x86 体系结构
Intel x86 处理器使用复杂指令集计算机 (CISC) 体系结构，这意味着有少量的特殊用途寄存器，而不是大量的通用寄存器。 这也意味着复杂的特殊用途指令将占主导地位。
x86 处理器至少追溯到 8 位 Intel 8080 处理器的遗产。 x86 指令集中的许多特殊性是由于该处理器 (及其 Zilog Z-80 变体) 向后兼容。
Microsoft Win32 在 32 位平面模式下使用 x86 处理器。 本文档仅重点介绍平面模式。
寄存 器
x86 体系结构由以下无特权整数寄存器组成。
eax |
蓄电池 |
ebx |
基寄存器 |
ecx |
计数器寄存器 |
edx |
数据寄存器 - 可用于 I/O 端口访问和算术函数 |
Esi |
源索引寄存器 |
Edi |
目标索引寄存器 |
Ebp |
基指针寄存器 |
Esp |
堆栈指针 |
所有整数寄存器均为 32 位。 但是，其中许多都有 16 位或 8 位子注册表。
ax |
低 16 位 eax |
bx |
低 16 位 ebx |
cx |
低 16 位 ecx |
dx |
低 16 位 edx |
si |
低 16 位 esi |
di |
低 16 位 edi |
bp |
低 16 位 ebp |
sp |
低 16 位 esp |
al |
低 8 位 eax |
啊 |
高 8 位 ax |
bl |
低 8 位 ebx |
bh |
高 8 位 bx |
Cl |
低 8 位 ecx |
ch |
高 8 位 cx |
Dl |
低 8 位 edx |
dh |
高 8 位 dx |
在子注册上操作仅影响子注册表，而不会影响子注册表外部的任何部分。 例如，存储到 ax 寄存器时， eax 寄存器的高 16 位保持不变。
使用 ？ (Evaluate Expression) 命令时，寄存器的前缀应为“at”符号 ( @ ) 。 例如，应使用 ？ @ax 而不是 ？ ax。 这可确保调试器将 ax 识别为寄存器而不是符号。
但是， r (Registers) 命令中不需要 (@) 。 例如， r ax=5 将始终正确解释。
另外两个寄存器对于处理器的当前状态非常重要。
Eip |
指令指针 |
flag |
flags |
指令指针是正在执行的指令的地址。
标志寄存器是单位标志的集合。 许多指令会更改标志来描述指令的结果。 然后，可以通过条件跳转指令测试这些标志。 有关详细信息 ，请参阅 x86 标志 。
调用约定
x86 体系结构具有多个不同的调用约定。 幸运的是，它们都遵循相同的寄存器保留和函数返回规则：
函数必须保留所有寄存器， eax、 ecx 和 edx 除外（可在函数调用中更改）和 esp（必须根据调用约定进行更新）。
如果结果为 32 位或更小，则 eax 寄存器接收函数返回值。 如果结果为 64 位，则结果存储在 edx：eax 对中。
下面是 x86 体系结构上使用的调用约定的列表：
Win32 (__stdcall)
函数参数在堆栈上传递，从右向左推送，被调用方清理堆栈。
本机 C++ 方法调用 (也称为 thiscall)
函数参数在堆栈上传递，从右向左推送，“this”指针在 ecx 寄存器中传递，被调用方清理堆栈。
适用于 C++ 方法调用 的 COM (__stdcall)
函数参数在堆栈上传递，从右向左推送，然后将“this”指针推送到堆栈上，然后调用函数。 被调用方清理堆栈。
__fastcall
前两个 DWORD 或较小的参数在 ecx 和 edx 寄存器中传递。 其余参数在堆栈上传递，从右向左推送。 被调用方清理堆栈。
__cdecl
函数参数在堆栈上传递，从右向左推送，调用方清理堆栈。 __cdecl调用约定用于具有可变长度参数的所有函数。
寄存器和标志的调试器显示
下面是调试器寄存器显示示例：
eax=00000000 ebx=008b6f00 ecx=01010101 edx=ffffffff esi=00000000 edi=00465000
eip=77f9d022 esp=05cffc48 ebp=05cffc54 iopl=0 nv up ei ng nz na po nc
cs=001b ss=0023 ds=0023 es=0023 fs=0038 gs=0000 efl=00000286
在用户模式调试中，可以忽略 iopl 和调试器显示的最后一行。
x86 标志
在前面的示例中，第二行末尾的两个字母代码是 标志。 这些是单位寄存器，具有多种用途。
下表列出了 x86 标志：
| 标记代码 | 标志名称 | 值 | 标志状态 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 的 | 溢出标志 | 0 1 | nvov | 无溢出 - 溢出 |
| df | 方向标志 | 0 1 | updn | 向上方向 - 向下方向 |
| if | 中断标志 | 0 1 | diei | 已禁用中断 - 已启用中断 |
| S f | 签名标志 | 0 1 | plng | 正 (或零) - 负 |
| Zf | 零标志 | 0 1 | nzzr | 非零 - 零 |
| Af | 辅助携带标志 | 0 1 | naac | 无辅助携带 - 辅助携带 |
| pf | 奇偶校验标志 | 0 1 | pepo | 奇偶校验奇数 - 奇偶校验偶数 |
| cf | 携带标志 | 0 1 | nccy | 无携带 - 携带 |
| Tf | 陷阱标志 | 如果 tf 等于 1，处理器在执行一条指令后将引发STATUS_SINGLE_STEP异常。 调试器使用此标志来实现单步跟踪。 其他应用程序不应使用它。 | ||
| iopl | I/O 特权级别 | I/O 特权级别 这是一个两位整数，其值介于 0 和 3 之间。 操作系统使用它来控制对硬件的访问。 应用程序不应使用它。 |
当寄存器作为调试器命令窗口中的某个命令显示时，显示的是 标志状态 。 但是，如果要使用 r (Registers) 命令更改标志，则应通过 标志代码引用它。
在 WinDbg 的“寄存器”窗口中，标志代码用于查看或更改标志。 不支持标志状态。
以下是一个示例。 在前面的寄存器显示中，将显示标志状态 ng 。 这意味着符号标志当前设置为 1。 若要更改此设置，请使用以下命令：
r sf=0
这会将符号标志设置为零。 如果执行另一个寄存器显示，则不会显示 ng 状态代码。 相反，将显示 pl 状态代码。
标志、零标志和携带标志是最常用的标志。
条件
条件描述一个或多个标志的状态。 x86 上的所有条件操作都以条件条款表示。
汇编程序使用一个或两个字母缩写来表示条件。 一个条件可以由多个缩写表示。 例如，AE (“高于或等于”) 与 NB (“不低于”) 相同。 下表列出了一些常见条件及其含义。
| 条件名称 | Flags | 含义 |
|---|---|---|
Z |
ZF=1 |
最后一个操作的结果为零。 |
NZ |
ZF=0 |
最后一个操作的结果不是零。 |
C |
CF=1 |
最后一次操作需要携带或借入。 (对于无符号整数，这表示 overflow.) |
NC |
CF=0 |
上次操作不需要携带或借入。 (对于无符号整数，这表示 overflow.) |
S |
SF=1 |
最后一个操作的结果具有其高位集。 |
NS |
SF=0 |
最后一个操作的结果具有其高位清晰。 |
O |
OF=1 |
当被视为有符号整数运算时，最后一个运算会导致溢出或下溢。 |
是 |
OF=0 |
当被视为有符号整数运算时，最后一个操作不会导致溢出或下溢。 |
条件还可用于比较两个值。 cmp 指令比较其两个操作数，然后设置标志，就像从另一个操作数减去一个操作数一样。 以下条件可用于检查 cmpvalue1， value2 的结果。
| 条件名称 | Flags | CMP 操作后的含义。 |
|---|---|---|
E |
ZF=1 |
value1 == value2。 |
NE |
ZF=0 |
value1 ！= value2。 |
| GE NL | SF=OF |
value1>= value2。 值被视为有符号整数。 |
| LE NG | ZF=1 或 SF！=OF |
value1<= value2。 值被视为有符号整数。 |
| G NLE | ZF=0 和 SF=OF |
value1>value2。 值被视为有符号整数。 |
| L NGE | SF！=OF |
value1<value2。 值被视为有符号整数。 |
| AE NB | CF=0 |
value1>= value2。 值被视为无符号整数。 |
| BE NA | CF=1 或 ZF=1 |
value1<= value2。 值被视为无符号整数。 |
| A NBE | CF=0 和 ZF=0 |
value1>value2。 值被视为无符号整数。 |
| B NAE | CF=1 |
value1<value2。 值被视为无符号整数。 |
条件通常用于处理 cmp 或 测试 指令的结果。 例如，
cmp eax, 5
jz equal
通过计算 表达式 (eax - 5) 并根据结果设置标志，将 eax 寄存器与数字 5 进行比较。 如果减法的结果为零，则将设置 zr 标志， jz 条件为 true，因此将进行跳转。
数据类型
字节：8 位
word： 16 位
dword：32 位
qword：64 位 (包括浮点双精度)
第二个：80 位 (包括浮点扩展双精度)
oword：128 位
符号
下表指示用于描述汇编语言指令的表示法。
| 表示法 | 含义 |
|---|---|
r、 r1、 r2... |
寄存器 |
m |
内存地址 (有关详细信息，请参阅后续寻址模式部分。) |
#n |
即时常量 |
r/m |
寄存器或内存 |
r/#n |
注册或即时常量 |
r/m/#n |
寄存器、内存或即时常量 |
Cc |
上述条件部分中列出的条件代码。 |
T |
“B”、“W”或“D” (字节、word 或 dword) |
accT |
大小 T 累加器： 如果T = “B”，则 为 ax ，如果 T = “W”，则为 eax （如果 T = “D” |
寻址模式
有几种不同的寻址模式，但它们都采用 T ptr [expr] 的形式，其中 T 是某种数据类型 (请参阅前面的数据类型部分) expr 是涉及常量和寄存器的一些表达式。
大多数模式的表示法可以毫不困难地推断出来。 例如， BYTE PTR [esi+edx*8+3] 表示“获取 esi 寄存器的值，将 edx 寄存器的值加到它的 8 倍，再加 3，然后访问生成的地址处的字节。
流水线
Pentium 是双问题，这意味着它可以在一个时钟滴答声中执行最多两个操作。 但是，有关何时能够同时执行两项操作 (称为 配对) 的规则非常复杂。
由于 x86 是 CISC 处理器，因此不必担心跳转延迟槽。
同步内存访问
加载、修改和存储指令可以接收 锁 前缀，该前缀修改指令，如下所示：
在发出指令之前，CPU 将刷新所有挂起的内存操作，以确保一致性。 放弃所有数据预提取。
发出指令时，CPU 将具有对总线的独占访问权限。 这可确保加载/修改/存储操作的原子性。
每当 xchg 指令与内存交换值时，它都会自动遵守前面的规则。
所有其他指令默认为非锁定。
跳转预测
预计会无条件跳跃。
根据上一次执行时是否执行条件跳转，预测是否执行条件跳转。 用于记录跳转历史记录的缓存大小有限。
如果 CPU 没有记录条件跳转是否在上次执行时进行了条件跳转，则会将后向条件跳转预测为已执行，而前向条件跳转则预测为未执行。
对准
x86 处理器将自动更正未对齐的内存访问，但会降低性能。 不会引发异常。
如果地址是对象大小的整数倍，则内存访问被视为对齐。 例如，所有 BYTE 访问都对齐 (所有内容都是 1) 的整数倍，WORD 对偶数地址的访问是对齐的，DWORD 地址必须是 4 的倍数才能对齐。
锁前缀不应用于未对齐的内存访问。