X86架构寄存器介绍

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X86架构寄存器介绍

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CSDN

https://blog.csdn.net/sinat_56559405/article/details/146482942

X86架构是计算机领域最广泛使用的处理器架构之一，其寄存器系统的设计对理解计算机体系结构至关重要。本文将详细介绍X86架构中的各种寄存器，包括它们的功能、作用以及在不同模式下的表现。

通用寄存器

8个通用寄存器，分别是：EAX、EBX、ECX、EDX、EBP、ESP、EDI、ESI，其中，低16位又可以组成8个16位的寄存器。另外，AX、BX、CX、DX，每个又可以细分为两个8位的寄存器。

在64位系统中，分别叫做RAX、RBX、RCX、RDX、RBP、RSP、RSI、RDI。

段寄存器

8086有6个16位的段寄存器：CS、DS、SS、ES、FS、GS。

CS：代码段寄存器，指向包含程序指令的段
DS：数据段寄存器，指向包含静态数据或全局数据的段
SS：栈段寄存器，指向包含当前程序栈的段
ES、FS、GS:一般用途，可以指向任何段

16位的段寄存器不能保存32位的段基地址，所以，需要增加段描述符（8字节），在段描述符中，分出4字节作为段基地址。而段寄存器只用来保存段选择符，段选择符用于定位段描述符表中的表项。

段选择符结构

16位长段选择符结构如下：

指令指针寄存器和标志寄存器

EIP: 指令寄存器可以说是CPU中最最重要的寄存器了，它指向了下一条要执行的指令所存放的地址（相对于段寄存器CS的偏移量），CPU的工作其实就是不断取出它指向的指令，然后执行这条指令，同时指令寄存器继续指向下面一条指令，如此不断重复。EIP中低16位可以单独访问，叫做IP，用于16位寻址。在 x64 架构下，32位的 EIP 升级为64位的 RIP寄存器。
EFLAGS: 标志寄存器，存放处理器标志位。

标志位	名称	说明
CF	Carry Flag	无符号数溢出（如 `ADD` 后进位）。算术操作产生的结果在最高有效位(most-significant bit)发生进位或借位则将其置1，反之清零。这个标志指示无符号整型运算的溢出状态，这个标志同样在多倍精度运算(multiple-precision arithmetic)中使用。
PF	Parity Flag	奇偶校验（最低字节中 1 的个数是否为偶数）。如果结果的最低有效字节(least-significant byte)包含偶数个1位则该位置1，否则清零。
AF	Adjust Flag	辅助进位标记。如果算术操作在结果的第3位发生进位或借位则将该标志置1，否则清零。这个标志在BCD(binary-code decimal)算术运算中被使用
ZF	Zero Flag	结果为零（`CMP` 后判断相等性）
SF	Sign Flag	结果为负数（最高位为 1）。该标志被设置为有符号整型的最高有效位。(0指示结果为正，反之则为负)
OF	Overflow Flag	有符号数溢出（如 `ADD` 后符号异常）。如果整型结果是较大的正数或较小的负数，并且无法匹配目的操作数时将该位置1，反之清零。这个标志为带符号整型运算指示溢出状态。
DF	Direction Flag	字符串操作方向。这个方向标志(位于EFLAGS寄存器的第10位)控制串指令(MOVS, CMPS, SCAS, LODS以及STOS)。设置DF标志使得串指令自动递减（从高地址向低地址方向处理字符串），清除该标志则使得串指令自动递增。STD以及CLD指令分别用于设置以及清除DF标志。
IF	Interrupt Flag	控制是否响应可屏蔽中断（`CLI` 禁用）。该标志用于控制处理器对可屏蔽中断请求(maskable interrupt requests)的响应。置1以响应可屏蔽中断，反之则禁止可屏蔽中断。
TF	Trap Flag	单步调试（触发 `INT 1` 异常）。将该位设置为1以允许单步调试模式，清零则禁用该模式。
IOPL	I/O Privilege Level	指示当前运行任务的I/O特权级(I/O privilege level)，正在运行任务的当前特权级(CPL)必须小于或等于I/O特权级才能允许访问I/O地址空间。这个域只能在CPL为0时才能通过POPF以及IRET指令修改。
NT	Nested Task	这个标志控制中断链和被调用任务。若当前任务与前一个执行任务相关则置1，反之则清零。
RF	Resume Flag	控制处理器对调试异常的响应
VM	Virtual-8086 Mode	置1以允许虚拟8086模式，清除则返回保护模式。
AC	Alignment Check	该标志以及在CR0寄存器中的AM位置1时将允许内存引用的对齐检查，以上两个标志中至少有一个被清零则禁用对齐检查。
VIF	Virtual Interrupt Flag	该标志是IF标志的虚拟镜像(Virtual image)，与VIP标志结合起来使用。使用这个标志以及VIP标志，并设置CR4控制寄存器中的VME标志就可以允许虚拟模式扩展(virtual mode extensions)
VIP	Virtual Interrupt Pending	该位置1以指示一个中断正在被挂起，当没有中断挂起时该位清零。【Software sets and clears this flag; the processor only reads it.】与VIF标志结合使用。
ID	ID Flag	程序能够设置或清除这个标志指示了处理器对CPUID指令的支持。

控制寄存器

CR0、CR1、CR2、CR3共四个控制寄存器。

CR0

标志位	说明
PE	保护（Protection Enable）标志。当设置该位时即开启了保护模式；当复位时即进入实地址模式。这个标志仅开启段级保护，而并没有启用分页机制。若要启用分页机制，那么PE和PG标志都要置位。
MP	数学存在位
EM	仿真位
TS	任务切换位.(Task Switched）标志。该标志用于推迟保存任务切换时的协处理器内容，直到新任务开始实际执行协处理器指令。处理器在每次任务切换时都会设置该标志，并且在执行协处理器指令时测试该标志
ET	Extension Type.当该标志为1时，表示指明系统中有80387协处理器，并使用32位协处理器协议。ET=0指明使用80287协处理器
NE	协处理器错误（Numeric Error）标志。当设置该标志时，就启用了x87协处理器错误的内部报告机制；若复位该标志，那么就使用PC形式的x87协处理器错误报告机制。
WP	对于Intel 80486或以上的CPU，CR0的位16是写保护（Write Proctect）标志。当设置该标志时，处理器会禁止超级用户程序（例如特权级0的程序）向用户级只读页面执行写操作；当该位复位时则反之。
AM	对齐掩码（Alignment Mask），该位用于控制内存对齐检查。当 AM = 1 时，处理器会执行内存对齐检查。当 AM = 0 时，处理器不会执行对齐检查。
NW	不直写（Not Write-through），该位用于控制写缓冲的写策略。当 NW = 1 时，处理器执行不通过写缓冲进行写操作，而直接写入内存。当 NW = 0 时，处理器使用写缓冲进行写操作。
CD	缓存禁用（Cache Disable），该位用于控制处理器的缓存。当 CD 为 1 时，处理器禁用数据缓存。当 CD 为 0 时，处理器启用数据缓存。
PG	CR0的位31是分页（Paging）标志。当设置该位时即开启了分页机制；当复位时则禁止分页机制，此时所有线性地址等同于物理地址

CR1

CR1是未定义的控制寄存器，供将来的处理器使用。

CR2

CR2是页故障线性地址寄存器，保存最后一次出现页故障（Page Fault）的全 32（或 64）位线性地址。

CR3

标志位	说明
PWT	页级写穿标志位（Page-Level Write-Through），用于指定页表是否应用写穿策略。
PCD	页级高速缓存禁用标志位（Page-Level Cache Disable），用于指定页表是否应用高速缓存禁用策略。