程序计数器PC详解

   冯 ·诺伊曼计算机体系结构的主要内容之一就是“程序预存储，计算机自动执行”！处理器要执行的程序（指令序列）都是以二进制代码序列方式预存储在计算机的存储器中，处理器将这些代码逐条地取到处理器中再译码、执行，以完成整个程序的执行。为了保证程序能够连续地执行下去，CPU必须具有某些手段来确定下一条取指指令的地址。程序计数器（PC ）正是起到这种作用，所以通常又称之为‘指令计数器’。CPU总是按照PC的指向对指令序列进行取指、译码和执行，也就是说，最终是PC 决定了程序运行流向。故而，程序计数器（PC ）属于特别功能寄存器范畴，不能自由地用于存储其他运算数据。
  在程序开始执行前，将程序指令序列的起始地址，即程序的第一条指令所在的内存单元地址送入PC，CPU 按照 PC的指示从内存读取第一条指令（取指）。当执行指令时，CPU自动地修改PC 的内容，即每执行一条指令PC增加一个量，这个量等于指令所含的字节数（指令字节数），使 PC总是指向下一条将要取指的指令地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改PC 的过程通常只是简单的对PC 加“指令字节数”。
  当程序转移时，转移指令执行的最终结果就是要改变PC的值，此PC值就是转去的目 标地址。处理器总是按照PC 指向取指、译码、执行，以此实现了程序转移。
  ARM 处理器中使用R15 作为PC，它总是指向取指单元，并且ARM 处理器中只有一个PC 寄存器，被各模式共用。R15 有32 位宽度（下述标记为R15[31:0]，表示R15 的‘第31位’到‘第0位’），ARM 处理器可以直接寻址4GB 的地址空间（2^32 = 4G ）。
  (解释什么是字对齐什么是半字对齐)存储器是计算机中用于记忆数据信息的电子装置，它通过记忆“高/低”电平记忆“1/0”能记忆 1 位“1/0”数据的电子单元，称之为存储元，计算机中的存储器通常将每8 个这样的存储元组成一个单元，称之为字节，字节是处理器访问存储器的最小单位。ARM 处理器对存储器空间的访问分辨率以字节为最小单位；ARM 处理器还支持 16bit 数据（2 字节）的存储器访问和 32bit数据（4 子节）的存储器访问。在ARM 中将32 位的数据称之为‘字’，将 16 位的数据称之为‘半字’。
   ARM 处理器在对于“字”/ “半字”数据进行访问时，对数据的存储格式是有要求的。要求被访问的“半字”必须存放在存储器紧邻的两个字节单元，并且首字节地址必须能被2整除，这样存储的 16bit 数据称为 ‘半字对齐’存储数据，16bit 数据这样的存储方式称为 ‘半字对齐’存储。类似的，ARM 处理器在进“字”数据访问时，要求被访问的“字”必须 存放在存储器紧邻的4 个字节单元，并且首字节地址必须能被4 整除，这样存储的32bit 数 据称为‘字对齐’存储数据，32bit 数据这样的存储方式称为‘字对齐’存储。
  能被2 整除数据的二进制表示，其最低位一定是‘0’；能被4 整除数据的二进制表示，其最低两位一定是‘00’。ARM 体系要求32 位长的ARM 指令在存储器中必须字对齐存储，16 位长的 Thumb 指令必须半字对齐存储。因此，在ARM 状态下，R15 的值总是能被4 整除，也就是R15 寄存器的最低2 位总是 0；Thumb 状态下，R15 的值总是能被2 整除，也就是R15 寄存器的最低位总是0。

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