第二章 認識處理器
中央處理器(CPU)在微機系統處於“領導核心”的地位。匯編語言被編譯成機器語言之後,將由處理器來執行。那麼,首先讓我們來了解一下處理器的主要作用,這將幫助你更好地駕馭它。
典型的處理器的主要任務包括從內存中獲取機器語言指令,譯碼,執行 根據指令代碼管理它自己的寄存器 根據指令或自己的的需要修改內存的內容響應其他硬件的中斷請求.
一般說來,處理器擁有對整個系統的所有總線的控制權。對於Intel平台而言,處理器擁有對數據、內存和控制總線的控制權,根據指令控制整個計算機的運行。在以後的章節中,我們還將討論系統中同時存在多個處理器的情況。
處理器中有一些寄存器,這些寄存器可以保存特定長度的數據。某些寄存器中保存的數據對於系統的運行有特殊的意義。
新的處理器往往擁有更多、具有更大字長的寄存器,提供更靈活的取指、尋址方式。
寄存器
如前所述,處理器中有一些可以保存數據的地方被稱作寄存器。
寄存器可以被裝入數據,你也可以在不同的寄存器之間移動這些數據,或者做類似的事情。基本上,像四則運算、位運算等這些計算操作,都主要是針對寄存器進行的。
首先讓我來介紹一下80386上最常用的4個通用寄存器。先瞧瞧下面的圖形,試著理解一下:
上圖中,數字表示的是位。我們可以看出,EAX是一個32-bit寄存器。同時,它的低16-bit又可以通過AX這個名字來訪問;AX又被分為高、低8bit兩部分,分別由AH和AL來表示。
對於EAX、AX、AH、AL的改變同時也會影響與被修改的那些寄存器的值。從而事實上只存在一個32-bit的寄存器EAX,而它可以通過4種不同的途徑訪問。
也許通過名字能夠更容易地理解這些寄存器之間的關系。EAX中的E的意思是“擴展的”,整個EAX的意思是擴展的AX。X的意思Intel沒有明示,我個人認為表示它是一個可變的量 。而AH、AL中的H和L分別代表高和低 。
為什麼要這麼做呢?主要由於歷史原因。早期的計算機是8位的,8086是第一個16位處理器,其通用寄存器的名字是AX,BX等等;80386是Intel推出的第一款IA-32系列處理器,所有的寄存器都被擴充為32位。為了能夠兼容以前的16位應用程序,80386不能將這些寄存器依舊命名為AX、BX,並且簡單地將他們擴充為32位——這將增加處理器在處理指令方面的成本。
Intel微處理器的寄存器列表(在本章先只介紹80386的寄存器,MMX寄存器以及其他新一代處理器的新寄存器將在以後的章節介紹)
通用寄存器
下面介紹通用寄存器及其習慣用法。顧名思義,通用寄存器是那些你可以根據自己的意願使用的寄存器,修改他們的值通常不會對計算機的運行造成很大的影響。通用寄存器最多的用途是計算。
EAX
32-bit寬
EBX
32-bit寬
ECX
32-bit寬
EDX
32-bit寬
上述寄存器同EAX一樣包括對應的16-bit和8-bit分組。
用作內存指針的特殊寄存器
ESI
32-bit寬
EDI
32-bit寬
EBP
32-bit寬
注意,這三個寄存器沒有對應的8-bit分組。換言之,你可以通過SI、DI、BP作為別名訪問他們的低16位,卻沒有辦法直接訪問他們的低8位。
段寄存器和選擇器
實模式下的段寄存器到保護模式下搖身一變就成了選擇器。不同的是,實模式下的“段寄存器”是16-bit的,而保護模式下的選擇器是32-bit的。
CS 代碼段,或代碼選擇器。同IP寄存器(稍後介紹)一同指向當前正在執行的那個地址。處理器執行時從這個寄存器指向的段(實模式)或內存(保護模式)中獲取指令。除了跳轉或其他分支指令之外,你無法修改這個寄存器的內容。 DS 數據段,或數據選擇器。這個寄存器的低16 bit連同ESI一同指向的指令將要處理的內存。同時,所有的內存操作指令 默認情況下都用它指定操作段(實模式)或內存(作為選擇器,在保護模式。這個寄存器可以被裝入任意數值,然而在這麼做的時候需要小心一些。方法是,首先把數據送給AX,然後再把它從AX傳送給DS(當然,也可以通過堆棧來做). ES 附加段,或附加選擇器。這個寄存器的低16 bit連同EDI一同指向的指令將要處理的內存。同樣的,這個寄存器可以被裝入任意數值,方法和DS類似。 FS F段或F選擇器(推測F可能是Free?)。可以用這個寄存器作為默認段寄存器或選擇器的一個替代品。它可以被裝入任何數值,方法和DS類似。 GS G段或G選擇器(G的意義和F一樣,沒有在Intel的文檔中解釋)。它和FS幾乎完全一樣。 SS 堆棧段或堆棧選擇器。這個寄存器的低16 bit連同ESP一同指向下一次堆棧操作(push和pop)所要使用的堆棧地址。這個寄存器也可以被裝入任意數值,你可以通過入棧和出棧操作來給他賦值,不過由於堆棧對於很多操作有很重要的意義,因此,不正確的修改有可能造成對堆棧的破壞。* 注意 一定不要在初學匯編的階段把這些寄存器弄混。他們非常重要,而一旦你掌握了他們,你就可以對他們做任意的操作了。段寄存器,或選擇器,在沒有指定的情況下都是使用默認的那個。這句話在現在看來可能有點稀裡糊塗,不過你很快就會在後面知道如何去做。
特殊寄存器(指向到特定段或內存的偏移量):
EIP 這個寄存器非常的重要。這是一個32位寬的寄存器 ,同CS一同指向即將執行的那條指令的地址。不能夠直接修改這個寄存器的值,修改它的唯一方法是跳轉或分支指令。(CS是默認的段或選擇器) ESP 這個32位寄存器指向堆棧中即將被操作的那個地址。盡管可以修改它的值,然而並不提倡這樣做,因為如果你不是非常明白自己在做什麼,那麼你可能造成堆棧的破壞。對於絕大多數情況而言,這對程序是致命的。(SS是默認的段或選擇器)IP: Instruction Pointer, 指令指針
SP: Stack Pointer, 堆棧指針
好了,上面是最基本的寄存器。下面是一些其他的寄存器,你甚至可能沒有聽說過它們。(都是32位寬):
CR0, CR2, CR3(控制寄存器)。舉一個例子,CR0的作用是切換實模式和保護模式。
還有其他一些寄存器,D0, D1, D2, D3, D6和D7(調試寄存器)。他們可以作為調試器的硬件支持來設置條件斷點。
TR3, TR4, TR5, TR6 和 TR? 寄存器(測試寄存器)用於某些條件測試。
最後我們要說的是一個在程序設計中起著非常關鍵的作用的寄存器:標志寄存器。
本節中部份表格來自David Jurgens的HelpPC 2.10快速參考手冊。在此謹表謝意。