为什么x86跳转/呼叫指令使用相对位移而不是绝对目的地？

Question

我正在学习8086，有一个特别的问题困扰着我，我还没有找到令人满意的答案。

我知道CPU按顺序执行代码，如果想更改代码流，我们希望IP指向我们感兴趣的代码所在的新/旧地址。

现在，我的问题是，为什么当我们遇到跳转指令时，我们(我的意思是CPU)不去用标签对应的地址更新IP？

当我们遇到跳转指令时，有什么必要增加到IP中的位移？

照我的想法

1. 计算位移(即跳转标签到跳转后下一条指令的距离)和
2. 然后接受第二代人的赞美
3. 它最终被添加到IP中，以便IP指向标签所指向的地址/指令。

对我来说，这听起来像是更多的工作，而不是只是更新IP与相应的地址标签。但是，我相信这样做一定有原因，只是我不知道而已。

在8086，这种设计选择的原因是什么？

Answer 1

您大大高估了解码相对跳跃的CPU复杂度的成本。

1. 计算位移(即跳转标签到跳转后下一条指令的距离)
2. 然后接受第二代人的赞美

机器代码必须包含步骤2(有符号整数相对位移)的结果，所以所有这些都是在组装时完成的。在汇编程序中，减去两个整数地址已经给出了你需要的有符号2的补码位移。

使用相对位移有真正的好处，因此仅仅为了简化汇编程序的编写而使ISA变得更糟是没有任何意义的。您只需要编写一次汇编程序，但是机器上运行的一切都得益于更紧凑的代码和位置独立性。

相对分支位移是完全正常的，并且在大多数其他架构中也使用(例如ARM：https://community.arm.com/processors/b/blog/posts/branch-and-call-sequences-explained，其中固定宽度的指令使得直接绝对分支编码无论如何都不可能)。--它将使8086成为而不是的单数，使用相对分支编码.

update：也许并不完全是奇怪的。MIPS使用rel16 << 2进行beq / bne (MIPS指令固定在32位宽且始终对齐)。但是对于无条件的j (跳转)指令，它是有趣的是，它使用了伪直接编码。。它保持了PC机的高4位，直接用指令中编码的值代替PC[27:2]位。(同样，程序计数器的低2位总是0。)因此，在相同的地址空间的1/16范围内，j指令是直接跳转，不提供与位置无关的代码。这适用于jal (跳转链接= call)、使PIC代码中的函数调用效率降低 :( Linux以前需要PIC二进制文件、但显然现在不是 (但共享库仍然必须是PIC) )。

当CPU运行eb fe时，它所要做的就是将位移添加到IP中，而不是替换IP。由于非跳转指令已经通过增加指令长度来更新IP，加法器硬件已经存在.

请注意，符号延伸 8位位移到16位(或32位或64位)在硬件上是微不足道的:2的补充符号扩展只是复制符号位，这不需要任何逻辑门，只是连接一位到其余。(例如，0xfe变成0xfffe，而0x05变成0x0005。)

8086非常强调代码密度，提供了许多常用指令的简短形式。这是有意义的，因为代码提取是8086中最重要的瓶颈之一，所以较小的代码通常是更快的代码。

例如，存在两种形式的相对jmp，一种是rel8 (短)，另一种是rel16 (近)。(在后来的CPU中引入的32位和64位模式中，E9操作码是jmp rel32而不是rel16，但EB仍然是jmp rel8，因为函数内的跳转通常在-128/+127之内)。

但是call并没有什么特别的缩写，因为它在大多数情况下都不会有多大用处。那么，它为什么还要考虑相对位移而不是绝对位移呢？

x86确实有绝对的跳跃，但只适用于间接的或远的跳跃。(转到不同的代码段)。例如，EA操作码是“跳远、绝对、以操作数表示的地址”。。

要做一个绝对的近距离跳跃，只需mov ax, target_label / jmp ax。(或者用MASM语法，mov ax, OFFSET target_label)。

相对位移是位置无关的。

对这个问题的评论提出了这一点。

考虑一个机器代码块(已经组装好了)，其中有一些跳转。如果您将整个块复制到不同的起始地址(或更改CS基本地址，以便在与段的偏移量不同的情况下访问同一个块)，那么只有相对跳转才能继续工作。

要使标签+绝对地址解决同样的问题，必须用不同的ORG指令重新组装代码。显然，当你用一个远jmp改变CS时，这是不可能发生的！