汇编语言中的寄存器详解

汇编语言中的寄存器详解

汇编语言是计算机科学中的重要基础，而寄存器作为处理器内部的重要存储单元，对程序的执行效率有着至关重要的影响。本文将详细介绍IA-32架构中的寄存器类型及其功能，并通过一个简单的汇编程序实例展示寄存器的使用方法。

处理器操作主要涉及处理数据。这些数据可以存储在内存中并从内存中访问。然而，从存储器中读取数据并将数据存储到存储器中会减慢处理器的速度，因为它涉及复杂的过程，即通过控制总线将数据请求发送到存储器存储单元，然后通过同一通道获取数据。

为了加速处理器的操作，处理器包括一些内部内存存储位置，称为寄存器。

寄存器存储用于处理的数据元素，而无需访问内存。处理器芯片内置有限数量的寄存器。

处理器寄存器

IA-32体系结构中有10个 32 位和6个 16 位处理器寄存器。

存器分为三类：

• 通用寄存器
• 控制寄存器
• 段寄存器

通用寄存器进一步分为以下几类：

• 数据寄存器
• 指针寄存器
• 索引寄存器
• 数据寄存器

数据寄存器

4个32位数据寄存器用于算术、逻辑和其他操作。这些32位寄存器可以用3种方式使用：

• 作为完整的 32 位数据寄存器：EAX、EBX、ECX、EDX。
• 32 位寄存器的下半部分可以用作 4 个 16 位数据寄存器：AX、BX、CX和DX。
• 上述四个 16 位寄存器的下半部和上半部可以用作八个 8 位数据寄存器：AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH和DL。

其中一些数据寄存器在算术运算中有特定用途。

• AX 是主要的累加器; 它用于输入/输出和大多数算术指令。例如，在乘法运算中，根据操作数的大小，将一个操作数存储在EAX或AX或AL寄存器中。
• BX 称为基址寄存器，因为它可以用于索引寻址。
• CX 称为计数寄存器，因为ECX，CX寄存器在迭代操作中存储循环计数。
• DX 称为数据寄存器。它也用于输入/输出操作。它还与AX寄存器以及DX一起使用，用于涉及大数值的乘法和除法运算。

指针寄存器

指针寄存器是 32 位EIP，ESP和EBP寄存器以及相应的 16 位右部分IP，SP和BP。

指针寄存器分为三类：

• 指令指针（IP）-16 位IP寄存器存储要执行的下一条指令的偏移地址。与 CS 寄存器关联的 IP（作为 CS:IP）给出了代码段中当前指令的完整地址。
• 堆栈指针（SP）-16 位SP寄存器提供程序堆栈内的偏移值。与 SS 寄存器（SS:SP）关联的 SP 是指程序堆栈中数据或地址的当前位置。
• 基本指针（BP）-16 位BP寄存器主要帮助参考传递给子例程的参数变量。SS 寄存器中的地址与 BP 中的偏移量相结合，以获取参数的位置。BP 也可以与 DI 和 SI 组合用作特殊寻址的基址寄存器。

索引寄存器

32 位索引寄存器ESI和EDI及其最右边的 16 位部分。SI和DI用于索引寻址，有时用于加法和减法。

索引指针分为两种：

• 源索引（SI） -用作字符串操作的源索引。
• 目标索引（DI） -用作字符串操作的目标索引。

控制寄存器

将 32 位指令指针寄存器和 32 位标志寄存器组合起来视为控制寄存器。许多指令涉及比较和数学计算，并更改标志的状态，而其他一些条件指令则测试这些状态标志的值，以将控制流带到其他位置。

通用标志位是：

• 溢出标志（OF）：指示有符号算术运算后数据的高阶位（最左位）的溢出。
• 方向标记（DF）：它确定向左或向右移动或比较字符串数据的方向。DF值为 0 时，字符串操作为从左至右的方向；当DF值为 1 时，字符串操作为从右至左的方向。
• 中断标志（IF）：确定是否忽略或处理外部中断（例如键盘输入等）。当值为 0 时，它禁用外部中断，而当值为 1 时，它使能中断。
• 陷阱标志（TF）：允许在单步模式下设置处理器的操作。我们使用的
  DEBUG
  程序设置了陷阱标志，因此我们可以一次逐步执行一条指令。
• 符号标志（SF）：显示算术运算结果的符号。根据算术运算后数据项的符号设置此标志。该符号由最左位的高位指示。正结果将SF的值清除为 0，负结果将其设置为 1。
• 零标志（ZF）：指示算术或比较运算的结果。非零结果将零标志清零，零结果将其清零。
• 辅助进位标志（AF）：包含经过算术运算后从位 3 到位 4 的进位；用于专业算术。当1字节算术运算引起从第 3 位到第 4 位的进位时，将设置AF。
• 奇偶校验标志（PF）：指示从算术运算获得的结果中 1 位的总数。偶数个 1 位将奇偶校验标志清为 0，奇数个 1 位将奇偶校验标志清为 1。
• 进位标志（CF）：在算术运算后，它包含一个高位（最左边）的 0 或 1 进位。它还存储移位或旋转操作的最后一位的内容。

下表列出了 16 位标志寄存器中标志位的位置：

标志 O D I T S Z A P C
位号 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

段寄存器

段是程序中定义的特定区域，用于包含数据，代码和堆栈。有 3 个主要部分：

• 代码段：它包含所有要执行的指令。16 位代码段寄存器或 CS 寄存器存储代码段的起始地址。
• 数据段：它包含数据，常量和工作区。16 位数据段寄存器或 DS 寄存器存储数据段的起始地址。
• 堆栈段：它包含数据或过程或子例程的返回地址。它被实现为 "堆栈" 数据结构。堆栈段寄存器或 SS 寄存器存储堆栈的起始地址。

除了 DS，CS 和 SS 寄存器外，还有其他段寄存器 -ES（额外段），FS和GS，它们提供了用于存储数据的其他段。在汇编语言中，程序需要访问存储器位置。段中的所有存储位置都相对于段的起始地址。段的起始地址可以是 16 或十六进制的整数，因此，所有此类存储地址中最右边的十六进制数字为 0，通常不存储在段寄存器中。

段寄存器存储段的起始地址。为了获得数据或指令在段中的确切位置，需要一个偏移值（或位移）。为了引用段中的任何存储位置，处理器将段寄存器中的段地址与该位置的偏移值进行组合。

实例

查看以下简单程序，以了解汇编程序中寄存器的使用。

该程序在屏幕上显示 9 个星星以及一条简单消息:

   1.   
section .text
   2.   
   global _start         ;必须声明链接器(gcc)
   3.   
   4.   
_start:          ;告诉链接器入口点
   5.   
   mov  edx,len  ;消息长度
   6.   
   mov  ecx,msg  ;消息内容
   7.   
   mov  ebx,1    ;文件描述 (stdout)
   8.   
   mov  eax,4    ;系统调用编号 (sys_write)
   9.   
   int  0x80     ;调用内核
   10.   
   11.   
   mov  edx,9    ;消息长度
   12.   
   mov  ecx,s2   ;消息内容
   13.   
   mov  ebx,1    ;文件描述 (stdout)
   14.   
   mov  eax,4    ;系统调用编号 (sys_write)
   15.   
   int  0x80     ;调用内核
   16.   
   17.   
   mov  eax,1    ;系统调用编号 (sys_write)
   18.   
   int  0x80     ;调用内核
   19.   
   20.   
section .data
   21.   
msg db 'Displaying 9 stars',0xa ;消息内容
   22.   
len equ $ - msg  ;消息长度
   23.   
s2 times 9 db '*'

运行一下

结果如下:

   1.   
Displaying 9 stars
   2.   
*********