小測驗：
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中跳轉和跳轉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

請讀者自行計算一下以上兩道題目，并且請帶著這兩個問題閱讀下面的文字。

下面是正文。

LEGv8跳轉指令(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(實際中更為復雜)：

5$10000_{ten}$

6位	26位

其中，跳轉指令的操作碼值為5，分支地址為$10000_{ten}$。

和跳轉指令不同，條件分支指令除了分支地址之外還可以指定一個操作數。
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$2^{19}$，這在今天來說實在太小，因此是一種很不現實的選擇。

另一種方法是指定一個寄存器，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算：
$$程序計數器=寄存器內容+分支地址偏移量$$

這個求和結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。 條件分支在循環和if語句中都可以找到，它們傾向于轉向附近的指令。例如，在SPEC基準測試程序中，大概一半的條件分支轉移范圍都在16條指令以內。因為程序計數器(PC)包含當前指令的地址，所以如果我們使用PC作為計算地址的寄存器，就可轉移到距當前指令$\pm 2^{18}$個字（1個字=32位）的地方。 幾乎所有的循環和if語句都遠遠小于$\pm 2^{18}$個字，因此PC是一個理想的選擇。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和指令中的常數相加作為地址。

像近期大多數計算機一樣，LEGv8對所有條件分支使用PC相對尋址，因為這些指令的跳轉目標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)指令引發的過程則并不一定總是靠近調用者，所以通常使用其他尋址方式。 因此，LEGv8 體系結構通過對分支指令以及分支和鏈接指令采用B型指令格式，為過程調用提供長地址。

因為LEGv8的所有指令都是4字節長，所以將PC相對尋址的地址設計成字地址(1個字=32位)而不是字節地址，從而可以擴展分支轉移的范圍。 通過將字段解釋成相對字地址而不是相對字節地址，19位的地址字段所指示的轉移范圍擴大了4倍：當前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，又因為是字地址，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(即跳轉指令)也采用PC相對尋址，這意味著轉移范圍是當前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，又因為是字地址，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《計算機組成與設計(ARM版)》的讀書筆記。

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總結

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容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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