CPU简介

概览

中央处理器(Central Processing Unit, CPU)的特点

  • 结构密集

    • 金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)

    • i7处理器晶体管达到10亿级别(10亿-30亿)

  • 科技密集

    • CPU设计生产难度极大,生产每片CPU的工艺流程达到1000-3000个步骤

    • 目前,我国国产某型号CPU性能大约为主流Intel芯片的8%-10%

  • 经济密集

    • 一颗i9普通处理器售价大致3000-20000元,CPU成本占电脑整 机成本20%左右

CPU的基本组成部件

  • 时钟(Clock)

  • 算数逻辑单元(Arithmetic and Logic Unit, ALU)

  • 控制单元(Control Unit, CU)

  • 存储单元(Memory Unit)

CPU基本结构图

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组成

时钟

时钟是整个计算机运转的“节拍器”,机器指令的最小执行时间就是一个时钟周期

精准的时钟是所有数字信号的基础,模拟信号向数 字信号的转换过程,就是在时钟指导下的一个采样过程 (Sampling),时钟的偏移将是数字信号失准

CPU的主频即为时钟频率,对CPU的整体性能具有直接影响

CPU的位数也是影响CPU性能的主要因素之一

算数逻辑单元

算数逻辑单元,即ALU,顾名思义就是执行各种算数运算和逻辑运算

随着各类运算任务的增加,出现了专用计算单元如浮点计算单元

控制单元

CU是控制单元,是CPU的指挥中心,协调、控制各个指令执行的顺序,主要由下列部件组成:

  • 指令寄存器(Instruction Register)

  • 指令译码器(Instruction Decoder)

  • 指令控制器(Operation Controller)

  • 指令指针寄存器(Extended Instruction Pointer)

存储单元

存储单元是CPU中暂时存放数据的地方,包括等待处理数据或数据处理结果等

  • 片上缓存或片内缓存,即Cache On-Chip,访问速度和存储容量均介于内存和寄存器之间的高速存储器件

  • 寄存器组,即Registers,最接近ALU的存储器件,访问速度最快,由于芯片面积和集成度限制,存储容量最小

    由于寄存器在芯片中的特殊地位,几乎所有汇编指令的执行均 需要寄存器的协助,可以说寄存器是汇编语言的一部分

寄存器✨

寄存器的作用是临时存储数据和地址,供CPU操作, 包括:

  • 8个通用寄存器(EAX,EBX,ECX,EDX,EDI,ESI,ESP,EBP)

  • 1个指令指针寄存器(EIP),EIP始终指向下一条待执行指令的地址

  • 一个CPU状态寄存器(EFLAGS)

  • 6个段寄存器

总线

总线在物理上是若干根用于连接其他芯片的导线

在逻辑上分为地址总线、数据总线、控制总线

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地址总线

  • CPU要将内存中的指令和数据取出,就必须访问内存中的地址,当CPU访问内存中的某个地址时,地址线上就会保持着那个地址值

  • 地址总线能表示多少个不同的数值,这个CPU就能够访问多少内存地址

    • 宽度为N的地址线,它能够寻址的空间为0 ~ 2^N-1

数据总线

  • 在CPU和内存中传输指令和数据

控制总线

  • 控制总线是不同控制线的集合,是一个总称

  • 有多少条控制总线,就意味着CPU能够对外界提供 多少种控制

  • 控制总线的宽度决定了CPU控制外界设备的能力

基本工作原理

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SEQ处理器(SEQuential Processor)结构:

  • 取指令(Fetch)

  • 指令解码(Decode)

  • 指令执行(Execute)

  • 内存访问(Memory)

  • 结果回写(Write back)

  • 指令指针寄存器更新(PC update)

现代处理器为了提高指令执行效率,通常采用流水线结构执行指令(Pipelined implementation)


寄存器✨

什么是寄存器

  • 寄存器(Register)是中央处理器(CPU,Central Processing Unit )内部的组成部分

  • 寄存器是有限存储容量的高速存储部件,它们可用来暂存指令、数据和地址

  • 寄存器是计算机系统结构下存储层次的最顶端,也是系统中操作数据的最快速路径

寄存器分类

IA-32架构提供了16个基本程序执行寄存器,用于系统和应用程序编程:

  • IA-32是1985年的intel 80386到奔腾系列处理器所沿用的intel处理器架构

  • 16个寄存器可以被分成以下四类:

    • 8个通用寄存器(General-purpose registers)

    • 6个段寄存器(Segment registers)

    • 程序状态与控制寄存器(EFLAGS)

    • 指令指针寄存器(EIP register)

通用寄存器

32位CPU通用寄存器共有8个:EAX,EBX,ECX, EDX,ESI,EDI,EBP,ESP

第1- 4个寄存器

  • EAX:累加寄存器,是操作数和结果数据的累加器

  • EBX:基址寄存器,指向DS段中数据的指针

  • ECX:计数寄存器,是字符串和循环操作的计数器

  • EDX:数据寄存器, I/O指针

上面4个寄存器主要用于算术运算(ADD/SUB/XOR/OR等) 指令中,常用来保存常量与变量的值

变址寄存器(第5-6个)

  • ESI:(字符串操作源指针)源变址寄存器

  • EDI:(字符串操作目的指针)目的变址寄存器

  • ESI和EDI与特定的串操作指令(MOVS/LODS/STOS)一起用,在字符串操作的时候用的比较多

  • 变址寄存器存放存储单元在段内的偏移量,用它们可实现多种存储器操作数的寻址方式,为通过多种方式访问存储单元提供便利

指针寄存器(第7-8个)

  • ESP:栈顶指针寄存器,用于存放当前堆栈的栈顶 地址,专门用作堆栈指针,不可作为一般通用寄存器使用

  • EBP:栈底指针寄存器(基址指针寄存器),表示栈区域的基地址,永远指向当前函数栈的栈底位置, 不可作为一般通用寄存器使用

这8个寄存器的向下兼容关系

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段寄存器

在了解80386处理器的段寄存器之前,我们需要回顾一下早期x86架构处理器的历史背景和内存寻址的发展。

最初,8086/8088处理器有一个20位的地址总线,这意味着它们可以寻址220字节,即1MB的内存空间。然而,这些处理器的寄存器是16位的,这意味着它们一次只能直接寻址216字节,即64KB的内存空间。为了能够访问整个1MB的内存,Intel引入了一种段寄存器和偏移量寄存器的组合方式来形成一个20位的内存地址。

这种方法的具体实现是将段寄存器的值左移4位(乘以16)后,与偏移量寄存器的值相加,得到一个20位的物理地址。例如,如果CS寄存器的值为0x1234,IP寄存器的值为0x5678,那么CPU访问的物理地址将是0x12340 + 0x5678 = 0x179B8。

随后,80386处理器引入了32位的数据总线和地址总线,这使得CPU能够直接寻址2^32字节,即4GB的内存空间。然而,出于向后兼容的考虑,80386处理器仍然保留了段寄存器。这样,老的基于8086的程序仍然可以在新的处理器上运行,不需要任何修改。同时,80386引入了保护模式,该模式支持更高级的内存管理技术,如分段和分页。

尽管现代x86处理器在实际应用中不再依赖于段寄存器来寻址内存,但在处理器启动时和某些特定的操作模式下,段寄存器仍然扮演着重要的角色。

段寄存器一直都是16位,有6个

  • CS:Code Segment,代码段寄存器 存放应用程序代码所在段的段基

  • DS:Data Segment,数据段寄存器 用于存放数据段的段基址

  • SS:Stack Segment,堆栈段寄存器 用于存放栈段的段基址

  • ES、FS、GS,附加数据段寄存器 用于存放程序使用的附加数据段的段基址

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程序状态与控制寄存器

程序状态与控制寄存器(也称为标志寄存器),主要有3种作用

  • 用来存储相关指令的某些执行结果

  • 用来为CPU执行相关指令提供行为依据

  • 用来控制CPU的相关工作方式

在IA-32中标志寄存器的名称为EFLAGS

  • 大小为4个字节, 共有32个位元,每一位都有专门 的含义,记录特定的信息,每位的值为1或0,代表 On/Off或True/False

  • 包含一组状态标志、一个控制(方向)标志和一组系统标志

  • 一些标志可以使用专用指令直接修改,但是没有指令可以将整个寄存器进行检查或修改

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EFLAGS寄存器的32位标志可以分为4类:

  • 系统标志(位8,9,14,16,17,18,19,20,21)和 IOPL(I/O Privilege Level)字段(位12,13)

    • 控制操作系统或执行操作,应用程序不能修改以上标志位

  • 方向标志(DF,位10):控制串操作指令的处理方向

    • DF=0,从低地址到高地址

    • DF=1,从高地址到低地址

  • 状态标志(位0,2,4,6,7和11):表示算数指令的运算结果,如ADD、SUB、MUL和DIV指令

    • 和应用程序运行状态密切相关,需掌握

  • 预留标志位(位1,3,5,15,22-31)

    • DO NOT USE

🚩状态标志

  • CF(位0)

    • 进位标志位,一般情况下,在进行无符号数运算的时候,它记录了运算结果的最高有效位向更高位的进位值,或从更高位的借位值。

    • 在加法运算中,若运算结果从字或字节的最高位产生了进位,则 CF=1;否则CF=0

    • 在减法运算中,若被减数无借位,则CF=0;否则CF=1

  • OF(位11)

    • 溢出标志位,一般情况下,OF记录了有符号数运算的结果是否发生了溢出

    • 如果发生了溢出,OF=1;如果没有发生溢出,OF=0

    • 注:CF和OF所表示的进位和溢出,是分别针对无符号数和有符号数运算而言的,一定要分清楚CF和OF的发生条件

  • AF(位4)

    • 辅助进位标志位,在发生以下情况时,辅助进位标志AF的值被 置为1,否则其值为0

      在字操作时,发生低字节向高字节进位或借位时

      在字节操作时,发生低4位向高4位进位或借位时

  • PF(位2)

    • 奇偶标志位,记录相关指令执行后,其结果的最低有效字节中1 的个数是否为偶数

    • 如果1的个数为偶数,PF=1;如果1的个数为奇数,PF=0

  • SF(位7)

    • 符号标志位,记录相关指令执行后,其结果是否为负

    • 当操作数为有符号数时,若结果为负数,SF=1;若结果为非负数, SF=0

  • ZF(位6)

    • 零标志位,记录相关指令执行后,其结果是否为0;若运算结果 为0,则其值为1,否则其值为0

CF (Carry Flag, 位0)
PF (Parity Flag, 位2)
AF (Adjust Flag, 位4)
ZF (Zero Flag, 位6)
SF (Sign Flag, 位7)
OF (Overflow Flag, 位11)

指令指针寄存器

EIP:Extended Instruction Pointer,指令指针寄存器

在16位系统中

  • 保存着CPU下一条将要执行指令的偏移量(offset),这个偏移量是相对于目前正在运行的代码段寄存器CS而言的

  • 偏移量加上当前代码段的基地址,就形成了下一条指令的地址

在32位系统中

  • 它的大小为32位,是由原来的16位IP寄存器扩展而来

  • 往往直接保存CPU下一条将要执行指令的地址

IP的使用

  • 程序运行时,CPU会读取EIP中一条指令的地址, 将指令传送到指令缓冲区后,EIP的值自动增加

  • CPU每次执行完一条指令,就会通过EIP寄存器 读取并执行下一条指令

  • 不能直接修改EIP的值,只能通过其他指令间接修改

    • 这些特定指令包括JMP、JC、CALL、RET

    • 可以通过中断或异常来修改EIP的值


x86指令集

数据传送指令

数据传送指令可以将数据、地址或立即数传送到寄存器或存储单元中

大部分这类指令不影响状态标志位,部分涉及标志寄存器FLAGS的指令(SAHF和POPF)例外

通用数据传送指令

数据传送指令

MOV:把源操作数(OPS)传送到目的操作数 (OPD)

MOVSX:带符号扩展传送

MOVZX:带零扩展传送

指令格式:MOV(MOVSX/MOVZX) DEST,SRC

  • MOV EAX,EDX;寄存器EDX->EAX的数据传送。

  • MOVSX EAX,BL;将80H扩展为FFFFFF80H后送EAX中

  • MOVZX AX,BL;将80H扩展为0080H后送AX中。

MOV传送指令(操作数类型):

  • OPS可以为:存储器、通用寄存器、段寄存器和立即数。

  • OPD可以为:存储器、通用寄存器和段寄存器(CS除外)

  • 注意:

    • 立即数不能送段寄存器,其余可以任意搭配;立即数送存储器的指令有时难以确定操作数的长度,需要在存储器操作数的前面加上类型说明BYTE PTR或WORD PTR。

    • 例如:MOV BYTE PTR[SI+10H],30 ;8位立即数30送偏移地址为SI+10H的字节单元;MOV WORD PTR[BX+DI],2 ;16位立即数2送偏移地址为BX+DI的字单元

    • 两存储单元之间不能直接进行数据传送;两个段寄存器之间不能直接进行传送信息。但可以用CPU内部寄存器为桥梁来完成这样的传送

      例如:MOV AL,AREA1 例如: MOV AX,1000H

      MOV AREA2,AL MOV DS, AX

      立即数、代码段寄存器CS只能作源操作数。

      IP寄存器不能作源操作数或目的操作数。

    • image-20240319101551511

MOV指令实例:

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堆栈操作指令

PUSH

PUSH:操作数进栈

PUSHA:把AX,CX,DX,BX,SP,BP,SI,DI依次压入堆栈。

PUSHAD:把EAX,ECX,EDX,EBX,ESP,EBP,ESI,EDI依次压入堆栈。

指令格式:PUSH (PUSHA/PUSHAD) SRC

操作数类型: OPS可以是存储器、通用寄存器和段寄存器,但不能是立即数。

PUSH OPS说明:PUSH指令先将SP的内容减2,然后再将操作数OPS的内容送入由SP指出的栈顶即偏移地址为SP和SP+1的两个连续字节中。

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POP

POP:出栈到目的操作数,把当前的SP所指向的堆栈顶部的一个字送到指定的目的操作数。

POPA:把DI,SI,BP,SP,BX,DX,CX,AX依次弹出堆栈。

POPAD:把EDI,ESI,EBP,ESP,EBX,EDX,ECX,EAX依次弹出堆栈。

指令格式:POP (POPA/POPAD) DEST

POP OPD说明:POP指令先将堆栈指针SP所指示的栈顶存储单元的值弹出到操作数OPD中,然后再将SP的内容加2。

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数据交换指令

XCHG:交换两操作数。允许通用寄存器之间,通用寄存器和存储器之间交换数据。

指令格式:XCHG OPR1,OPR2

例:

  • XCHG EAX,EBX;通用寄存器之间交换数据。

  • XCHG EBX,[ESI];通用寄存器和存储器之间交换数据

注:两操作数不允许同时为存储器操作数,交换指令不影响标志位。

地址传送指令

LEA(Load Effective Address):将源操作数的有效地址传送到通用寄存器。

指令格式:LEA REG,MEM

例:

  • LEA EAX,[EBP + var_cc];将EBP + var_cc的值送入EAX

  • MOV EAX,[EBP + var_cc];将存储在地址EBP + var_cc上的变量值送入EAX

标志寄存器传送指令

PUSHF:16位标志寄存器进栈

PUSHFD:32位标志寄存器进栈

POPF:16位标志寄存器出栈

POPFD:32位标志寄存器出栈

算数运算指令

加法指令

ADD:将源操作数和目的操作数相加,结果送到目的操作数。

ADC:将源操作数与目的操作数以及CF值相加,结果传送到目的操作数。

指令格式:ADD (ADC) DEST,SRC

注:ADD,ADC指令影响的标志位是OF,SF,ZF,AF,PF,CF

INC:目的操作数加一,结果送入目的操作数

目的操作数可以为通用寄存器或存储器操作数

指令格式:INC DEST

减法指令

SUB将目的操作数减去源操作数,结果送入目的操作数。

SBB:将目的操作数减去源操作数,再减去CF值,结果送入目的操作数。

指令格式:SUB (SBB) DEST,SRC

注:SUB,SBB指令影响的标志位是OF,SF,ZF,AF,PF,CF。

DEC:目的操作数减一,结果送入目的操作数

目的操作数可以为通用寄存器或存储器操作数。

指令格式:DEC DEST

注:INC,DEC指令影响的标志位为OF,SF,ZF,AF,PF。

乘法指令

MUL无符号数乘法指令,将源操作数和累加器中的目的操作数相乘,结果送入累加器中

IMUL有符号数乘法指令,将源操作数和累加器中的目的操作数相乘,结果送入累加器中

指令格式:MUL (IMUL) SRC

说明:MUL,IMUL指令的源操作数为通用寄存器或存储器操作数,目的操作数缺省存放在ACC累加器(AL,AX,EAX)中。

除法指令

比较特殊,好好看看

DIV无符号除法指令

IDIV有符号除法指令

指令格式:DIV (IDIV) SRC

说明:DIV、IDIV指令的源操作数作为除数,为通用寄存器或存储器操作数,目的操作数作为被除数,目的操作数缺省存放在ACC累加器(AL,AX,EAX)中

逻辑运算和移位指令

逻辑运算

AND:逻辑与,目的操作数和源操作数按位进行逻辑与运算,结果存目的操作数。

OR:逻辑或,目的操作数和源操作数按位进行逻辑或运算,结果存目的操作数。

源操作数可以是通用寄存器、存储器操作数或立即数,目的操作数是通用寄存器或存储器操作数。

XOR:逻辑异或,目的操作数和源操作数按位进行逻辑异或运算,结果存目的操作数。

指令格式:AND (OR/XOR/XOR) DEST,SRC

NOT:逻辑非,对目的操作数按位取反,结果存入目的操作数。

指令格式:NOT DEST

TEST:目的操作数与源操作数按位进行逻辑与操作,并修改标志位,结果不回送目的操作数。

指令格式:TEST DEST,SRC

注:TEST指令常用在检测某些条件是否满足,但又不希望改变原有操作数的情况下。紧跟在这条指令后面的往 往是一条条件转移指令,根据测试结果产生分支,转向不同的处理程序

例:

  • TEST ECX,ECX

  • JE Crackme.00401326;程序跳转到0x00401326处继续执行

算术逻辑移位

SAR算术右移

按照操作数OPRD规定的移位位数,对目的操作数进行右移操作,每移一位,最低位移入标志位CF,最高位(符号位)保持不变。相当于对有符号数进行除2操作。

SHR逻辑右移

按照操作数OPRD规定的移位位数,对目的操作数进行右移操作,每移一位,最低位移入标志位CF,最高位补0。

指令格式:SAR (SHR) DEST,OPRD

SAL:算术左移指令

SHL:逻辑左移指令

指令格式:SAL (SHL) DEST,OPRD

SAL、SHL指令功能完全相同,按照操作数OPRD的规定的移位位数对目的操作数进行左移操作,每移一位,最低位补0,最高位移入标志位CF中

算术左移和算术右移

  • 主要用来进行有符号数的倍增、减半

逻辑左移和逻辑右移

  • 主要用来进行无符号数的倍增、减半

循环移位

ROL:循环左移

ROR:循环右移

指令格式:ROL(ROR) DEST,OPRD

串操作指令

  • 串指连续存放在存储器中的一些数据字节、字或双字。

  • 串操作允许程序对连续存放的数据块进行操作。

  • 串操作通常以DS:ESI来寻址源串,以ES:EDI来寻址目的串

    DS、ES是段寄存器

    ESI、EDI是通用寄存器中的变址寄存器

对于字符串的基本操作,80x86提供了五个指令:

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MOVS 目的串,源串

  • 指令功能:字符串传送指令,把由ESI作指针的源串的字节或字,传送到由EDI作指针的目的串中

CMPS 目的串,源串

  • 指令功能:字符串比较指令,由DS:ESI规定的源串元素减去ES:EDI指出的目的串元素,结果不回送,仅影响标志位CF,AF,PF,OF,ZF和SF

SCAS 目的串

  • 指令功能:串扫描指令,比较EAX控制转移指令中内容与目的串中内容进行比较,由EAX的内容减去ES:EDI规定的目的串元素,结果不回送,仅影响标志位CF,AF,PF,SF,OF, ZF

LODS 源串

  • 指令功能:串装入指令,将DS:ESI所指的源串元素装入累加器EAX中

STOS 目的串

  • 指令功能:串存储指令,将累加器EAX中值存入ES:EDI所指的目的串存储单元中

控制转移指令

无条件转移指令

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条件转移指令

条件转移指令是根据上一条指令执行后,CPU设置的状态标志作为判别测试条件,来决定是否转移

  • 跳转常用标志主要包括ZF,SF等

每一种条件转移指令都有它的测试条件

  • 当条件成立,便控制程序转向指令中给出的目的地址

  • 否则,程序仍按顺序执行

根据单个标志位的状态判断转移的指令:

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循环控制指令

这类指令用ECX计数器的内容控制循环次数,先将循环次数存放在ECX中,每循环一次ECX内容减1, 直到ECX为0时循环结束

  • REP 当CX/ECX>0时重复

  • REPE/REPZ 当ZF=1或比较结果相等,且CX/ECX>0时重复

  • REPNE/REPNZ 当ZF=0或比较结果不相等,且CX/ECX>0时重复

  • REPC 当CF=1且CX/ECX>0时重复

  • REPNC 当CF=0且CX/ECX>0时重复

处理器控制指令

空操作指令:

  • NOP(机器码0x90):空操作,除了使EIP增1外,不做任何操作

中断指令:

  • INTn:软件中断指令,也称为软中断指令,其中n为终端类型号,其值必须在0~255的范围内

  • 可以在编程时安排在程序中的任何位置上,因此也被称为陷阱中断

浮点运算指令

浮点运算专用指令

  • 如果一条汇编指令以字母F开头,则其大概率为浮点运算指令,CPU中浮点运算单元主要负责处理此类指令

  • 由于浮点运算过程相对封闭,与软件运行流程、内部逻辑之间的关系较弱,本文不再讲述此类汇编指令


寻址方式

处理器寻找指令和操作数的方式

指令寻址

确定下一条要执行指令地址的方法

顺序寻址:当程序不发生跳转时,通过EIP自加进行寻址的方式

跳转寻址:当程序发生跳转时,下一条要执行的指令的具体地址由跳转指令给出

操作数寻址

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立即寻址

MOV EAX,26H;将一个立即数26H送到EAX寄存器

立即数只能作为源操作数,不能作为目的操作数,源操作数的长度应该和目的操作数保持一致

立即数寻址常用来给寄存器赋初值,不用访问寄存器、存储器,指令执行速度快

例:mov ax,1234H

AH = 12H, AL=34H

寄存器寻址

MOV EAX,EBX;

寄存器寻址只访问寄存器,不访问存储器,速度快

指令中可以引用的寄存器及其符号名称如下:

  • 32位寄存器有:EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、ESP和EBP等

  • 16位寄存器有:AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP和BP

  • 8位寄存器有:AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH和DL

例: MOV EAX,EBX;

若执行前EAX = 3047H,EBX=2378H,执行后EAX= EBX= 2378H


🔴🟡🟢

以上立即寻址和寄存器寻址两种寻址方式是对寄存器的寻址,不涉及对内存中数据的寻址。

下面介绍的寻址方式,都是针对在存储区中的数据,通过不同的寻址方式求得操作数地址,从而取得操作数。

当使用内存操作数时, 无论哪种内存操作数寻址都有默认的段寄存器

在80x86系统中,内存单元的物理地址由段基址和偏移地址(又称为偏移量)组成

  • 段基址:在IA-32的保护模式下,段基址由16位的段选择符得到,这些段选择符存放在6个段寄存器(CS,SS,DS,ES,FS,GS)中。

  • 有效地址的计算包含以下四个基本部分:

    1. 基址寄存器

    2. 变址寄存器

    3. 比例因子

    4. 位移量

  • 将基址寄存器、变址寄存器、比例因子、位移量四部分,按某种计算方法组合形成的偏移地址,称为有效地址EA(Effective Address)

  • 有效地址EA=基址+变址*比例因子+位移量

  • 其中,基址、变址、位移量的值可正可负,比例因子只能为正。

我们发现都没有用到段基址,为什么?

物理地址=段基址+有效地址

还不懂没关系,往下看具体的例子就知道了

当采用16位寻址方式时,有效地址四种成分的组成为:

  • 基址寄存器:BX,BP

  • 变址寄存器:SI,DI

  • 比例因子:1

  • 位移量:0,8,16位

当采用32位寻址方式时,有效地址四种成分的组成为:

  • 基址寄存器:所有的32位通用寄存器

  • 变址寄存器:除ESP以外的32位通用寄存器

  • 比例因子:1,2,4,8

  • 位移量:0,8,16,32位

各种访存类型下所对应的段的默认选择:

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段超越前缀:

  • 当使用内存操作数时, 无论哪种内存操作数寻址都有默认的段寄存器, 然而至多一个内存操作数可不使用默认段寄存器时,允许在程序中自行选择段寄存器,就需要使用段超越前缀

  • 段超越前缀的格式为: 段寄存器:指令操作数

  • 例:MOV EAX,ES:[EBP]

  • 虽然段超越前缀,允许改变系统所指定的默认段,但是有些情况下不允许修改:

    • 串处理操作中目的串必须使用ES段,即默认为ES:EDI不可修改

    • 压栈(push)、弹栈(pop)必须使用SS段,即默认为SS:ESP不可修改

    • 指令必须存放在CS段中

直接寻址

指令中直接包含有操作数的有效地址(偏移地址)

注:操作数一般存放在数据段DS,所以操作数的有效地址由DS加上指令中直接给出的16位偏移地址得到

通过直接寻址理解段寄存器的用途

👇好好看,段寄存器是这么用的!

指令示例:MOV AX, [1234H]

  • 假设DS = 4567H,内存中[468A4H] = 0001H

  • 那么物理地址 = [ 4567H ] *16+ [1234H]=[ 468A4H ]

  • 那么寄存器AX = 0001H

指令示例:MOV AX, [8054H]

  • 如(DS) = 2000H

  • 28054H里的内容为3050H

  • (物理地址=20000H+8054H=28054H)

  • 则执行结果为(AX) = 3050H

在这个模式下,[8054H]不是直接去访问8054H这个地址上的值,而是在说明8054H是一个地址,他将于段基址相加产生物理地址

直接寻址(段超越前缀):

  • 因为默认的是DS寄存器,其实也可以指定前缀寄存器,即段超越前缀

  • MOV AX, SS:[1234H] 把SS数据段中偏移地址为1234H的字复制到寄存器 AX

寄存器间接寻址

操作数的有效地址在寄存器中,这种寻址方式为寄存器间接寻址

使用什么段基址?

如果操作数的有效地址在EAX,EBX,ECX,EDX,ESI和EDI中,以上寄存器默认使用DS作为段寄存器, 即DS段寄存器为段基值。

如果操作数的有效地址在ESP,EBP,这两个寄存器默认使用SS作为段寄存器,即SS段寄存器为段基值。

例:MOV AX,[SI]

  • 如果(DS) = 5000H, (SI) = 1234H

  • 则物理地址 = 50000 + 1234 = 51234H

  • 51234H地址中的内容为:6789H

  • 执行该指令后,(AX) = 6789H

指令示例:

  • MOV EAX,[EBP]

    • 把SS段中EBP指向的单元复制到EAX。

    • (EAX)= (SS)*16+ (EBP)

  • MOV EAX,[EDX]

    • 把DS段中EDX指向的字节复制到EAX。

    • (EAX)= (DS)*16+ (EDX)

  • MOV [EDX],EBX

    • 把EBX的值复制到DS段中EDX指向的单元。

    • 地址(DS)*16+ (EDX)中的值为EBX

在汇编语言中,方括号[]通常用来表示对内存的间接寻址。当一个寄存器的名称出现在方括号内时,这意味着我们不是在引用寄存器的值,而是要使用该寄存器的值作为内存地址去访问内存中的数据。这是一种寻址模式的表示方法,它告诉处理器要读取或写入存储在由寄存器指定的内存地址处的数据。

例如,在指令MOV EAX, [EBP]中:

  • MOV 指令用于将数据从源位置移动到目的位置。

  • EAX 是目的操作数,表示将要移动数据到这个寄存器中。

  • [EBP] 是源操作数,这里的EBP寄存器包含一个地址,[]表示我们要访问的是EBP寄存器内的地址所指向的内存位置的内容,而不是EBP寄存器的值本身。

所以这条指令的作用是,将EBP寄存器指向的内存地址中存储的值加载到EAX寄存器中。同样的规则适用于图中的其它指令。在每个指令中,方括号内的寄存器表示的是一个内存地址,而指令的操作涉及到该地址处的数据。

()与[]是一个意思

寄存器相对寻址

操作数的有效地址EA为基址寄存器或变址寄存器的内容和指令中的位移量之和

使用什么段基址?

EAX,EBX,ECX,EDX,ESI和EDI,以上寄存器默认使用DS作为段寄存器。

ESP,EBP,这两个寄存器默认使用SS作为段寄存器。

✨例:MOV ECX,[EAX+24H],也可以写成 MOV ECX,24H[EAX]

我们注意到,24H [EAX]也是加的意思,只有出现*才表示乘

  • 由DS段中EAX指向的内容加上位移量24,最终组成操作数的有效地址。

  • (ECX) = (DS*16+EAX+24H)

例题:MOV AX, [DI+1223H]

  • 假设,(DS) = 5000H,(DI) = 3678H

  • 则物理地址 = 50000H + 3678H + 1223H = 5489BH

  • 5489BH地址中的内容:55AAH

  • 执行该指令后AX = 55AAH

基址变址寻址

操作数的有效地址由基址寄存器的内容与变址寄存器的内容之和获得

通常将指令中的第二操作数的第一个寄存器作为基址寄存器,第二个寄存器作为变址寄存器

其中,ESP不能作为变址寄存器

例:MOV EAX , [EBX][ESI],也可写成:MOV EAX, [EBX+ESI]

  • EBX为基址寄存器,ESI为变址寄存器,该指令将DS段中地址为EBX+ESI的存储单元的4字节数据送到EAX

例:MOV EAX,[EBP+ESI]

  • 将SS段中地址为EBP+ESI的存储单元的4字节数据送到EAX

例:MOV EAX,ES:[EBX+ESI]

  • 将ES段中地址为EBX+ESI的存储单元的4字节数据送到EAX

例题:MOV AX,[BX] [DI]

  • 如:(DS)=2100H, (BX)=0158H, (DI)=10A5H

  • 则有效地址EA=0158H + 10A5H = 11FDH

  • 物理地址=21000H + 11FDH= 221FDH

  • 221FDH地址中的内容:2234H

  • 执行该指令后AX = 2234H

相对基址变址寻址

操作数的地址为基址寄存器的内容、变址寄存器的内容和指令中的位移量之和。

例:MOV EAX 10H[EBX][ESI]

  • MOV EAX,[EBX+ESI+10H]

  • MOV EAX,10H[EBX+ESI]

  • 将DS段中地址为EBX + ESI + 10H的存储单元的4字节数据送到EAX

例题:MOV AX,[BX+DI-2H]

  • 假设,(DS) = 5000H, (BX) = 1223H, DI = 54H, (51275) = 54H, (51276) = 76H

  • 物理地址= 50000 + 1223 + 0054 + FFFE(-2 各位取反末位加一) = 51275H

  • 执行该指令后 (AX) = 7654H

比例变址寻址

由指令中的变址寄存器的内容乘以比例因子再加上位移量得到操作的有效地址

EA=变址寄存器×比例因子+位移量 此寻址只有32位寻址一种情况

例:MOV EAX,1000H[ESI*4]

  • DS段中地址为ESI所指向的内容乘4再加上1000H的内容形成有效地址

例: MOV [EDI*2+100H],ECX;

  • ECX的内容存储到由EDI*2+100H寻址的DS段存储单元中

基址比例变址寻址

由指令中的变址寄存器的内容乘以比例因子,再加上基址寄存器的内容,得到操作的有效地址

EA=变址寄存器×比例因子+[基址寄存器] 注1. 此寻址方式只有32位寻址一种情况 注2.此寻址方式主要用于数组元素大小为2、4、8字节的二维数组操作

例:MOV EAX,[EBX+ECX*4],也可写成MOV EAX,[EBX][ECX*4]

  • 把由EBX+4*ECX之和寻址的DS段存储单元的4字节内容装入EAX

相对基址比例变址寻址

操作数的有效地址EA是变址寄存器的内容乘指令中的比例因子,加上基址寄存器的内容,再加上位移量之和

EA=变址寄存器×比例因子+[基址寄存器]+位移量 注1. 此寻址方式只有32位寻址一种情况 注2.此寻址方式主要用于数组元素大小为2、4、8字节,且数组起始地址不为0的二维数组操作

例:MOV EAX,[EBP+EDI*2+2]

  • 把由EBP+2+EDI*2寻址的SS段存储单元的4字节内容装入EAX

MOV ECX, 10H[EDX*8][EAX]

MOV AX, 10H[EBX*4][ESI]