相比于前一节课讲的 lc2k isa, arm 架构的效果会好很多

ISA 的分类

RISC 架构，Reduced Instruction Set Computing

指令数量更少，编码的指令长度是一致的，硬件设备相对更加简单，程序更大，手写会更加困难，但是当前非常常用
应用: lc2k, risc-v, arm (包括其子集 LEG)

CISC 架构，Complex Instruction Set Computing

用更多、更复杂的指令集，编码的指令的长度是不一定的，所以硬件更复杂，程序的长度更短，手写更方便，现在比较少用了
应用: x86

指令及其分类

算术指令 Arithmetic

格式：3 operand fields, 一般会将 destination 寄存器放在第一位

  • ADD X1, X2, X3: 将 X2 + X3 的结果转存到 X1 寄存器中
    • 这个和 lc2k 是反的
    • 只能操作于

ARM 指令集存储形式

| opcode | Rm | shamt | Rn | Rd | 存储了一个指令集
其中 Rm 表示第二个 register operand, Rn 表示第一个 register operand, Rd 表示 destination operand. 这个存储顺序和输入顺序并不一致，或者说相反

第二operand的格式

可以是一个立即数或者一个register 地址，如果是立即数，我们会在数字的前面加上一个 # 符号标注
例如 ADDI X3, X4, #10 表示 X4 + 10 -> X3

其他常用 算术指令

  • ORR: inclusive or: 按位或
  • EOR: exclusive or: 按位或
  • LSL: logical shift left: LSL X1 X2 #10 ⇔\Leftrightarrow X2<<10 -> X1
  • LSR: logical shift right

内存指令集 memory instructions

word 单词

表示几个字节的组合，在 lc2k 以及 arm 中，一个 word 通常是 4 个字节 32 位
有些地方写的 double word 就表示 8 字节
注意这里的 word 并不等于 char 之类的字符命令，只是一个长度单位，也可以用于指代长度 4 字节的 int

可寻址性 addressable

lc2k 指令集架构下，word 是可寻址的，也就是说，每个地址会指向内存中某个特定的 word，同时这也要求在 lc2k 的内存中 指令必须每 4 字节对齐一次，或者说PC 等指针在内存中的移动长度单位是 4 字节
移动 1 字节（比如 1 char）是非法的
相比较下， ARM 架构是 byte addressable，即每个地址指向一个字节，每次移动的单位也是1字节，可以逐个遍历一个字符串的每一个 char，更可以遍历每个 int （一次性读取 4 个字节）

LEGv8 内存指令代码

与 lc2k 指令一样，基于 base + displacement 的寻址方式，base为一个寄存器，displacement 为一个9位立即数，范围为 -256 ~ 255， 其寄存器长度为 64 位，因此从内存中读取的 数据会被扩展到 64 位，且需要经过 sign extension

  • LDUR: Load Register, LDUR X1 [X2, #40] 表示 X1 = MEM[X2 + 40] 一次性读取64位
  • STUR: Store Register, STUR X1 [X2, #40] 表示 MEM[X2 + 40] = X1 一次性存储64位
  • LDURSW: Load Register Signed Word, LDURSW X1 [X2, #40] 表示 X1 = MEM[X2 + 40] 一次性读取，但是会将读取的值扩展为 64 位
  • STURW: Store Register Word, STURW X1 [X2, #40] 表示 MEM[X2 + 40] = X1 但是会截断为 32 位
  • LDURH: Load Register Halfword, LDURH X1 [X2, #40] 表示 X1 = MEM[X2 + 40] 一次性读取，但是会将读取的值扩展为 64 位
  • STURB: Store Register Byte, STURB X1 [X2, #40] 表示 MEM[X2 + 40] = X1 但是会截断为 8 位
  • MOVZ: Move with Zero, MOVZ X1, #10, LSL #2 表示 X1 = 10 << 2 ，常用于一个寄存器的初始化，将某几个位置变成指定的 16 位数字，其他位置初始化为 0
  • MOVK: Move with Keep, MOVK X1, #10, LSL #2 表示 X1 = X1 | 10 << 2 ，常用于一个寄存器的初始化，将某几个位置变成指定的 16 位数字，其他位置保持不变

命名特点

  • ‘SW’ 表示 signed word，有符号的 word
  • ‘H’ 表示 halfword，半字，16 位
  • ‘UR’ 表示 unsigned register，无符号寄存器