X86組合語言/X86架构及寄存器解释

X86架构

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

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
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

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

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

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

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

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

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

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

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

真實模式 (Real mode)

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）

參照: 保護模式 (維基百科)

16位元保護模式 (16-bit protected mode）

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）

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