任何汇编语言被认为有用所需的最小指令集是什么？

Question

我正在研究汇编编程，因此我决定尝试在软件中实现“虚拟微处理器”，它具有寄存器，标志和RAM，可以使用变量和数组实现。但是，由于我想模拟只有任何微处理器的最基本行为，我想创建一个只包含基本指令的汇编语言，只有那些没有它才能有用的指令。我的意思是，有汇编语言可以执行乘法和交换寄存器值等，但这些操作不是基本的，因为您可以使用更简单的指令来实现它们。我不想实现那些指令。

我可以想象一些指令（我相信）必须始终以任何汇编语言存在，例如 MOV 来移动字节并且 JP 来发送指令指向另一个地址。

您能否提出一套最基本和最基本的装配说明？谢谢！

Answer 1

控制结构包括没有语言的基本功能。这意味着您的语言必须对两个变量提供算术运算;然后允许程序根据操作的结果更改程序计数器 - 即分支。通常，关键操作是SUB，用于从另一个操作数中减去一个操作数。您允许分支的条件是：

1. 结果为零;
2. 结果大于零;
3. 结果小于零。
4. 无条件，即无条件分支

您还需要移动数据的说明：LOAD和STORE，比方说。

这三个条件及其相应的分支（或跳过，这是另一种方式）是任何程序都必需的。不仅如此，只有这三个简单的操作加上数据移动指令，足以在除I / O之外的程序中执行 任何 。如果您愿意，并且给予一个合作的内存组织，您可以使用LOAD，STORE，ADD，SUB和三个条件分支重写Linux。

PDP-8是比这更强大的机器：它有一个rich set of eight instructions，包括I / O.

HTH

Answer 2

嗯，这是一个非常广泛的主题。我想你需要熟悉Random Access Machine。我不是专家，但很难说这个非常基本的微处理器应该支持哪些指令。例如：可以通过加法运算来模拟减法和乘法。如果微处理器支持跳转和条件指令，则可以通过添加负数来进行乘法运算。

Answer 3

令人惊讶的是，有one instruction set computer这样的东西。

Answer 4

最少的指令集需要no instruction或zero instruction。我不知道他们是否已进入实际设备，但one instruction set computer (OISC) 已实施并在carbon nanotubes computers和MAXQ中成功投放。

实际上x86也可以用作OISC架构，因为可以只用一个mov 来执行任何，因为它已经{{3 }}。甚至还有一个名为proved to be Turing-complete的编译器将有效的C代码编译成只有MOV的程序（或者只有XOR，SUB，ADD，XADD，ADC，SBB，AND / OR，PUSH / POP，1位移位） ，或CMPXCHG / XCHG）

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然而IMO架构应该“足够快”（或者与其他架构相比，不需要像OISC那样的任务太多的指令）被认为是有用的。

计算机最基本的指令类型是数据移动，逻辑/算术运算和分支。对于算术运算，仅add/subtract就足够了。对于逻辑，我们可以只用NOR或NAND来计算任何函数，因此只需要一个函数。对于跳跃，我们需要一条jump on "<="或jump on "<"指令。可以通过add / sub模拟数据移动。像这样，我们可以使用2位来编码3个操作码（add，nand，jump on "<="）并留下一个用于将来的扩展。但由于它没有单独的加载/存储指令，它必须直接在大型寄存器文件而不是内存上运行，或者指令必须能够将内存用作操作数。

如果需要更高的速度，则可以添加更多逻辑，分支指令和可能的加载/存储，从而将操作码空间增加到3位。指令集可以是：

1. 负载
2. 存储
3. 添加
4. 和
5. ，也不
6. 跳到不到
7. 跳平等

左移可以使用add完成，但右移是比较棘手的，因此您可能还需要添加右移以简化一些常见操作

Answer 5

使用仅包含SOB:减去1和分支的最小指令集，您可以很好地生存。整个程序可以用这个来写。

Answer 6

查看商业实施

最佳答案可能是关注现有的商业实施。

任何未经商业销售的东西都可能没用。

指令的定义是什么？

例如，我可以根据解压缩的硬件实现制作一条实现解压缩算法的指令，这当然是解压缩的最有效机器。

然而，它是否具有商业吸引力？不太可能，因为硬件可能过于专业化，无法证明开发成本合理。

但是，除了极端情况之外，还有更多细微差别的案例，答案可能会因现有的竞争对手技术和市场需求而变化，以使事情变得更糟。

最终，＆＃34;高效的硬件＆＃34;的意思是：

• 采用一组基准，为每个
分配一个重要权重
• 编写解决这些基准的最佳软件

非常小的图灵完成ISA可能效率低下的可能原因

• 他们所拥有的一些指令非常复杂，并且每次调用它们都会产生很大的成本，例如：你不能做某些流水线优化
• 代码密度非常小，意味着：
  • 性能可能受指令提取约束
  • 不适合具有小ROM内存的嵌入式设备

值得注意的OISC实施

分析这些内容以获得更具体的答案会很有趣。

<强> movfuscator

https://github.com/xoreaxeaxeax/movfuscator

x86的Toy C编译器仅使用mov x86指令，以非常具体的方式显示单个指令就足够了。

图灵完整性似乎已在论文中得到证实：https://www.cl.cam.ac.uk/~sd601/papers/mov.pdf

<强> subleq

教育OSIC，之前在https://stackoverflow.com/a/9439153/895245提到但没有名称：

• https://github.com/hasithvm/subleq-verilog Verilog，Xilinx ISE。
• https://github.com/purisc-group/purisc Verilog和VHDL，Altera。也许该项目有一个clang后端，但我无法使用它：https://github.com/purisc-group/purisc/issues/5
• http://mazonka.com/subleq/sqasm.cpp | http://mazonka.com/subleq/sqrun.cpp基于C ++的汇编程序和模拟器。

另见： https://esolangs.org/wiki/Subleq

另见

https://softwareengineering.stackexchange.com/questions/230538/what-is-the-absolute-minimum-set-of-instructions-required-to-build-a-turing-comp/325501

Answer 7

您可能还想查看图灵完整性。

http://en.wikipedia.org/wiki/Turing_completeness

http://c2.com/cgi/wiki?TuringComplete

What is Turing Complete?

这意味着语言足以计算任何可以计算的东西。

Answer 8

理论上，单指令计算机是可能的。但是在实际硬件上，您至少需要4个。假设只有内存架构（没有用户可访问的寄存器）。

MOV mem1 mem1 - 将内存位置mem1的内容复制到内存位置mem2，使mem1保持不变

NAND mem1 mem2到mem3-在mem1和mem2的数据之间执行按位逻辑NAND，并将结果写入mem3

BITSHIFTR mem1 mem2 mem3- bitshift右侧mem1 mem2位置的数据并将输出写入mem3

JMPcond mem1 mem2 - 测试mem1的最低有效位，如果为真（1）跳转到mem2

现在它不会超级快，它会疯狂地占用内存带宽，但它可以用来实现任意指令集的虚拟机。此外，还存在某些编程限制，例如需要在所有起始数据中编程，或者至少是仅将LSB设置为1的存储器位置。硬件外设必须使用DMA进行I / O访问，如果在哈佛架构程序将无法直接访问指针之类的东西。