字长及其适应症答案

【问题标题】：Word Sizes and It's Indications字长及其适应症
【发布时间】：2013-12-11 15:24:40
【问题描述】：

请参阅下面有关各种指令集架构中字长的问题，以及它与汇编语言的关系。感谢您的所有帮助。

首先介绍一些事实（如果其中有任何错误，请纠正我）。处理器架构的字长表示（编辑：其中一些是错误的，请参阅下面 Seva 的帖子）：

每个寄存器的最大尺寸
每个内存地址的最大大小（可寻址的内存量）
CPU 可以在单条指令中处理的最大整数
单次操作中可在工作内存中传入和传出的最大数据片段

现在真正奇怪的事情来了：在 IA-32 的汇编语言中，单词被指定为 16 位长。 IA-32 是指所有支持 32 位计算的 x86 版本（即 word 应该是 32 位长）。

这只是让我对单词的全部理解以及它所表示的内容（上面列出的）都分崩离析。

感谢您帮助我查明真相，

马格纳斯

编辑 2：请参阅下面关于 x86 架构的两个有用链接。

如下 altie 所发布：http://en.wikibooks.org/wiki/X86_Assembly/X86_Architecture
我偶然发现了一个简单的 x86 指南：http://www.swansontec.com/sintel.html

【问题讨论】：

“处理器架构的字长表示每条指令的大小” 并非如此。例如，x86 使用变长指令。
抱歉，错过了。会更新我的帖子。
x86 可能是用于定义“单词”的最差示例。

标签： assembly word computer-architecture x86

【解决方案1】：

所有这些假设都有反例。

每条指令的大小

Intel x86 从很久以前就有可变长度指令。 ARM 在 Thumb-2 模式下也是如此。

每个寄存器的最大尺寸

你的意思是 - integer 寄存器，对吧？例如，Intel 上的浮点寄存器有 10 个字节长。这个是最接近的。但是 Intel x86 是一个值得注意的例外——它对“字”的定义在 16 位 CPU 的时候是固定的；随着 ISA 的发展，定义停滞不前。

同样，在 ARM 的 AArch64 指令集的上下文中，“字”表示“32 位”，而通用寄存器是 64 位。 “单词”的定义在 ARM 的 32 位全盛时期是固定的，此后一直存在。

每个内存地址的最大尺寸

显然错了。 16 位 Intel 286 有一个 24 位地址空间。这是通过内存管理单元 (MMU) 执行的——寄存器中的用户级地址与进入内存子系统的物理地址不同。与最近的 Intel CPU 上的 PAE 相同。在过去，Intel x86 的线性 20 位地址由 16 位段和偏移量组成。

CPU在单条指令中可以处理的最大整数

这个很接近 - 但同样，有例外。这里和那里有两个寄存器命令。 MIPS 具有 hi:lo - 一对专用的 32 位寄存器，可以充当单个 64 位寄存器。英特尔有在 xDX:xAX 对上运行的命令。不要让我开始使用 SIMD。

在一次操作中可以在工作内存中传入和传出的最大数据片段

ARM 具有“加载多个”和“存储多个”命令，可以一次存储多达 16 个寄存器。英特尔有 PUSHA/POPA。在物理层面上，内存总线也各不相同。

一个肮脏的小事实是，除了它出现的书籍和使用它的汇编程序的上下文之外，没有一个真正的单词定义。在 Intel 上，“word”从远古时代就用来表示一个 16 位的块；随着 CPU 变成 32 位和 64 位，它们保留了定义，现在我们谈论的是 DWORD 和 QWORD。现代 64 位 Intel CPU 上的寄存器是 QWORD 大小的。 Windows API 不再是严格意义上的 Intel，它诞生于 16 位 Intel，并且仍然保留数据类型。 WORD 在 windows.h 中定义为无符号短（2 字节），并且他们永远无法更改它 - 这会破坏结构布局，因此会破坏二进制格式，适用于世界各地的所有人。

另一方面，在 ARM 上，“字”表示 32 位，即使在 AArch64 指令集的上下文中也是如此。所以有像“加载半字”这样的汇编命令可以处理 16 位操作数。因此，当在 ARM（即 Windows Phone、Windows RT、Windows CE/Mobile）上为 Windows 编写 C 语言并为其进行汇编时，您必须记住两个不同的定义。幸运的是，考虑到模棱两可，没有人会用文字来思考——至少在不将真实大小留在脑海中的情况下是这样。此外，ARM 的汇编语言强烈鼓励尽可能多地使用 32 位值，必要时提升 16 位变量。因此，即使是函数的 16 位参数也在内部作为 32 位寄存器传递。

【讨论】：

嗯，如果不是内存地址的大小，那么当您说 ISA 是 32 位 ISA 是什么意思？
这就是我们所说的“高度依赖上下文的语句”:) 命令大小正好为 32 位的指令集（适用于 ARM 或 MIPS）。 default 寄存器大小为 32 位的 ISA，但可以被覆盖（如适用于 Intel）。像往常一样，魔鬼在细节中。
ARM 曾经有一种称为 Thumb 的模式，其中寄存器和地址仍然是 32 位，但命令都是 16 位长。因此，当他们谈到 32 位代码和 16 位 ARM 代码时，他们指的是 vanilla ARM 和 Thumb。现代风格的 Thumb（“Thumb-2”）具有可变长度编码 - 16 位或 32 位。所以说 16 位代码是不公平的 - 现在它只是“拇指代码”。
re ARM64：他们为 32 位数量保留了“单词”。 64 位的称为“双字”或“扩展字”。
1) 是的。 2）是的，当他们说“单词”时，这就是他们在文档中的意思。 3）它在启动时很快将CPU切换到的模式的位数。因此默认寄存器大小，以及所有指针数据类型的大小。

【解决方案2】：

为了详细说明 Seva 的声明“甚至不要让我开始使用 SIMD”，许多 x86 指令支持许多操作数类型。请参阅此处进行讨论：http://en.wikibooks.org/wiki/X86_Assembly/X86_Architecture

CPUID 指令输出中的各个字段将告诉您支持哪些模式。例如，SSE 标志会告诉您 XMM 寄存器是否可用，而 AVX 标志会告诉您是否有 YMM 寄存器可用。

【讨论】：

非常感谢，该链接非常有用。我将在我的主要帖子中添加该链接和另一个链接。