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schema_version: 1
exam_id: "sose26-probeklausur"
aufgabe: 2
unit_id: "2-8"
source_group_id: "2"
official_exam: true
official_solution: true
language: "ko"
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# 2-8 — `sll a2,a4,a5` 매칭
> **학습 목표:** R-type `sll rd,rs1,rs2`를 `slli`와 구분하고 funct/register field로 `sll a2,a4,a5` encoding을 식별한다.
>
> **왜 따로 배우는가:** 두 shift mnemonic은 결과식이 비슷하지만 shift amount의 출처와 format이 다릅니다. register source를 쓰는지 instruction immediate를 쓰는지 구분하면 encoding과 실행 trace를 동시에 해결할 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
shift amount가 register에서 오는 R-type을 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
shift amount가 register에서 오는 R-type을 찾으세요.
이 문제에서 최종 결과만 맞히는 것보다 중요한 것은 `2-8`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:** R-type `sll rd,rs1,rs2`를 `slli`와 구분하고 funct/register field로 `sll a2,a4,a5` encoding을 식별한다.
- **출제 의도:** 두 shift mnemonic은 결과식이 비슷하지만 shift amount의 출처와 format이 다릅니다. register source를 쓰는지 instruction immediate를 쓰는지 구분하면 encoding과 실행 trace를 동시에 해결할 수 있습니다.
- **공식 근거 범위:** SoSe26 Probeklausur 시험 p6 Aufgabe 2의 `sll a2,a4,a5` 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
### sll
- **뜻:** rs1 값을 rs2가 지정한 만큼 논리적으로 왼쪽 shift해 rd에 쓰는 R-type instruction입니다.
- **이 문제에서:** R-type opcode `0110011`, funct3 `001`, funct7 `0000000`을 확인합니다.
### shift amount
- **뜻:** 값을 몇 bit 이동할지 정하는 수치입니다.
- **이 문제에서:** RV32 `sll`에서는 rs2 값의 하위 5 bit에서 옵니다.
### slli
- **뜻:** shift amount가 instruction immediate field에 들어 있는 I-type shift instruction입니다.
- **이 문제에서:** `sll` 후보를 I-type opcode와 혼동하지 않게 비교합니다.
### logical left shift
- **뜻:** bit를 왼쪽으로 이동하고 오른쪽 빈자리를 0으로 채우는 연산입니다.
- **이 문제에서:** overflow를 제외하면 `2^shamt` 곱셈과 같은 실행 의미를 설명합니다.
### 이 문제에 적용할 풀이 규칙
### 규칙 1. shift source 규칙
`sll`은 세 번째 register rs2가 shift amount를 제공하고 `slli`는 instruction의 immediate가 제공합니다.
- **시험지에 남길 것:** 세 번째 operand 아래에 `register` 또는 `immediate`라고 표시합니다.
### 규칙 2. R-type 기능 조합
`sll`은 opcode `0110011`, funct3 `001`, funct7 `0000000`의 결합으로 결정됩니다.
- **시험지에 남길 것:** 세 고정 field를 모두 체크한 뒤 register를 읽습니다.
### 규칙 3. RV32 하위 5 bit 규칙
RV32 register shift는 rs2 전체 값이 아니라 하위 5 bit를 사용해 0…31 범위의 shamt를 얻습니다.
- **시험지에 남길 것:** 실행 trace에서는 `shamt = rs2 & 0x1F`를 씁니다.
### 공식 문제 전에 푸는 작은 유사 예제
**문제:** `sll t0,t1,t2`를 hex로 encoding하세요.
**주어진 것**
- t0=x5, t1=x6, t2=x7입니다.
- sll의 funct7=`0000000`, funct3=`001`, opcode=`0110011`입니다.
### 예제 단계 1. 세 register를 field 역할에 배치합니다.
- **왜:** 첫 operand가 rd이고 shift할 값과 amount source가 뒤에 옵니다.
- **종이에:** `rd=x5, rs1=x6, rs2=x7`
### 예제 단계 2. sll의 세 기능 field를 조립합니다.
- **왜:** 같은 R-type의 add 등과 shift operation을 구분합니다.
- **종이에:** `0000000 00111 00110 001 00101 0110011`
### 예제 단계 3. 8자리 hex로 변환합니다.
- **왜:** binary 후보와 hex 표기를 양방향 검산합니다.
- **종이에:** `0x007312B3`
**예제 정답:** `sll t0,t1,t2`의 encoding은 `0x007312B3`입니다.
**독립 검산:** bits[14:12]가 `001`, bits[24:20]이 x7인지 다시 decode합니다.
## 5. 공식 정답 요약
**공식 결론:** `sll a2,a4,a5` ↔ `00000000111101110001011000110011`.
### 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
### `2-8`에서 정확히 답할 대상
- **시험지가 요구하는 답:** shift amount가 register에서 오는 R-type을 찾으세요.
- **이 소문제의 공식 답:** `sll a2,a4,a5` ↔ `00000000111101110001011000110011`.
### 판단 1. R-type opcode `0110011`을 찾아 register shift 후보로 분류합니다.
- **왜:** I-type `slli`를 먼저 제외하고 R-type layout을 적용합니다.
- **이 판단에서 답안지에 남길 것:** `opcode=0110011 → R-type, slli 아님`을 적습니다.
### 판단 2. funct3 `001`, funct7 `0000000`으로 sll을 확인합니다.
- **왜:** R-type family 안에서 logical left shift operation을 정확히 선택합니다.
- **이 판단에서 답안지에 남길 것:** `f3=001, f7=0000000 → sll`
### 판단 3. rd=a2(x12), rs1=a4(x14), rs2=a5(x15)를 확인합니다.
- **왜:** shift 결과, shift할 값, shift amount source의 방향이 모두 encoding과 맞아야 합니다.
- **이 판단에서 답안지에 남길 것:** `a2←a4 << (a5 & 0x1F)`, `rd=01100, rs1=01110, rs2=01111`을 적습니다.
### 위 판단이 최종 답으로 이어지는 이유
`sll`은 rs2의 하위 bit가 정한 만큼 rs1을 왼쪽으로 shift하고 rd에 씁니다.
### 답안 작성 시 주의
`slli`는 immediate shift라 I-type입니다. `sll`과 format을 섞지 마세요.
*공식 Musterlösung/Hinweise: `solution-p07.png` · Probeklausur Musterlösung und Hinweise.pdf · PDF p.7*
## 6. 풀이 전략
1. R-type opcode를 찾습니다.
2. funct3=001, funct7=0000000을 확인합니다.
3. rd=a2(x12), rs1=a4(x14), rs2=a5(x15)를 확인합니다.
## 7. 단계별 상세 풀이
### 단계 1. R-type opcode `0110011`을 찾아 register shift 후보로 분류합니다.
- **이유:** I-type `slli`를 먼저 제외하고 R-type layout을 적용합니다.
- **종이에 남길 것:** `opcode=0110011 → R-type, slli 아님`을 적습니다.
- **완료 기준:** 후보 bit열이 register-register 연산으로 분류되었습니다.
- **막힐 때 힌트:** `slli`는 ALU immediate opcode `0010011`입니다.
- **가장 흔한 첫 오류:** shift라는 단어만 보고 sll과 slli를 같은 format으로 읽는 것입니다.
### 단계 2. funct3 `001`, funct7 `0000000`으로 sll을 확인합니다.
- **이유:** R-type family 안에서 logical left shift operation을 정확히 선택합니다.
- **종이에 남길 것:** `f3=001, f7=0000000 → sll`
- **완료 기준:** opcode 외 두 function field가 모두 일치합니다.
- **막힐 때 힌트:** funct3는 bits[14:12], funct7은 bits[31:25]입니다.
- **가장 흔한 첫 오류:** funct3만 보고 다른 확장 연산 가능성을 확인하지 않는 것입니다.
### 단계 3. rd=a2(x12), rs1=a4(x14), rs2=a5(x15)를 확인합니다.
- **이유:** shift 결과, shift할 값, shift amount source의 방향이 모두 encoding과 맞아야 합니다.
- **종이에 남길 것:** `a2←a4 << (a5 & 0x1F)`, `rd=01100, rs1=01110, rs2=01111`을 적습니다.
- **완료 기준:** 세 ABI 이름, x번호, 실행 의미가 일치합니다.
- **막힐 때 힌트:** Assembly의 세 번째 operand a5가 immediate 숫자가 아니라 register입니다.
- **가장 흔한 첫 오류:** a5 자체를 encoding의 5-bit immediate shamt로 놓아 I-type처럼 해석하는 것입니다.
### Instruction field 검산
bit열을 느낌으로 고르지 말고 다음 field를 실제 위치에서 확인합니다.
- **format:** R-type sll
- **opcode:** 0110011
- **rd:** a2=x12
- **funct3:** 001
- **rs1:** a4=x14
- **rs2:** a5=x15
- **funct7:** 0000000
## 8. 문제와 공식 해설의 비교·검증
- **문제가 요구하는 것:** shift amount가 register에서 오는 R-type을 찾으세요.
- **공식 해설이 제시하는 결론:** `sll a2,a4,a5` ↔ `00000000111101110001011000110011`.
- **결론을 재현하는 핵심 논리:** `sll`은 rs2의 하위 bit가 정한 만큼 rs1을 왼쪽으로 shift하고 rd에 씁니다.
- **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:** `slli`는 immediate shift라 I-type입니다. `sll`과 format을 섞지 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
`sll a2,a4,a5` ↔ `00000000111101110001011000110011`.
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
- `slli`는 immediate shift라 I-type입니다. `sll`과 format을 섞지 마세요.
- shift라는 단어만 보고 sll과 slli를 같은 format으로 읽는 것입니다.
- funct3만 보고 다른 확장 연산 가능성을 확인하지 않는 것입니다.
- a5 자체를 encoding의 5-bit immediate shamt로 놓아 I-type처럼 해석하는 것입니다.
### 빠른 self-check
- **회상 질문:** `sll`과 `slli`의 두 번째 shift operand는 어떻게 다른가요?
- [ ] sll/slli mnemonic과 opcode를 보고 register amount와 immediate amount를 구분할 수 있다.
- [ ] RV32 sll 실행값을 계산할 때 rs2의 하위 5 bit를 적용할 수 있다.
## 11. 짧은 확인 문제와 전이 연습
### 개념 재구성
**문제:** `sll`과 `slli`를 format, shift amount 출처, 공통 실행 효과 세 축으로 비교하세요.
**힌트:** 세 번째 operand가 register 이름인지 숫자인지 보세요.
정답과 채점 기준 보기
**모범 답:** `sll`은 R-type이고 shift amount는 rs2 register의 하위 5 bit에서 옵니다. `slli`는 I-type이고 shift amount는 instruction immediate에 들어 있습니다. 둘 다 rs1을 논리적으로 왼쪽 shift해 rd에 씁니다.
**채점 기준**
- sll
- r-type
- rs2 register
- 하위 5 bit
- slli
- i-type
- instruction immediate
- 왼쪽 shift
### 변형 문제
**문제:** RV32에서 a4=`3`, a5=`34`일 때 `sll a2,a4,a5` 실행 후 a2를 계산하세요.
**힌트:** 34 전체가 아니라 하위 5 bit를 shamt로 사용합니다.
정답과 채점 기준 보기
**모범 답:** `shamt = 34 & 0x1F = 2`이므로 `a2 = 3 << 2 = 12`입니다.
**채점 기준**
- 34 & 0x1f
- = 2
- 3 << 2
- = 12
### 오답 진단
**문제:** 학생이 `sll a2,a4,a5`를 I-type으로 그리고 a5의 register 번호 15를 immediate shamt=15로 넣었습니다. 첫 format 오류와 올바른 amount source를 쓰세요.
**힌트:** mnemonic 끝에 i가 있는지 확인하세요.
정답과 채점 기준 보기
**모범 답:** 첫 오류는 `sll`을 I-type으로 본 것입니다. `sll`은 R-type이며 a5는 rs2=x15 field에 들어가고, 실행 시 a5 register 값의 하위 5 bit가 shift amount입니다. immediate format은 `slli`입니다.
**채점 기준**
- sll
- i-type
- r-type
- a5
- rs2=x15
- 하위 5 bit
- slli
## 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 `sll a2,a4,a5` 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.