为什么Motorola 68k的32位通用寄存器分为数据寄存器和地址寄存器？

Question

68k寄存器分为两组，每组八个。八个数据寄存器（D0至D7）和八个地址寄存器（A0至A7）。这种分离的目的是什么，团结起来会更好吗？

Answer 1

简单的答案是，这种分离来自当时的体系结构限制和设计决策。

长答案：

M68K实现了很多寻址模式（尤其是与基于RISC的处理器相比），其许多指令支持大多数（如果不是全部）。这样在每条指令中提供了多种寻址模式组合。

这也增加了操作码执行的复杂性。请看以下示例：

move.l $10(pc), -$20(a0,d0.l)

该指令只是将一个长字从一个位置复制到另一位置，足够简单。但是，为了实际执行该操作，处理器需要找出要用于源操作数和目标操作数的实际（原始）存储器地址。解码（解析）操作数寻址模式的过程称为“有效地址计算”。

对于此示例：

1. 为了计算源有效地址- $ 10（pc）， 处理器加载 PC （程序）计数器寄存器的值 并添加 $ 10 。

2. 为了计算目标有效地址-     -$ 20（a0，d0.l），处理器加载 A0 寄存器的值，向其中添加 D0 寄存器的值，然后减去 $ 20 。

这是单个操作码的很多计算，不是吗？

但是M68K在执行这些计算时非常快。为了快速计算有效地址，它实现了专用的 地址单元 （AU）。

通常，对数据寄存器的操作由 ALU （算术逻辑单元）处理，涉及地址计算的操作由 AU （地址单元）处理

AU已针对32位地址操作进行了优化：在一个总线周期（4个CPU时钟周期）内执行32位减法/加法，而ALU则没有（对于32位操作，它需要2个总线周期）

但是， AU 仅限于加载和基本加/减运算（由寻址模式决定），并且未连接到 CCR （视情况而定）代码寄存器），这就是为什么对地址寄存器进行的操作永远不会更新标志的原因。

也就是说， AU 应该已经存在，可以优化复杂寻址模式的计算，但是它不能完全取代 ALU （毕竟， M68K中只有大约68K晶体管），因此有两个寄存器集（数据和地址寄存器），每个寄存器都有自己的专用单元。

Answer 2

因此，这只是基于快速查找，但是使用16个寄存器显然更容易编程。问题可能在于您随后必须为16个寄存器中的每一个进行指令。这将使所需的操作码数量加倍。为每个目的使用一半是不理想的，但是通常可以访问更多寄存器。