为什么寄存器（或寄存器的数字表示）不存在于机器指令中

Question

我目前正在研究x86汇编语言，请参阅Kip Irvine的书“用于x86处理器的第7版Edi汇编语言”。

在第4章中，作者谈到了机器指令

我的问题是，为什么机器指令al中不存在al（或A0 00010400的表示）？如果缺少al，机器如何知道我们要将地址00010400的值移至al？

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我尝试了mov bl var1，并为bl

生成了机器代码

.386
.MODEL FLAT, STDCALL
.STACK 4096
ExitProcess PROTO, dwExitCode: DWORD

.DATA
var1 BYTE 10h

.CODE 
    main PROC 
    MOV BL, var1 

invoke ExitProcess, 0
main ENDP
END main

Answer 1

作为一般规则，机器指令中存在寄存器值 然而，x86指令集中有许多遗留的“包袱” 引入8086时，指令的长度会影响执行时间：更短的指令运行得更快。

A寄存器（AX/AL）称为“累加器”，曾经是CPU中最通用的寄存器。它具有特殊的短版本指令（以前）运行得更快（在原始的8086/8088上）。在x86的后续迭代中，其他寄存器被升级为更通用的。现在你几乎可以使用任何寄存器用于所有目的。

您可以在x86操作码地图上清楚地看到这一点，请参阅：http://sparksandflames.com/files/x86InstructionChart.html

请注意mov al,[absolute address]有2个编码，它们做同样的事情：
A0和8A 05

0:  a0 00 00 00 00          mov    al,BYTE PTR ds:0x0
5:  8a 05 00 00 00 00       mov    al,BYTE PTR ds:0x0 

回想起来，这很浪费。但是当时使用累加器寄存器更快地制作指令似乎是个好主意。由于向后兼容，这些错误现在无法纠正 有可能在新的X64指令集中消除这种重复，但AMD不想做太多改动，所以我们永远坚持这些历史文物。

Answer 2

  

我的问题是，为什么机器指令al中没有al（或A0 00010400的表示）？

因为MOV指令（0xA0）存在特殊编码，所以总是将AL寄存器作为其目标操作数。其余的代码字节专用于指定源操作数，在本例中为0x00010400 - var1部分中.DATA的地址。

您可以在this table中看到。您还会看到还有其他特殊的说明编码，例如0xA1 MOV AX / EAX作为其目标操作数，0xA2对于版本为MOV且其操作数已反转（例如，mov var1, al）。

原因为什么存在这些替代编码是为了在生成的机器代码中保存字节。作为Hans Passant commented，在20世纪70年代中期到x86处理器构思和设计时，这种事情很重要。那时内存非常昂贵，而且总线速度要慢得多，因此节省空间很重要 - 即使代价是使处理器的指令解码器更复杂。鉴于8088上的非常小的（4字节）提取队列，使用这些特殊的单字节指令编码可以significantly increase the speed of a particular sequence of code。然而，现在，这个设计在40年后仍在使用，这是英特尔继续遭受的x86平台的一些传统包袱。现代x86芯片必须将不成比例的大部分硅片用于复杂的指令解码器，即使内存非常便宜，因为这些类型的优化并不能真正帮助任何人。

当其中一个操作数是累加器寄存器时，这些特殊编码不是 ，而是that is by far the most common case for a special encoding。

通常情况下，指令 用操作码字节编码，后跟每个操作数的字节。这就是您在mov bl, var1看到的内容。 mov reg8, r/m8的操作码为0x8A。然后0x1D将DL寄存器指定为目标操作数。有a handy opcode table here，或者您可以在英特尔的IA-32架构手册中找到每条指令的相关信息。 This site非常有用，为说明提供“备忘单”。您可以在Stack Overflow上的x86标记wiki中找到更多这样的链接。

Answer 3

一些/较旧（/ CISC）指令集，特别是那些使用8位或可变长度的指令集，从x86等8位指令开始。而不是你在mips或arm或其他（特别是risc）指令集中看到的，通常很清楚这些N位调用特定的寄存器。对于这些基于8位的指令集（比如x86,6502，z80等），您可以创建一个要实现的指令列表，然后经常以对解码有意义的方式对它们进行排列，有时某些位可能会实际上是一个注册表。查看8086或z80或其他的操作码图表并查看模式。同时它有点武断，我说157条指令我可以用一个字节代表最多256件事，完成了。只列出事物并为它们分配一个数字。逻辑内部基本上有一个表，将其转换为微代码（对于x86和6502等微编码体系结构，但通常没有任何意义上的risc），同样解码或读取你必须参考表的机器代码因此，许多“无论指令集参考”文档通常以操作码映射开始，甚至是ARM，但在ARM情况下，它处理确定什么族的字的分数，然后其余位明确指示寄存器号在CISC中，如z80,8086等，操作码映射通常是字节，256个可能的指令，每个字节可以唯一地定义整个操作，输入，输出，然后任何immediates跟随它作为可变长度的一部分。 / p>