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schema_version: 1
exam_id: "sose26-probeklausur"
aufgabe: 2
unit_id: "2-4"
source_group_id: "2"
official_exam: true
official_solution: true
language: "ko"
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# 2-4 — `sw a4,8(t0)` 매칭
> **학습 목표:** S-type `sw data,offset(base)`에서 rs1=base와 rs2=data를 구분하고 분할 immediate를 복원해 encoding을 매칭한다.
>
> **왜 따로 배우는가:** Assembly 표기에서 먼저 보이는 register가 destination처럼 느껴지지만 Store에는 rd가 없습니다. 주소를 만드는 register와 memory에 쓸 register를 역할로 구분해야 datapath와 encoding 문제 모두 맞힐 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
store word의 source와 base를 구분하세요.
## 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
store word의 source와 base를 구분하세요.
이 문제에서 최종 결과만 맞히는 것보다 중요한 것은 `2-4`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:** S-type `sw data,offset(base)`에서 rs1=base와 rs2=data를 구분하고 분할 immediate를 복원해 encoding을 매칭한다.
- **출제 의도:** Assembly 표기에서 먼저 보이는 register가 destination처럼 느껴지지만 Store에는 rd가 없습니다. 주소를 만드는 register와 memory에 쓸 register를 역할로 구분해야 datapath와 encoding 문제 모두 맞힐 수 있습니다.
- **공식 근거 범위:** SoSe26 Probeklausur 시험 p6 Aufgabe 2의 `sw a4,8(t0)` 후보·bit열과 공식 해설 p7의 해당 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
### sw
- **뜻:** register의 하위 32-bit word를 계산된 memory address에 저장하는 S-type instruction입니다.
- **이 문제에서:** funct3 `010`과 store opcode `0100011`을 확인합니다.
### rs1 (base)
- **뜻:** effective address `rs1+immediate`의 기준이 되는 source register입니다.
- **이 문제에서:** `sw a4,8(t0)`에서 괄호 속 t0(x5)를 rs1로 둡니다.
### rs2 (store data)
- **뜻:** memory에 실제로 쓸 값을 제공하는 source register입니다.
- **이 문제에서:** `sw a4,8(t0)`의 첫 operand a4(x14)를 rs2로 둡니다.
### S-immediate
- **뜻:** 12-bit signed offset이 `imm[11:5]`와 `imm[4:0]`으로 나뉘어 저장되는 field입니다.
- **이 문제에서:** 상·하위 조각을 합쳐 offset 8인지 확인합니다.
### 이 문제에 적용할 풀이 규칙
### 규칙 1. 괄호가 base 규칙
RISC-V store 표기 `sw rs2,imm(rs1)`에서 괄호 안 register가 address base인 rs1이고 첫 register가 data source인 rs2입니다.
- **시험지에 남길 것:** `address=base+imm`, `memory[address]←data`를 operand 아래에 씁니다.
### 규칙 2. Store에는 rd 없음
Store 결과는 register가 아니라 memory에 기록되므로 R-type/I-type의 rd 위치가 immediate 하위 조각으로 재사용됩니다.
- **시험지에 남길 것:** S-type layout에 `imm[11:5]|rs2|rs1|funct3|imm[4:0]|opcode`를 씁니다.
### 규칙 3. signed 조각 재결합
두 immediate 조각을 `imm[11:5]` 다음 `imm[4:0]` 순서로 붙인 뒤 12-bit signed 값으로 읽습니다.
- **시험지에 남길 것:** 상위와 하위 조각 사이에 연결선을 그어 하나의 12-bit 값을 만듭니다.
### 공식 문제 전에 푸는 작은 유사 예제
**문제:** `sw t1,12(s0)`을 hex로 encoding하세요.
**주어진 것**
- t1=x6, s0=x8입니다.
- sw opcode는 `0100011`, funct3는 `010`입니다.
### 예제 단계 1. operand 역할과 register 번호를 정합니다.
- **왜:** 괄호 속 s0가 address base이고 t1이 store data입니다.
- **종이에:** `rs1=s0=x8, rs2=t1=x6, imm=12`
### 예제 단계 2. 12-bit immediate를 상·하위 조각으로 나눕니다.
- **왜:** S-type에는 연속 immediate field가 없습니다.
- **종이에:** `12=0000000|01100 → imm[11:5]=0000000, imm[4:0]=01100`
### 예제 단계 3. S-type field를 조립해 hex로 바꿉니다.
- **왜:** opcode, funct3, 두 source, 두 immediate 조각을 모두 검산합니다.
- **종이에:** `0000000 00110 01000 010 01100 0100011 = 0x00642623`
**예제 정답:** `sw t1,12(s0)`의 encoding은 `0x00642623`입니다.
**독립 검산:** 해독했을 때 bits[19:15]=x8, bits[24:20]=x6이 되는지 역으로 읽습니다.
## 5. 공식 정답 요약
**공식 결론:** `sw a4,8(t0)` ↔ `00000000111000101010010000100011`.
### 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
### `2-4`에서 정확히 답할 대상
- **시험지가 요구하는 답:** store word의 source와 base를 구분하세요.
- **이 소문제의 공식 답:** `sw a4,8(t0)` ↔ `00000000111000101010010000100011`.
### 판단 1. 오른쪽 opcode `0100011`을 찾아 S-type store임을 확인합니다.
- **왜:** S-type layout을 적용하기 전에 instruction family를 확정해야 합니다.
- **이 판단에서 답안지에 남길 것:** `bits[6:0]=0100011 → Store/S-type`
### 판단 2. funct3 `010`으로 word store를 확인합니다.
- **왜:** 같은 store opcode에서 sb, sh, sw의 data 크기는 funct3가 구분합니다.
- **이 판단에서 답안지에 남길 것:** `funct3=010 → sw(32-bit word)`
### 판단 3. rs1=t0(x5)와 rs2=a4(x14)를 역할로 확인합니다.
- **왜:** `sw a4,8(t0)`에서 t0는 address base, a4는 memory에 쓸 data입니다.
- **이 판단에서 답안지에 남길 것:** `address=t0+8; memory[address]←a4`, `rs1=00101`, `rs2=01110`을 적습니다.
### 판단 4. 나뉜 immediate 상·하위 조각을 합쳐 8인지 확인합니다.
- **왜:** 같은 register를 쓰는 다른 store offset과 구분하려면 주소 차이까지 맞아야 합니다.
- **이 판단에서 답안지에 남길 것:** `imm[11:5]|imm[4:0] = 0000000|01000 = 8`을 씁니다.
### 위 판단이 최종 답으로 이어지는 이유
S-type에서 rs1은 주소 base, rs2는 memory에 쓸 data입니다. `sw a4,8(t0)`는 rs1=t0(x5), rs2=a4(x14), imm=8입니다.
### 답안 작성 시 주의
표기 순서만 보고 a4를 base로 착각하지 마세요.
*공식 Musterlösung/Hinweise: `solution-p07.png` · Probeklausur Musterlösung und Hinweise.pdf · PDF p.7*
## 6. 풀이 전략
1. opcode 0100011을 찾습니다.
2. funct3=010으로 word store를 확인합니다.
3. rs1=t0와 rs2=a4를 확인합니다.
4. 나뉜 immediate 상·하위 조각을 합칩니다.
## 7. 단계별 상세 풀이
### 단계 1. 오른쪽 opcode `0100011`을 찾아 S-type store임을 확인합니다.
- **이유:** S-type layout을 적용하기 전에 instruction family를 확정해야 합니다.
- **종이에 남길 것:** `bits[6:0]=0100011 → Store/S-type`
- **완료 기준:** 후보 bit열이 load나 R-type이 아닌 store로 분류되었습니다.
- **막힐 때 힌트:** hex encoding의 하위 7 bit는 `0x23` 계열입니다.
- **가장 흔한 첫 오류:** `lw`와 같은 load opcode `0000011`로 읽는 것입니다.
### 단계 2. funct3 `010`으로 word store를 확인합니다.
- **이유:** 같은 store opcode에서 sb, sh, sw의 data 크기는 funct3가 구분합니다.
- **종이에 남길 것:** `funct3=010 → sw(32-bit word)`
- **완료 기준:** Store family뿐 아니라 word 크기까지 확인했습니다.
- **막힐 때 힌트:** bits[14:12]를 보세요.
- **가장 흔한 첫 오류:** opcode만 맞으면 byte/halfword/word 종류도 맞다고 가정하는 것입니다.
### 단계 3. rs1=t0(x5)와 rs2=a4(x14)를 역할로 확인합니다.
- **이유:** `sw a4,8(t0)`에서 t0는 address base, a4는 memory에 쓸 data입니다.
- **종이에 남길 것:** `address=t0+8; memory[address]←a4`, `rs1=00101`, `rs2=01110`을 적습니다.
- **완료 기준:** Assembly operand, ABI 이름, x번호, field 위치가 모두 일치합니다.
- **막힐 때 힌트:** 괄호 안을 rs1, 쉼표 앞 첫 register를 rs2로 읽으세요.
- **가장 흔한 첫 오류:** 표기 순서대로 a4를 rs1/base로 두는 것입니다.
### 단계 4. 나뉜 immediate 상·하위 조각을 합쳐 8인지 확인합니다.
- **이유:** 같은 register를 쓰는 다른 store offset과 구분하려면 주소 차이까지 맞아야 합니다.
- **종이에 남길 것:** `imm[11:5]|imm[4:0] = 0000000|01000 = 8`을 씁니다.
- **완료 기준:** 12-bit immediate와 decimal 8이 모두 표시되어 있습니다.
- **막힐 때 힌트:** bits[31:25]가 상위 7 bit, bits[11:7]이 하위 5 bit입니다.
- **가장 흔한 첫 오류:** 두 조각을 반대 순서로 붙이거나 bits[11:7]을 rd로 읽는 것입니다.
### Instruction field 검산
bit열을 느낌으로 고르지 말고 다음 field를 실제 위치에서 확인합니다.
- **format:** S-type sw
- **opcode:** 0100011
- **funct3:** 010
- **rs1:** t0=x5, 주소 base
- **rs2:** a4=x14, 저장 data
- **imm:** 8, 상·하위 조각으로 분할
## 8. 문제와 공식 해설의 비교·검증
- **문제가 요구하는 것:** store word의 source와 base를 구분하세요.
- **공식 해설이 제시하는 결론:** `sw a4,8(t0)` ↔ `00000000111000101010010000100011`.
- **결론을 재현하는 핵심 논리:** S-type에서 rs1은 주소 base, rs2는 memory에 쓸 data입니다. `sw a4,8(t0)`는 rs1=t0(x5), rs2=a4(x14), imm=8입니다.
- **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:** 표기 순서만 보고 a4를 base로 착각하지 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
`sw a4,8(t0)` ↔ `00000000111000101010010000100011`.
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
- 표기 순서만 보고 a4를 base로 착각하지 마세요.
- `lw`와 같은 load opcode `0000011`로 읽는 것입니다.
- opcode만 맞으면 byte/halfword/word 종류도 맞다고 가정하는 것입니다.
- 표기 순서대로 a4를 rs1/base로 두는 것입니다.
- 두 조각을 반대 순서로 붙이거나 bits[11:7]을 rd로 읽는 것입니다.
### 빠른 self-check
- **회상 질문:** `sw t1,12(s0)`에서 rs1과 rs2는 각각 무엇인가요?
- [ ] 임의의 Store operand에서 rs1, rs2, immediate를 10초 안에 역할로 표시할 수 있다.
- [ ] S-type immediate를 양방향으로 split/reassemble하고 signed offset을 유지할 수 있다.
## 11. 짧은 확인 문제와 전이 연습
### 개념 재구성
**문제:** `sw rs2,imm(rs1)`의 S-type field 순서와 실행 의미를 rd가 없다는 점까지 포함해 복원하세요.
**힌트:** 주소 계산 source와 memory data source를 따로 쓰세요.
정답과 채점 기준 보기
**모범 답:** S-type field는 `imm[11:5] | rs2 | rs1 | funct3 | imm[4:0] | opcode`입니다. 실행 의미는 `address=rs1+imm`, `memory[address]←rs2`이고 결과를 register에 쓰지 않으므로 rd가 없습니다.
**채점 기준**
- imm[11:5]
- rs2
- rs1
- funct3
- imm[4:0]
- address=rs1+imm
- memory[address]←rs2|memory[address]<-rs2
- rd가 없
### 변형 문제
**문제:** `sw a0,-4(sp)`을 hex로 encoding하세요. a0=x10, sp=x2입니다.
**힌트:** -4의 12-bit Zweierkomplement는 `0xFFC`입니다.
정답과 채점 기준 보기
**모범 답:** `rs1=sp=x2`, `rs2=a0=x10`, `imm=-4=0xFFC`를 S-type에 배치하면 encoding은 `0xFEA12E23`입니다.
**채점 기준**
- rs1=sp=x2
- rs2=a0=x10
- imm=-4
- 0xffc
- 0xfea12e23
### 오답 진단
**문제:** 학생이 `sw a4,8(t0)`를 `rs1=a4, rs2=t0`로 해독했습니다. 첫 오류를 실행 의미와 field 번호로 수정하세요.
**힌트:** 주소를 만드는 register는 괄호 안에 있습니다.
정답과 채점 기준 보기
**모범 답:** 첫 오류는 Assembly 표기 순서를 field 순서로 본 것입니다. 괄호 안 t0가 base이므로 `rs1=t0=x5`, memory에 쓸 a4가 `rs2=a4=x14`입니다. 실행은 `memory[t0+8]←a4`입니다.
**채점 기준**
- 괄호
- rs1=t0=x5
- rs2=a4=x14
- memory[t0+8]←a4|memory[t0+8]<-a4
## 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 `sw a4,8(t0)` 후보·bit열과 공식 해설 p7의 해당 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.