X86組合語言/X86架构及寄存器解释

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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:

  1. 累加器寄存器(AX)。用在算术运算。
  2. 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)。
  3. 计数器寄存器(CX)。用于移位/循环指令和循环。
  4. 数据寄存器(DX)。用在算术运算和I/O操作。
  5. 堆栈指针寄存器(SP)。用于指向堆栈的顶部。
  6. 栈基址指针寄存器(BP)。用于指向堆栈的底部。
  7. 源变址寄存器(SI)。在流操作中用作源的一个指针。
  8. 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
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

31 16 15 0
ESI
SI


目的索引暫存器 EDI = 32 bits
DI = 16 bits

31 16 15 0
EDI
DI


堆疊指標暫存器 ESP = 32 bits
SP = 16 bits
SS
31 16 15 0
ESP
SP


基底指標暫存器 EBP = 32 bits
BP = 16 bits

31 16 15 0
EBP
BP


程式指標暫存器 EIP = 32 bits
IP = 16 bits
CS
31 16 15 0
EIP
IP


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
15 0
CS


資料區段暫存器 DS = 16 bits
15 0
DS


堆疊區段暫存器 SS = 16 bits
15 0
SS


額外區段暫存器 ES = 16 bits
15 0
ES


額外區段暫存器
(80386以後出現)
FS = 16 bits
15 0
FS


額外區段暫存器
(80386以後出現)
GS = 16 bits
15 0
GS


  • 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:

小端序表示法
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:

小端序例子
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。

二进制补码例子
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

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] ; idem as above
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]

[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]

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

虛擬86模式[编辑]