x86 - 寄存器数量与保留位数答案

【问题标题】：x86 - Number of registers vs number of reserved bitsx86 - 寄存器数量与保留位数
【发布时间】：2016-04-25 11:30:36
【问题描述】：

我是组装新手，我的问题是：

例如，如果一台机器有 n 个寄存器。在汇编指令中需要保留多少位来寻址 n 个寄存器中的每一个？

功能拆分可以减少多少所需的位数？

【问题讨论】：

这听起来像是功课，尤其是最后一部分。如果你无法弄清楚那个，你真的需要一张纸，坐下来思考。
请注意，x86 ISA 不使用固定大小的指令。如果您对 x86 上指令编码的详细信息感兴趣，请阅读Intel software developer's manual（您可能对有关 ModR/M 字节的部分特别感兴趣）。
@DarkDust 我只是在看一本教科书，我想知道它们如何达到所需的最少位数。

标签： assembly x86 machine-instruction

【解决方案1】：

对此没有统一的答案。显然，您需要最多足够的位来存储寄存器的数量。因此，如果您有 12 个寄存器，则需要 4 位 (2^4 == 16)。

但指令集可以以不同的方式处理某些寄存器（例如，具有仅隐式寻址特定寄存器的指令；请参阅 x86 的 LOOP）。所以一个 CPU 可以有 9 个寄存器，但由于一个只能用专门的指令访问，你只需要 3 位来寻址剩余的 8 个。此外，一些指令只能允许寄存器的某个子集，从而也减少了寻址它们所需的位（例如，一条指令只允许对寄存器 0-3 进行操作）。

更复杂的是，register windows 仅使指令集可以使用物理寄存器的一个子集。

【讨论】：

loop 或 movsb 会是一个更好的例子。 rep 不是独立指令，只能应用于其他几个insn。你说一些操作码只能寻址有限的寄存器是什么意思？您是在谈论没有 REX 前缀的 64 位模式吗？我想不出一个例子，您可以选择有限的寄存器，而该寄存器的编码位比正常少。（除 16 位寻址模式外，esp/rsp 不能是 32/64 位寻址模式下的索引寄存器。）
@PeterCordes：你说得对，loop 是一个更好的例子。已更新我的答案。关于有限的寄存器：我的回答是关于通用（因此也是理论上的）CPU 设计，尽管我隐约记得在 8086 和/或 M68000 中存在具有此类限制的指令；试图找到那些，似乎我错了。顺便说一句，x86 系列也不使用寄存器窗口。
你应该去掉“一些 x86 操作码这样做”，因为它是错误的。您的其余答案很好（而且我不是反对者），很明显您在其余部分中不是在谈论 x86。如果您正在寻找示例，某些架构（ARM，IIRC，但我不确定）具有使用两个寄存器的指令，并且第二条指令隐含地是显式 reg 的奇数/偶数伙伴（切换低位，而不是添加 1)。对于特殊寄存器：MIPS 有 32 个 GP 寄存器加上 HI 和 LO 来保存全乘 (32x32b => 64b) 的结果，这是 8+1 的好例子。