고 생각하지 마세요.
*공식 Musterlösung/Hinweise: `solution-p07.png` · Probeklausur Musterlösung und Hinweise.pdf · PDF p.7*
## 6. 풀이 전략
1. pseudo를 `addi x0,x0,0`으로 펼칩니다.
2. I-type field를 모두 0으로 둡니다.
3. 끝 opcode 0x13을 확인합니다.
## 7. 단계별 상세 풀이
### 단계 1. `nop` pseudo를 `addi x0,x0,0`으로 펼칩니다.
- **이유:** 실제 encoding은 base instruction인 `addi`의 I-type layout을 따릅니다.
- **종이에 남길 것:** `nop = addi x0,x0,0`
- **완료 기준:** mnemonic, rd, rs1, immediate 네 항목이 모두 드러났습니다.
- **막힐 때 힌트:** 0에 0을 더해 zero register에 다시 쓰는 형태입니다.
- **가장 흔한 첫 오류:** `nop` 전용 opcode를 찾거나 `add x0,x0,x0`만 정답으로 고정하는 것입니다.
### 단계 2. I-type의 imm, rs1, funct3, rd를 모두 0으로 둡니다.
- **이유:** `addi x0,x0,0`의 operand field는 모두 zero이며 opcode만 고정된 nonzero field입니다.
- **종이에 남길 것:** `000000000000 | 00000 | 000 | 00000 | 0010011`을 적습니다.
- **완료 기준:** 32 bit field 합이 12+5+3+5+7로 맞습니다.
- **막힐 때 힌트:** x0의 register 번호는 binary `00000`입니다.
- **가장 흔한 첫 오류:** immediate 0을 생략해 bit 위치를 왼쪽으로 밀어 쓰는 것입니다.
### 단계 3. 하위 opcode `0x13`과 전체 hex를 확인합니다.
- **이유:** 모든 operand field가 0이므로 최종 값에는 I-type ALU opcode만 남습니다.
- **종이에 남길 것:** `binary → 0x00000013`을 씁니다.
- **완료 기준:** 8자리 hex와 공식 pairing이 정확히 일치합니다.
- **막힐 때 힌트:** 마지막 byte `00010011`은 hex `13`입니다.
- **가장 흔한 첫 오류:** opcode bit를 왼쪽 끝에 놓아 `0x13000000`으로 만드는 것입니다.
### Instruction field 검산
bit열을 느낌으로 고르지 말고 다음 field를 실제 위치에서 확인합니다.
- **format:** I-type addi
- **opcode:** 0010011
- **rd:** x0 = 00000
- **funct3:** 000
- **rs1:** x0 = 00000
- **imm:** 0 = 000000000000
## 8. 문제와 공식 해설의 비교·검증
- **문제가 요구하는 것:** `nop`을 base instruction으로 펼친 뒤 실제 encoding을 찾으세요.
- **공식 해설이 제시하는 결론:** `nop` = `addi x0,x0,0` ↔ `0x00000013`.
- **결론을 재현하는 핵심 논리:** `nop`은 `addi x0,x0,0`입니다. opcode 0010011, rd=0, funct3=000, rs1=0, imm=0이 모두 0이고 opcode만 남습니다.
- **검증 방법:** 위 micro-step의 `종이에 남길 것`을 순서대로 만들고 각 `완료 기준`을 확인합니다. 최종 산출물이 공식 결론과 같은지 대조합니다.
- **전제와 주의 범위:** `nop`을 별도 hardware instruction이라고 생각하지 마세요.
- **채택할 시험 답:** 이 가이드에서는 공식 Musterlösung의 결론을 시험 답으로 유지하며, 일반 ISA 또는 다른 구현과 달라질 수 있는 부분은 위 전제와 주의 범위에서 분리합니다.
## 9. 시험장에서 쓸 최종 답안
`nop` = `addi x0,x0,0` ↔ `0x00000013`.
답안지에는 결과만 쓰지 말고, 7절의 중간 산출물 가운데 판정을 증명하는 식·bit field·register 상태·cycle·cache 상태를 함께 남기세요.
## 10. 자주 하는 실수와 검산 체크리스트
### 대표 실수
- `nop`을 별도 hardware instruction이라고 생각하지 마세요.
- `nop` 전용 opcode를 찾거나 `add x0,x0,x0`만 정답으로 고정하는 것입니다.
- immediate 0을 생략해 bit 위치를 왼쪽으로 밀어 쓰는 것입니다.
- opcode bit를 왼쪽 끝에 놓아 `0x13000000`으로 만드는 것입니다.
### 빠른 self-check
- **회상 질문:** `addi x0,x0,1`도 nop인가요? 결과 write는 버려지지만 canonical encoding과의 차이를 말해 보세요.
- [ ] 답을 가리고 `nop` expansion과 32-bit I-type field를 모두 복원할 수 있다.
- [ ] `addi x0,x0,k`의 효과와 canonical `nop` encoding의 차이를 설명할 수 있다.
## 11. 짧은 확인 문제와 전이 연습
### 개념 재구성
**문제:** `nop`이 별도 hardware opcode 없이 동작하는 이유를 expansion, x0 read, x0 write의 세 단계로 설명하세요.
**힌트:** 계산 결과가 어디에 기록되는지 보세요.
정답과 채점 기준 보기
**모범 답:** `nop`은 `addi x0,x0,0`으로 expansion됩니다. x0 read 값은 0이고, 계산 결과를 x0에 write하면 버려지므로 architectural state가 바뀌지 않아 별도 opcode가 필요 없습니다.
**채점 기준**
- addi x0,x0,0
- expansion
- x0 read
- 0
- x0에 write|x0 write
- 버려
- 별도 opcode
### 변형 문제
**문제:** `addi x0,x0,1`을 encoding하고 canonical `nop`과 bit/효과 차이를 설명하세요.
**힌트:** I-type imm[11:0]에 1을 넣고 destination을 확인하세요.
정답과 채점 기준 보기
**모범 답:** encoding은 `0x00100013`입니다. canonical `nop`인 `0x00000013`과 immediate bit가 다르지만 결과를 x0에 써서 architectural register state는 역시 바뀌지 않습니다.
**채점 기준**
- 0x00100013
- 0x00000013
- immediate
- x0
- state
- 바뀌지
### 오답 진단
**문제:** 학생이 `nop`을 `addi x1,x0,0 = 0x00000093`으로 encoding했습니다. 첫 field 오류와 state 차이를 바로잡으세요.
**힌트:** destination이 x0인지 x1인지 비교하세요.
정답과 채점 기준 보기
**모범 답:** 첫 오류는 rd를 x1로 둔 것입니다. canonical `nop`은 rd=x0인 `addi x0,x0,0`, encoding `0x00000013`입니다. x1에 쓰면 x1이 0으로 바뀔 수 있어 no-operation이 아닙니다.
**채점 기준**
- rd
- x1
- x0
- addi x0,x0,0
- 0x00000013
- x1이 0
## 12. 근거 자료
- `[문제 출처] current:Probeklausur.pdf` — 시험 p6 · 공식 해설 p7
- `[공식 해설] current:Probeklausur Musterlösung und Hinweise.pdf` — 시험 p6 · 공식 해설 p7
- `[정확한 원문 group] 2` — 시험 p.6 · 공식 해설 p.7
- `[소문항 범위] SoSe26 Probeklausur 시험 p6 Aufgabe 2의 `nop` 후보와 공식 해설 p7의 `nop ↔ 0x00000013` pairing.`
- `[개념 근거 · file-level] current:Vorlesung/Rechnerorganisation - Teil 1.pdf` — RISC-V instruction format과 machine language
- `[개념 근거 · file-level] current:Uebung/Übung 1 Musterlösung.pdf` — RISC-V format과 encoding
- `[개념 근거 · file-level] current:Uebung/Übung 2 Musterlösung/Rechnerorganisation_Übung2_Lösung.pdf` — Immediate와 assembler hand-trace
- `[개념 근거 · file-level] current:Uebung/RISC-V Reference.pdf` — register 별칭, opcode, pseudoinstruction
### 이 파일에서 직접 대조한 공식 이미지
- `exam-p06.png` — Probeklausur.pdf · PDF p.6
- `solution-p07.png` — Probeklausur Musterlösung und Hinweise.pdf · PDF p.7
정확한 강의 슬라이드 한 페이지를 확정하지 못한 개념 자료는 `file-level`로 표시했습니다. 페이지 번호를 추측해서 만들지 않았습니다.