AArch64

• オペコードは32ビット固定長。ただし、オペランドが後付され、全体として32ビット、64ビット、96ビットの3パターンでの不定長となる
• 31本の64ビット汎用レジスター
• ゼロレジスターの追加
• 従来は汎用レジスターと兼用だった、スタックポインター、リンクレジスター、プログラムカウンターは、専用レジスター化
• 複数レジスターを処理するLDM、STM、PUSH、POP命令はなくなったが、2つのレジスターのロード/ストアを搭載
• 条件付き命令が大幅に減少した。Thumb-2命令のIT命令相当も存在しない
• 待望の整数除算命令の追加
• 128ビットの結果を得る乗算命令の追加

AArch64では、64ビット命令により、64ビットの仮想アドレス空間を提供する能力を持つ。

実際の性能はプロセッサーの設計次第で、例えばARM Cortex-A57では、64ビット仮想アドレス(実際に使用しているのはうち48ビット)と、44ビットの物理メモリー空間(16Tiバイト)が提供されている。

AArch64は、大容量メモリーが必要なサーバー用途も想定されているようだが、実際にAArch64(ARMv8)を最初に大々的に導入したのは、Appleのスマートフォン用プロセッサーApple A7だった。

AArch64は2つのステート(実行モード)を持ち、合わせて三つの命令セットを持つ。

• AArch64ステート
  • 新命令セット「A64」
• AArch32ステート
  • 旧来のARM命令セット「A32」
  • Thumb命令セット「T32」

後方互換性のため、従来のAArch32ステートの機能を持っている。

64ビット化したからといって、命令長も64ビット化すると、単純に考えてコードサイズはおよそ倍に増大することになり、また命令フェッチの非効率化などの悪影響が想定される。

しかしAArch64の命令セットA64では、命令は従来同様32ビット長に抑えられた。従って、コードサイズが倍になったりすることはない。

従来の32ビット命令は全ての命令に条件が付けられるなどしており、効率面では決して良くはなかった。

A64では、シンプルな命令体系となり、効率的になった。さらに命令デコーダーを2系列持ち、効率的な動作を支援する。

A64では、殆どの整数命令で32ビット演算と64ビット演算が可能。

アセンブリ言語での表現では、整数演算でレジスターをWnと書けば32ビット演算、Xnと書けば64ビット演算となる。

レジスターバンク自体は64ビットであるが、32ビット演算を用いた場合、次のように動作する。

• ソースレジスターの上位32ビットは無視される
• デスティネーションレジスターの上位32ビットはゼロクリアされる
• 状態ビットは下位32ビットの演算結果を反映したものとなる

ARMv7-RとARMv7-Mには除算命令が追加されたものの、ARMv7-Aおよびそれ以前のARMには除算命令はなかった。

A64では、32ビット演算と64ビット演算それぞれで、符号あり/無しの除算命令が追加された。

剰余算は無いが、剰余は「被除数 − 除数 * 商」で算出可能で、これはMSUB命令を使うと1命令で実行できる。

この命令では0除算は確認されず、例外も発生しない。長いレイテンシーのあとで結果が0として返される。除算命令の前に除数の確認をするべきである。