小測驗(yàn)：
1.LEGv8中條件分支的地址范圍多大(K=1024)?

答案： 分支前后大約1024K（即1M）的地址范圍

2.LEGv8中跳轉(zhuǎn)和跳轉(zhuǎn)鏈接指令的地址范圍（M=1024K）是多大？

答案：分支前后大約128M的地址范圍

請讀者自行計(jì)算一下以上兩道題目，并且請帶著這兩個(gè)問題閱讀下面的文字。

下面是正文。

LEGv8跳轉(zhuǎn)指令(無條件分支指令)采用最簡單的尋址方式，使用B型LEGv8指令格式，操作碼為6位，其余為都是地址段。

B 10000 // go to location 10000(Decimal)

可以匯編成下面的格式(實(shí)際中更為復(fù)雜)：

5$10000_{ten}$

6位	26位

其中，跳轉(zhuǎn)指令的操作碼值為5，分支地址為$10000_{ten}$。

和跳轉(zhuǎn)指令不同，條件分支指令除了分支地址之外還可以指定一個(gè)操作數(shù)。
因此：

CBNZ X19,Exit //go to Exit if X19≠0

被匯編成下面的指令，其中只有19位用于指定分支地址：

181Exit19

8位	19位	5位

對于條件分支指令，這種格式叫作CB型。

如果程序的地址只能放在19位的字段中，這意味著沒有程序能大于$2^{19}$，這在今天來說實(shí)在太小，因此是一種很不現(xiàn)實(shí)的選擇。

另一種方法是指定一個(gè)寄存器，該寄存器的值用于和分支地址的偏移量相加以得到最終地址，這樣分支指令的地址可按下面的方式計(jì)算：
$$程序計(jì)數(shù)器=寄存器內(nèi)容+分支地址偏移量$$

這個(gè)求和結(jié)果允許程序的大小得到$2^{64}$，并且仍能使用條件分支，從而解決了分支地址大小的問題。但隨之而來的問題是，使用哪個(gè)寄存器？

答案取決于條件分支是如何使用的。 條件分支在循環(huán)和if語句中都可以找到，它們傾向于轉(zhuǎn)向附近的指令。例如，在SPEC基準(zhǔn)測試程序中，大概一半的條件分支轉(zhuǎn)移范圍都在16條指令以內(nèi)。因?yàn)槌绦蛴?jì)數(shù)器(PC)包含當(dāng)前指令的地址，所以如果我們使用PC作為計(jì)算地址的寄存器，就可轉(zhuǎn)移到距當(dāng)前指令$\pm 2^{18}$個(gè)字（1個(gè)字=32位）的地方。 幾乎所有的循環(huán)和if語句都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于$\pm 2^{18}$個(gè)字，因此PC是一個(gè)理想的選擇。這種分支地址的尋址方式稱為PC相對尋址(PC-relative addressing).

PC相對尋址：一種尋址方式，將PC和指令中的常數(shù)相加作為地址。

像近期大多數(shù)計(jì)算機(jī)一樣，LEGv8對所有條件分支使用PC相對尋址，因?yàn)檫@些指令的跳轉(zhuǎn)目標(biāo)一般都比較接近分支指令本身。 另一方面，分支和鏈接(branch-and-link)指令引發(fā)的過程則并不一定總是靠近調(diào)用者，所以通常使用其他尋址方式。 因此，LEGv8 體系結(jié)構(gòu)通過對分支指令以及分支和鏈接指令采用B型指令格式，為過程調(diào)用提供長地址。

因?yàn)長EGv8的所有指令都是4字節(jié)長，所以將PC相對尋址的地址設(shè)計(jì)成字地址(1個(gè)字=32位)而不是字節(jié)地址，從而可以擴(kuò)展分支轉(zhuǎn)移的范圍。 通過將字段解釋成相對字地址而不是相對字節(jié)地址，19位的地址字段所指示的轉(zhuǎn)移范圍擴(kuò)大了4倍：當(dāng)前PC±1MB。同樣，分支指令的26位字段 也是字地址，即表示28位字節(jié)地址。

這里的1MB是怎么算出來的呢？ 19位地址提供$2^{18}$種尋址方式，又因?yàn)槭亲值刂?#xff0c;還需要乘以4倍（即$2^2$）所以 尋址大小為$2^{18}\times 2^2=2^{20}=1MB$

無條件分支(即跳轉(zhuǎn)指令)也采用PC相對尋址，這意味著轉(zhuǎn)移范圍是當(dāng)前PC值±128MB。

這里的128MB是怎么算出來的呢？ 26位地址提供$2^{25}$種尋址方式，又因?yàn)槭亲值刂?#xff0c;還需要乘以4倍（即$2^2$）所以 尋址大小為$2^{25}\times 2^2=2^{27}=2^{20}\times 2^7=128MB$

閱讀《計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)(ARM版)》的讀書筆記。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的LEGv8指令集中分支和跳转的地址范围的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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