CPU 如何在 64 位模式下拥有额外的寄存器？答案

【问题标题】：How CPU could have additional registers in 64bit mode?CPU 如何在 64 位模式下拥有额外的寄存器？
【发布时间】：2013-12-29 02:04:10
【问题描述】：

这是一个关于现代 CPU 架构的非常低级的问题。我了解到我可以在 64 位模式下使用更多额外的寄存器。比如ARM架构有r15-r31通用寄存器，对于Intel/AMD r8-r15通用寄存器。 SIMD 寄存器也会像 xmm8-xmm15（或 ymm8-ymm15）一样翻倍

有谁知道在 64 位模式下怎么可能？

我不期望像“他们只是建立了更多的寄存器”这样简单的答案因为在 32 位模式下，我不能使用那个额外的寄存器。即使是那些额外的寄存器也没有被现代编译器完全使用。

【问题讨论】：

...它们不可用于 32 位模式。指令的编码在 64 位模式下是不同的，允许对更多的寄存器进行编码。将寄存器添加到 32 位模式会破坏机器代码的兼容性。
有关“长”答案，请参阅stackoverflow.com/a/5556505/2864740 和链接/引用的资源。

标签： architecture cpu-registers

【解决方案1】：

（我对arm64不熟悉，所以我以X86-64为例。）寄存器选择以二进制指令编码。 32位指令只能使用80386中的寄存器，不能使用超出这些的寄存器。而且，IA-32(x86-32)用3位来表示寄存器，而x86-64需要4位来表示所有寄存器，需要另外一位来访问额外的寄存器，而这个位在64 位指令中的 REX 字节。这意味着，为了使用额外的寄存器，需要 REX 字节，而 REX 是 64 位指令的一部分； 32 位指令中没有 REX 字节，因此您不能在 32 位中使用额外的 reg。

在 SIMD 指令中，您还需要扩展位来访问更多寄存器。

对于ARM64，我知道一点：它的寄存器文件和指令集是全新的，不是32位ARM的扩展（X86-64是X86-32的扩展）。 ARM64 处理器可以运行 32 位 ARM 遗留指令以实现兼容性，但这是处理器的工作，而不是架构 (ISA) 的工作。早期的 ARM64处理器可以运行两种指令集架构来支持旧软件，但未来可能会放弃对 32 位架构的支持，只剩下 64 位（ARM64）。

【讨论】：