AArch64 어셈블리 언어 (ARM64)
AArch64 어셈블리 언어는 ARM 프로세서 아키텍처의 진화적 인 피나클을 나타냅니다. 고성능 컴퓨팅, 서버 응용 프로그램 및 신흥 워크로드의 확장 기능을 확장하면서 모바일 컴퓨팅에서 ARM 지배적 인 성능 특성을 유지하는 완전 재설계 된 64 비트 명령 세트를 도입했습니다. ARMv8-A 아키텍처로 도입 된 AArch64는 다양한 컴퓨팅 플랫폼을 통해 입증 된 RISC 디자인 철학을 보존하면서 32 비트 팔 제한으로부터 깨끗한 휴식을 제공합니다. 아키텍처의 64 비트 기능은 광범위한 메모리 공간, 더 큰 데이터 세트를 해결하고 배터리 전원 장치 및 데이터 센터 운영에 중요한 에너지 효율을 유지하면서 더 높은 컴퓨팅 처리량을 달성 할 수있는 응용 프로그램을 가능하게합니다. AArch64 어셈블리 언어는 Apple Silicon Mac, AWS Graviton 서버, 모바일 장치 및 임베디드 시스템을 포함한 현대적인 ARM 기반 시스템에서 작동하는 개발자에 필수적입니다. 이 포괄적 인 참조는 AArch64 어셈블리 프로그래밍의 세부 범위를 제공합니다. 32 비트 ARM 이상의 건축 향상에서 현대 64 비트 ARM 프로세서의 전체 기능을 활용하는 고급 최적화 기술을 제공합니다.
건축 진화와 64 비트 향상
32 비트 팔에서 AArch64로 전환
AArch64의 개발은 기존 32 비트 디자인의 간단한 확장보다 오히려 팔 아키텍처의 기본 재현을 나타냅니다. AArch32 실행 상태를 통해 백워드 호환성 유지하면서 AArch64는 ARM 프로세서 개발 수십 년 동안 강의를 배운 동안 32 비트 아키텍처의 제한을 해결하는 완전 새로운 명령 세트 (A64)를 도입했습니다. ARM은 모바일 및 임베디드 애플리케이션에서 ARM을 성공적으로 제작한 전력 효율의 이점을 유지하면서 고성능 컴퓨팅 시장에서 효과적으로 경쟁할 수 있습니다.
AArch64의 건축 변화는 간단한 기록기 폭 확장, 우회하는 지시 기호화 개선, 강화된 SIMD 기능, 단순화된 예외 취급 및 현대화한 체계 프로그램 공용영역을 멀리 확장합니다. 디자인 팀은 현대 소프트웨어 워크로드의 효율적인 실행을 가능하게하는 기능을 추가하면서 복잡한 구현을 제거하는 기회를 얻었습니다. 이 클린 슬레이트 접근은 32 비트 전임자보다 더 강력하고 단순하게 구현하는 아키텍처에서 발생했습니다.
디자인 철학 및 구현 목표
AArch64는 단순성, 직각성 및 성능 확장성을 강조하는 세련된 RISC 철학을 구현합니다. 포괄적인 Computational 기능을 제공하면서 프로세서 구현을 단순화하는 정규 인코딩 패턴을 우선적으로 설정합니다. 32 비트 팔 아키텍처의 조건 실행 모델과는 달리 AArch64는 전용 조건부 분기 지침과 더 많은 기존의 접근 방식을 채택하고 명령 인코딩을 단순화하고 더 효율적인 프로세서 구현을 가능하게합니다.
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건축 철학은 simplicity를 유지하면서 일반적인 프로그래밍 패턴에 효율적으로 맵을 제공하는 강력한 지침을 강조합니다. 컴파일러가 매우 효율적인 코드를 생성하기 위해 컴파일러를 활성화할 수 있도록 컴파일러를 사용할 수 있는 일반적인 작업에 대한 향상된 주소링 모드, 향상된 즉각적인 값 처리 및 전문 지침이 포함되어 있습니다.
미국 및 호환성
AArch64 프로세서는 다른 기능과 호환성 수준을 제공하는 다중 실행 상태로 작동 할 수 있습니다. AArch64 실행 상태는 A64 명령 세트와 네이티브 64 비트 작동을 제공합니다. AArch32 실행 상태는 A32 (ARM) 및 T32 (Thumb) 명령 세트 모두 지원으로 기존 32 비트 팔 코드와 호환성을 유지합니다.
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AArch64의 예외 레벨 모델은 보안 시스템 설계 및 가상화 지원을 가능하게하는 4개의 특권 레벨(EL0-EL3)을 제공합니다. EL0은 비공개 사용자 모드 실행을 제공합니다. EL1은 운영 체제 커널을 지원하며, EL2는 하이퍼바이저 구현을 가능하게 하고 EL3는 TrustZone 보안 확장 기능을 위한 안전한 모니터 기능을 제공합니다.
건축 및 조직 등록
범용 등록 확장
AArch64는 30rty-one 64-bit 범용 레지스터 (X0-X30) 및 전용 제로 등록 및 스택 포인터를 제공하여 32 비트 팔에서 사용할 수있는 6 개의 등록에서 상당한 확장을 나타냅니다. 이 확장된 기록기 세트는 32 비트 ARM 프로그래밍의 1 차적인 한계의 한개, 기록기 압력은 자주 빈번한 기억 접근 및 한정된 최적화 기회를 강제했습니다.
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등록 naming 컨벤션은 64 비트 (X) 및 32 비트 (W) 운영과 32 비트 (W) 간의 명확한 구분을 제공하여 대상 등록의 32 비트를 자동으로 정리합니다. 이 행동은 uninitialized register 내용에서 잠재적인 보안 취약점을 삭제하고 혼합 크기 가동을 위한 청결한 semantics를 제공합니다.
특수 목적 등록 및 시스템 상태
AArch64는 스택 포인터(SP) 및 프로그램 카운터(PC) 운영을 위한 전용 레지스터를 유지하며, 32비트 팔에서 링크 등록 개념을 제거하고, 일반 목적 등록 X30을 사용하여 선호하는 주소로 지정합니다. 이 아키텍처는 프로세서 동작, 메모리 관리 및 보안 기능을 제어하는 시스템 등록을 통해 포괄적 인 시스템 상태 액세스를 제공합니다.
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시스템 등록 인터페이스는 대상 예외 수준이 포함되지 않은 naming 제도를 통해 프로세서 식별, 구성 및 제어 등록에 대한 액세스를 제공합니다. 이 조직은 시스템 프로그래밍을 단순화하고 다른 권한 수준에서 프로세서 동작에 정확한 제어를 가능하게합니다.
벡터 및 SIMD 등록 건축
AArch64는 고급 SIMD 운영 및 부동점 arithmetic을 지원하는 30rty-two 128-bit 벡터 등록 (V0-V31)을 제공합니다. 이 기록기는 다양한 데이터 유형과 벡터 작업을 지원하는 다양한 과립 (B, H, S, D, Q)에 액세스 할 수 있으며 32 비트 ARM NEON과 비교하여 크게 향상된 병렬 처리 기능을 제공합니다.
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벡터 등록 아키텍처는 포괄적인 데이터 유형 지원으로 흩어 뜨점 가동 및 고급 SIMD 처리를 지원합니다. 통합된 등록 파일은 프로그래밍을 단순화하고 scalar와 벡터 작업 사이의 효율적인 데이터 이동을 가능하게 합니다.
Instruction Set 아키텍처 및 인코딩
지침 형식 및 코딩 개선
AArch64는 다른 어떤 건축술에서 발견된 가변 길이 기호에 비교된 일정한 본 및 단순화된 해독을 제공하는 조정 32 비트 지시 기호 기호화를 이용합니다. 명령 형식은 32 비트 ARM의 상태 실행 필드를 제거하지만, 더 효율적인 프로세서 구현을 가능하게하는 전용 조건 분기 지침을 제공합니다.
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명령 인코딩은 다른 명령 유형의 일관된 패턴을 제공하며 효율적인 명령 디코딩 및 프로세서 구현을 단순화합니다. 즉각적인 가치 처리는 다른 이동량으로 이동 지침을 통해 중재 64 비트 상수의 건설을 지원합니다.
강화된 Addressing 형태
AArch64는 구현 단순성을 유지하면서 다양한 데이터 구조에 효율적인 액세스를 가능하게 하는 정교한 주소링 모드를 제공합니다. 주소링 모드는 즉각적인 오프셋을 포함하며, 선택적 스케일링과 오프셋을 등록하고, 효율적인 포인터 조작을 지원하는 사전/post-indexed 주소링.
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PC-relative 주소링 모드는 글로벌 데이터 및 기능 주소에 대한 위치 의존성 코드 생성 및 효율적인 액세스를 가능하게 합니다. ADRP 명령은 기호의 페이지 주소를로드하고, 이후 지침은 그 페이지 내에서 특정 오프셋에 액세스 할 수 있습니다.
데이터 처리 및 Arithmetic 지침
AArch64는 32비트와 64비트 오페라를 모두 지원하는 종합적이고 논리적인 작업을 제공합니다. 교육 설정은 즉각적인 가치 지원, 옵션 상태 플래그 설정 및 효율적인 코드 생성을 가능하게하는 일반적인 작업을위한 전문 지침을 포함합니다.
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arithmetic 지시는 일관된 naming 규칙을 가진 32 비트와 64 비트 변종 둘 다 제공합니다. 옵션 상태 플래그 설정은 많은 경우에 별도의 비교 지침을 필요로하지 않고 조건 작업의 효율적인 구현을 가능하게합니다.
제어 흐름 및 프로그램 구조
지점 안내 및 조건 실행
AArch64는 32 비트 팔의 조건부 실행 모델을 대체하고 깨끗한 명령 인코딩과 효율적인 프로세서 구현을 제공하는 전용 조건부 지우개 지침. 분기 지침은 다양한 조건 코드를 지원하며 짧은 범위와 장거리 분기 기능을 제공합니다.
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비교 및 브레이크 지침은 별도의 비교 및 지점 지침을 필요로하지 않고 일반적인 조건 패턴의 효율적인 구현을 가능하게합니다. test-bit-and-branch 지침은 flag 처리 및 비트 조작 알고리즘에 대한 효율적인 비트 테스트 기능을 제공합니다.
반복 구조 및 이탈 패턴
AArch64는 다양한 명령어 조합 및 주소링 모드를 통해 효율적인 루프 구현을 지원합니다. 건축의 강화된 기록기 세트 및 연결 기능은 고도로 낙관된 반복 생성을 가능하게 하고 지시 조사를 극소화하고 처리량을 확대합니다.
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Post-indexed addressing modes는 단일 지침에 따라 계산 및 메모리 액세스가 발생할 수있는 효율적인 포인터 기반 루프를 가능하게합니다. SIMD 지침은 반복 당 여러 데이터 요소를 처리 할 수 있으며 적절한 알고리즘에 대한 중요한 성능 개선을 제공합니다.
기능 통화 및 절차 링크
AArch64는 일관된 매개 변수 전달을 정의하는 절차 통화 표준 (PCS)을 따르고, 사용 등록 및 스택 관리 협약을 수행합니다. 호출 컨벤션은 더 많은 매개 변수를 전달하기 위해 확장 된 레지스터 세트의 장점을 가지고, 스택 트래픽을 줄이고 기능 호출 성능을 향상.
ο 회원 관리
호출 컨벤션은 첫 번째 8 매개 변수가 X0-X7을 등록하여 스택에 전달 된 추가 매개 변수를 지정합니다. 확장된 기록기 세트는 32 비트 팔과 비교된 감소된 더미 조작을 가진 능률적인 기능 전화를 가능하게 합니다.
메모리 관리 및 시스템 프로그래밍
가상 메모리 및 주소 번역
AArch64는 여러 페이지 크기, 여러 주소 공간 및 고급 메모리 관리 기능을 지원하는 정교한 가상 메모리 시스템을 구현합니다. 아키텍처는 최대 48 비트 가상 주소를 제공하며 4KB, 16KB 및 64KB 페이지를 포함하여 다양한 페이지 크기를 지원하며 유연한 메모리 관리 전략을 가능하게합니다.
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메모리 관리 시스템은 사용자 및 커널 주소 공간에 대한 별도의 번역 테이블을 제공하며 효율적인 컨텍스트 전환 및 메모리 보호 기능을 제공합니다. 메모리 속성 시스템은 다양한 캐싱 및 공유성 정책을 지원하여 다른 메모리 유형 및 사용 패턴에 최적화 할 수 있습니다.
예외 처리 및 시스템 통화
AArch64는 4개의 예외 수준과 종합적인 예외 벡터 테이블을 가진 간소화된 예외 취급 모델을 제공합니다. 예외 처리 메커니즘은 최소 프로세서 상태를 자동으로 저장하고 특권 레벨 간의 효율적인 전환을 제공합니다.
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예외 처리 모델은 범용 등록자의 명시적인 저장을 요구하는 동안 최소 국가 (SPSR 및 ELR)의 자동 절약을 제공합니다. 이 접근법은 다른 예외 유형의 유연성을 제공하면서 효율적인 예외 처리를 가능하게 합니다.
캐시 및 메모리 주문
AArch64는 멀티 프로세서 시스템 및 장치 드라이버의 효율적인 구현을 가능하게하는 포괄적 인 캐시 관리 및 메모리 주문 기능을 제공합니다. 아키텍처는 복잡한 메모리 계층 구조에서 올바른 프로그램 행동을 보장하는 다양한 캐시 유지 보수 작업 및 메모리 장벽 지침을 지원합니다.
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메모리 주문 모델은 전체 메모리 장벽을 필요로하지 않고 동기화 primitives의 효율적인 구현을 가능하게하는 인수 릴리스 semantics를 제공합니다. 독점적 인 액세스 지침은 원자 운영 및 잠금없는 프로그래밍 기술을 지원합니다.
고급 프로그래밍 기술
고급 SIMD 및 벡터 처리
AArch64는 다양한 데이터 유형, 고급 벡터 작동 및 scalar 및 벡터 레지스터 사이의 효율적인 데이터 움직임을 지원하는 32 비트 팔과 비교하여 향상된 SIMD 기능을 제공합니다. 벡터 명령 세트는 멀티미디어, 신호 처리 및 수학 알고리즘의 고성능 구현을 가능하게 합니다.
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벡터 명령어 세트는 lane-wise 작업, Cross-lane 작업 및 복잡한 알고리즘의 효율적인 구현을 가능하게 하는 데이터 재구성 지침을 지원합니다. 동일한 교육 스트림 내에서 여러 데이터 유형에서 작동 할 수있는 기능은 혼합 정밀도 계산에 유연성을 제공합니다.
Cryptographic 확장
AArch64는 AES, SHA 및 polynomial 다중 응용 프로그램을 포함한 일반적인 암호화 알고리즘에 대한 하드웨어 가속을 제공하는 옵션 암호화 확장 기능을 포함합니다. 이 확장은 보안 프로토콜과 암호화 애플리케이션의 고성능 구현을 가능하게 합니다.
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암호화 확장은 보안 크리티컬 애플리케이션에 대한 상당한 성능 개선을 제공하며 TLS, IPSec 및 디스크 암호화와 같은 프로토콜의 효율적인 구현을 가능하게합니다. 지침은 벡터 등록기에 작동하며 최대 효율을 위해 다른 SIMD 작업과 결합 할 수 있습니다.
성능 최적화 및 조정
AArch64 최적화는 프로세서 microarchitecture, 메모리 hierarchy 행동 및 교육 스케줄링 고려사항을 이해해야합니다. 현대 AArch64 프로세서는 정교한 아웃-of-order 실행 엔진을 고용하지만 주의적 인 명령 선택과 데이터 레이아웃은 여전히 중요한 성능 혜택을 제공 할 수 있습니다.
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AArch64의 성능 최적화는 이해 지점 예측 행동, 캐시 라인 활용 및 교육 수준 병렬화에서 혜택을 제공합니다. 확장된 기록기 세트는 더 공격적인 컴파일러 최적화를 가능하게 하고 기록기 정지된 건축술과 비교된 기억 트래픽을 감소시킵니다.
AArch64 어셈블리 언어는 고성능 컴퓨팅 응용 프로그램, 시스템 소프트웨어 개발 및 임베디드 시스템 프로그래밍을위한 강력한 현대 기반을 제공합니다. 이 깨끗한 64-bit 디자인, 향상된 SIMD 기능 및 포괄적인 시스템 프로그래밍 기능은 개발자가 현대 ARM 프로세서 기능을 완전히 활용할 수있는 효율적인 응용 프로그램을 만들 수 있습니다. AArch64 어셈블리 프로그래밍의 마스터리는 성능 크리티컬 애플리케이션, 시스템 수준 개발, 보안 연구 및 직접 하드웨어 제어 및 팔 플랫폼에서 최적의 리소스 활용을 필요로하는 모든 도메인에 필수적입니다. 다양한 컴퓨팅 플랫폼에서 성공적인 발전과 성장의 채택을 통해 미래의 컴퓨팅 도전 과제를 해결하고 모바일, 임베디드, 서버 컴퓨팅 시장에서 ARM을 성공적으로 수행 한 전력 효율과 성능 특성을 유지하면서 아키텍처의 지속적인 발전과 성장 채택을 보장합니다.