Сборка — Регистры

Операции процессора в основном связаны с обработкой данных. Эти данные могут быть сохранены в памяти и доступны оттуда. Однако чтение данных из памяти и ее сохранение в памяти замедляет процессор, поскольку включает сложные процессы отправки запроса данных через шину управления и в блок хранения памяти и получения данных по одному и тому же каналу.

Чтобы ускорить работу процессора, процессор включает в себя несколько мест хранения внутренней памяти, называемых регистрами .

Регистры хранят элементы данных для обработки без необходимости доступа к памяти. Ограниченное количество регистров встроено в чип процессора.

Регистры процессора

В архитектуре IA-32 имеется десять 32-разрядных и шесть 16-разрядных процессорных регистров. Регистры сгруппированы в три категории —

• Общие регистры,
• Регистры управления и
• Сегментные регистры.

Общие регистры далее делятся на следующие группы —

• Регистры данных,
• Регистры указателя и
• Индексные регистры.

Регистры данных

Четыре 32-битных регистра данных используются для арифметических, логических и других операций. Эти 32-битные регистры можно использовать тремя способами:

• Как полные 32-битные регистры данных: EAX, EBX, ECX, EDX.

• Нижние половины 32-битных регистров могут использоваться как четыре 16-битных регистра данных: AX, BX, CX и DX.

• Нижняя и верхняя половины вышеупомянутых четырех 16-битных регистров могут использоваться как восемь 8-битных регистров данных: AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH и DL.

Как полные 32-битные регистры данных: EAX, EBX, ECX, EDX.

Нижние половины 32-битных регистров могут использоваться как четыре 16-битных регистра данных: AX, BX, CX и DX.

Нижняя и верхняя половины вышеупомянутых четырех 16-битных регистров могут использоваться как восемь 8-битных регистров данных: AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH и DL.

Некоторые из этих регистров данных имеют конкретное применение в арифметических операциях.

AX — основной аккумулятор ; он используется во вводе / выводе и большинстве арифметических инструкций. Например, в операции умножения один операнд сохраняется в регистре EAX или AX или AL в соответствии с размером операнда.

BX известен как базовый регистр , поскольку его можно использовать при индексированной адресации.

CX известен как регистр подсчета , так как регистры ECX, CX хранят счетчик циклов в итерационных операциях.

DX известен как регистр данных . Он также используется в операциях ввода / вывода. Он также используется с регистром AX вместе с DX для операций умножения и деления, связанных с большими значениями.

Регистры указателя

Регистры указателя являются 32-разрядными регистрами EIP, ESP и EBP и соответствующими 16-разрядными правыми частями IP, SP и BP. Есть три категории регистров указателей —

• Указатель инструкций (IP) — 16-битный регистр IP хранит адрес смещения следующей команды, которая должна быть выполнена. IP вместе с регистром CS (как CS: IP) дает полный адрес текущей инструкции в сегменте кода.

• Указатель стека (SP) — 16-разрядный регистр SP обеспечивает значение смещения в программном стеке. SP в сочетании с регистром SS (SS: SP) относится к текущей позиции данных или адреса в программном стеке.

• Базовый указатель (BP) — 16-битный регистр BP в основном помогает ссылаться на переменные параметра, передаваемые подпрограмме. Адрес в регистре SS объединяется со смещением в BP, чтобы получить местоположение параметра. BP также можно комбинировать с DI и SI в качестве базового регистра для специальной адресации.

Указатель инструкций (IP) — 16-битный регистр IP хранит адрес смещения следующей команды, которая должна быть выполнена. IP вместе с регистром CS (как CS: IP) дает полный адрес текущей инструкции в сегменте кода.

Указатель стека (SP) — 16-разрядный регистр SP обеспечивает значение смещения в программном стеке. SP в сочетании с регистром SS (SS: SP) относится к текущей позиции данных или адреса в программном стеке.

Базовый указатель (BP) — 16-битный регистр BP в основном помогает ссылаться на переменные параметра, передаваемые подпрограмме. Адрес в регистре SS объединяется со смещением в BP, чтобы получить местоположение параметра. BP также можно комбинировать с DI и SI в качестве базового регистра для специальной адресации.

Индексные регистры

32-разрядные индексные регистры ESI и EDI и их 16-разрядные крайние правые части. SI и DI, используются для индексированной адресации и иногда используются для сложения и вычитания. Есть два набора указателей индекса —

• Исходный индекс (SI) — используется в качестве исходного индекса для строковых операций.

• Указатель назначения (DI) — используется как указатель назначения для строковых операций.

Исходный индекс (SI) — используется в качестве исходного индекса для строковых операций.

Указатель назначения (DI) — используется как указатель назначения для строковых операций.

Регистры управления

Регистр указателя 32-битной инструкции и регистр 32-битных флагов рассматриваются как регистры управления.

Многие инструкции включают сравнения и математические вычисления и изменяют состояние флагов, а некоторые другие условные инструкции проверяют значение этих флагов состояния, чтобы перенести поток управления в другое место.

Общие биты флага:

• Флаг переполнения (OF) — указывает на переполнение старшего бита (крайнего левого бита) данных после арифметической операции со знаком.

• Флаг направления (DF) — определяет направление влево или вправо для перемещения или сравнения строковых данных. Когда значение DF равно 0, строковая операция принимает направление слева направо, а когда значение равно 1, строковая операция принимает направление справа налево.

• Флаг прерывания (IF) — определяет, будут ли игнорироваться или обрабатываться внешние прерывания, такие как ввод с клавиатуры и т. Д. Он отключает внешнее прерывание, когда значение равно 0, и разрешает прерывания, когда установлено значение 1.

• Trap Flag (TF) — позволяет настроить работу процессора в одношаговом режиме. Программа DEBUG, которую мы использовали, устанавливает флаг прерывания, чтобы мы могли выполнять выполнение одной инструкции за раз.

• Флаг знака (SF) — показывает знак результата арифметической операции. Этот флаг устанавливается в соответствии со знаком элемента данных после арифметической операции. Знак указывается старшим левым битом. Положительный результат очищает значение SF до 0, а отрицательный результат устанавливает его в 1.

• Нулевой флаг (ZF) — указывает результат арифметической операции или операции сравнения. Ненулевой результат очищает нулевой флаг до 0, а нулевой результат устанавливает его в 1.

• Вспомогательный флаг переноса (AF) — содержит перенос с бита 3 на бит 4 после арифметической операции; используется для специализированной арифметики. AF устанавливается, когда 1-байтовая арифметическая операция вызывает перенос из бита 3 в бит 4.

• Флаг четности (PF) — указывает общее количество 1-битов в результате, полученном в результате арифметической операции. Чётное число 1-бит очищает флаг четности до 0, а нечетное число 1-бит устанавливает флаг четности в 1.

• Флаг переноса (CF) — содержит перенос 0 или 1 из старшего бита (крайнего слева) после арифметической операции. Он также хранит содержимое последнего бита операции сдвига или поворота .

Флаг переполнения (OF) — указывает на переполнение старшего бита (крайнего левого бита) данных после арифметической операции со знаком.

Флаг направления (DF) — определяет направление влево или вправо для перемещения или сравнения строковых данных. Когда значение DF равно 0, строковая операция принимает направление слева направо, а когда значение равно 1, строковая операция принимает направление справа налево.

Флаг прерывания (IF) — определяет, будут ли игнорироваться или обрабатываться внешние прерывания, такие как ввод с клавиатуры и т. Д. Он отключает внешнее прерывание, когда значение равно 0, и разрешает прерывания, когда установлено значение 1.

Trap Flag (TF) — позволяет настроить работу процессора в одношаговом режиме. Программа DEBUG, которую мы использовали, устанавливает флаг прерывания, чтобы мы могли выполнять выполнение одной инструкции за раз.

Флаг знака (SF) — показывает знак результата арифметической операции. Этот флаг устанавливается в соответствии со знаком элемента данных после арифметической операции. Знак указывается старшим левым битом. Положительный результат очищает значение SF до 0, а отрицательный результат устанавливает его в 1.

Нулевой флаг (ZF) — указывает результат арифметической операции или операции сравнения. Ненулевой результат очищает нулевой флаг до 0, а нулевой результат устанавливает его в 1.

Вспомогательный флаг переноса (AF) — содержит перенос с бита 3 на бит 4 после арифметической операции; используется для специализированной арифметики. AF устанавливается, когда 1-байтовая арифметическая операция вызывает перенос из бита 3 в бит 4.

Флаг четности (PF) — указывает общее количество 1-битов в результате, полученном в результате арифметической операции. Чётное число 1-бит очищает флаг четности до 0, а нечетное число 1-бит устанавливает флаг четности в 1.

Флаг переноса (CF) — содержит перенос 0 или 1 из старшего бита (крайнего слева) после арифметической операции. Он также хранит содержимое последнего бита операции сдвига или поворота .

В следующей таблице указано положение битов флага в 16-битном регистре флагов:

Сегментные регистры

Сегменты — это определенные области, определенные в программе для хранения данных, кода и стека. Есть три основных сегмента —

• Сегмент кода — содержит все инструкции, которые должны быть выполнены. 16-битный регистр сегмента кода или регистр CS хранит начальный адрес сегмента кода.

• Сегмент данных — содержит данные, константы и рабочие области. 16-битный регистр сегмента данных или регистр DS хранит начальный адрес сегмента данных.

• Сегмент стека — содержит данные и адреса возврата процедур или подпрограмм. Он реализован в виде структуры данных стека. Регистр сегмента стека или регистр SS хранит начальный адрес стека.

Сегмент кода — содержит все инструкции, которые должны быть выполнены. 16-битный регистр сегмента кода или регистр CS хранит начальный адрес сегмента кода.

Сегмент данных — содержит данные, константы и рабочие области. 16-битный регистр сегмента данных или регистр DS хранит начальный адрес сегмента данных.

Сегмент стека — содержит данные и адреса возврата процедур или подпрограмм. Он реализован в виде структуры данных стека. Регистр сегмента стека или регистр SS хранит начальный адрес стека.

Помимо регистров DS, CS и SS существуют и другие регистры дополнительных сегментов — ES (дополнительный сегмент), FS и GS, которые предоставляют дополнительные сегменты для хранения данных.

При программировании на ассемблере программе необходим доступ к ячейкам памяти. Все области памяти в сегменте относятся к начальному адресу сегмента. Сегмент начинается с адреса, равномерно делимого на 16 или шестнадцатеричного числа 10. Таким образом, крайняя правая шестнадцатеричная цифра во всех таких адресах памяти равна 0, что обычно не сохраняется в регистрах сегментов.

Сегментные регистры хранят начальные адреса сегмента. Чтобы получить точное местоположение данных или инструкции в сегменте, требуется значение смещения (или смещение). Чтобы сослаться на любую ячейку памяти в сегменте, процессор объединяет адрес сегмента в регистре сегмента со значением смещения местоположения.

пример

Посмотрите на следующую простую программу, чтобы понять использование регистров в программировании сборки. Эта программа отображает 9 звезд на экране вместе с простым сообщением —

Live Demo

section	.text
   global _start	 ;must be declared for linker (gcc)
	
_start:	         ;tell linker entry point
   mov	edx,len  ;message length
   mov	ecx,msg  ;message to write
   mov	ebx,1    ;file descriptor (stdout)
   mov	eax,4    ;system call number (sys_write)
   int	0x80     ;call kernel
	
   mov	edx,9    ;message length
   mov	ecx,s2   ;message to write
   mov	ebx,1    ;file descriptor (stdout)
   mov	eax,4    ;system call number (sys_write)
   int	0x80     ;call kernel
	
   mov	eax,1    ;system call number (sys_exit)
   int	0x80     ;call kernel
	
section	.data
msg db 'Displaying 9 stars',0xa ;a message
len equ $ - msg  ;length of message
s2 times 9 db '*'