X86組合語言/X86架构及寄存器解释
X86架构
编辑x86架构有8个通用寄存器(GPR)、6段寄存器、1个标志寄存器和指令指针。 64位的x86有附加的寄存器。
通用寄存器(GPR) - 32位命名约定
编辑8个GPR是:
- 累加器寄存器(AX)。用在算术运算。
- 基址寄存器(BX)。作为一个指向数据的指针(在分段模式下,位于段寄存器DS)。
- 计数器寄存器(CX)。用于移位/循环指令和循环。
- 数据寄存器(DX)。用在算术运算和I/O操作。
- 堆栈指针寄存器(SP)。用于指向堆栈的顶部。
- 栈基址指针寄存器(BP)。用于指向堆栈的底部。
- 源变址寄存器(SI)。在流操作中用作源的一个指针。
- 目标索引寄存器(DI)。用作在流操作中指向目标的指针。
将它们以这样的顺序列出是有原因的:这个顺序和堆栈操作中推入栈中的次序相同,我们以后会讲到。
所有寄存器都可以在16位和32位模式下被访问。在16位模式下,通过上面的列表中两个字母的缩写来确定该寄存器。在32位模式下,这两个字母的缩写名字前有“E”(extended,延伸)。例如,“EAX'是累加器寄存器作为一个32位的值。
类似地,在64位的版本,“E”被替换为“R”,所以在64位版本“EAX'被称为'RAX'。
寄存器 | 累加器 | 计数器 | 数据 | 基址 | 堆栈指针 | 栈基址指针 | 源变址 | 目标索引 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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64-bit | RAX | RCX | RDX | RBX | RSP | RBP | RSI | RDI | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
32-bit | EAX | ECX | EDX | EBX | ESP | EBP | ESI | EDI | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
16-bit | AX | CX | DX | BX | SP | BP | SI | DI | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
8-bit | AH | AL | CH | CL | DH | DL | BH | BL |
指標暫存器
编辑暫存器別名 | 暫存器 | 預設的 區段暫存器 |
暫存器示意圖 | ||||||||
來源索引暫存器 | ESI = 32 bits SI = 16 bits |
| |||||||||
目的索引暫存器 | EDI = 32 bits DI = 16 bits |
| |||||||||
堆疊指標暫存器 | ESP = 32 bits SP = 16 bits |
SS |
| ||||||||
基底指標暫存器 | EBP = 32 bits BP = 16 bits |
| |||||||||
程式指標暫存器 | EIP = 32 bits IP = 16 bits |
CS |
|
區段暫存器
编辑暫存器別名 | 暫存器 | 暫存器示意圖 | |||
程式區段暫存器 | CS = 16 bits |
| |||
資料區段暫存器 | DS = 16 bits |
| |||
堆疊區段暫存器 | SS = 16 bits |
| |||
額外區段暫存器 | ES = 16 bits |
| |||
額外區段暫存器 (80386以後出現) |
FS = 16 bits |
| |||
額外區段暫存器 (80386以後出現) |
GS = 16 bits |
|
- 在真實模式或虛擬86模式時,『區段暫存器』用來擴展定址的範圍由 64 KByte 到 1 MByte 。
- 在保護模式時,『區段暫存器』將變成『選擇子暫存器』,用為對於程序與記憶體存取權限的控管的索引。
大多现代操作系统(如FreeBSD、Linux或Windows)的大多应用程序使用将几乎所有段寄存器都指向同一位置(并使用页面),从而便捷地停用这些寄存器。
EFLAGS寄存器
编辑EFLAGS寄存器,在台湾也称为“旗標暫存器”,是用一系列表示布尔值的位来存储操作的结果和处理器状态的32位寄存器。
这些位的名称是:
31 | 30 | 29 | 28 | 27 | 26 | 25 | 24 | 23 | 22 | 21 | 20 | 19 | 18 | 17 | 16 |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ID | VIP | VIF | AC | VM | RF |
15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
0 | NT | IOPL | OF | DF | IF | TF | SF | ZF | 0 | AF | 0 | PF | 1 | CF |
- AF:輔助進位旗標
- CF:進位旗標
- OF:溢位旗標
- SF:符號(負號)旗標
- PF:奇偶旗標
- ZF:零值旗標
- DF:方向旗標
- IF:中斷旗標
- TF:單步旗標
指令指针
编辑如果没有创建过分支,EIP寄存器包含下一条将要执行的指令的地址。
EIP只能在一个call
指令后从堆栈读出。
内存中字的存储
编辑x86架构是小端序的,即多字节数值的最低位字节首先写入。(这只针对字节的排序,不对于位。)
所以x86上的32位数值B3B2B1B016在内存中会表示为:
B0
|
B1
|
B2
|
B3
|
例如,32位的双字0x1BA583D4 (0x表示十六进制)在内存中写为:
D4
|
83
|
A5
|
1B
|
执行内存转储时会把其视为0xD4 0x83 0xA5 0x1B
。
二进制补码表示
编辑二进制补码是以二进制表示负整数的标准方式。符号是由对所有的位取反并加一来改变的。
开始: | 0001
|
取反: | 1110
|
加一: | 1111
|
0001表示十进制的1
1111表示十进制的-1
寻址方式
编辑寻址方式给出了操作数给出的方式。
- 寄存器寻址
- (操作数地址R所在地址字段)
mov ax, bx ; moves contents of register bx into ax
- Immediate
- (实际地址所在字段)
mov ax, 1 ; moves value of 1 into register ax
或
mov ax, 010Ch ; moves value of 0x010C into register ax
- 直接存储器寻址
- (操作数地址所在地址字段)
.data
my_var dw 0abcdh ; my_var = 0xabcd
.code
mov ax, my_var ; copy my_var content in ax (ax=0xabcd)
mov ax, [my_var] ; copy the content of memory that my_var pointed at to ax
- 直接偏移寻址
- (通过算数改变地址)
byte_tbl db 12,15,16,22,..... ; Table of bytes
mov al,[byte_tbl+2]
mov al,byte_tbl[2] ; same as the former
- 寄存器间接寻址
- (field points to a register that contains the operand address)
mov ax,[di]
- The registers used for indirect addressing are BX, BP, SI, DI
- 基址
mov ax,[bx + di]
- 例如,如果我们是在讨论一个数组,BX包含数组的起始地址和DI包含数组的索引。
- 基址变址:
mov ax,[bx + di + 10]
栈
编辑栈是一个后进先出(LIFO)的数据结构,数据被压到栈顶并会以逆序出栈。
mov ax, 006Ah
mov bx, F79Ah
mov cx, 1124h
push ax
你将AX中的数值压入栈顶, 它现在的数值为$006A。
push bx
你对BX中的数值做相同的操作,现在栈中有$006A和$F79A。
push cx
如今栈中有$006A、$F79A和$1124。
call do_stuff
Do some stuff. The function is not forced to save the registers it uses, hence us saving them.
pop cx
取出最后一个压入栈中的元素到CX,即$1124;现在栈中有$006A和$F79A.
pop bx
取出最后一个压入栈中的元素到BX,即$F79A;现在栈中只有$006A。
pop ax
取出最后一个压入栈中的元素到AX,即$006A;现在栈是空的。
栈通常用来向函数或过程传递参数,并用来记录call
指令使用时的控制流。栈的另一个常见的用途是临时存储寄存器。
CPU的工作模式
编辑真實模式 (Real mode)
编辑- 參照: 真實模式 (維基百科)
- 特性:
- 記憶體定址限制: 1 MByte (每一個記憶體區段限定 64 Kbyte, 使用區段暫存器擴展可存取的記憶體範圍到 1 MByte)
- 暫存器與資料操作寬度: 16 bits 與 8 bits
保護模式 (Protected Mode)
编辑- 參照: 保護模式 (維基百科)
16位元保護模式 (16-bit protected mode)
编辑- 特性:
- 記憶體定址限制: 16 MByte
- 暫存器與資料操作寬度: 16 bits 與 8 bits
32位元保護模式 (32-bit protected mode)
编辑- 特性:
- 記憶體定址限制: 4 GByte
- 暫存器與資料操作寬度: 32 bits 與 16 bits 與 8 bits