37 lines
10 KiB
Markdown
37 lines
10 KiB
Markdown
# Лабораторная работа 2
|
||
|
||
## Система команд процессора, ее связь с кодами команд
|
||
|
||
## Кодирование команд для x86-64 архитектуры
|
||
|
||
Преподаватель на ресурсном курсе оставил огромный талмуд Intel (далее именуемый "талмудик" и "талмуд") на тему того, как кодируются команды у их процессоров. И пусть даже наш дорогой препод на лекции дал пояснения по конверсии и прочему, он оставил без ответа вопросы следующего толка: когда какие байты задействованы, где посмотреть опкоды команд и прочие мелочи жизни. Я тот еще программист, поэтому на меня тут не надейтесь, но помогу чем смогу
|
||
|
||
Перво-наперво структура команды. Приведена она и у препода и в талмудике Intel, повторяться не хочу, но картинку оставлю
|
||
|
||
|
||
|
||
На этой же картинке видно, что может быть от разное количество байт на КОП (который я по привычке именую опкодом), на Displacement, на Immediate и прочем. Да и еще проскакивают надписи `(if required)` и `(optional)`. Вопрос назревает сам собой - а где смотреть-то. И ответ у меня к сожалению не утешительный - в том самом великом и ужасном талмудике (по крайней мере я не нашел другого способа понадежнее). Но тут есть одна так сказать проблемка... Таблички по командам от Intel выглядят мягко скажем как-то так...
|
||
|
||
|
||
|
||
Хтонь лично на мой взгляд довольно неприятная, но на самом деле она не так страшна, как вы подумали... Она значительно хуже...
|
||
|
||
В общем я тут приведу свои пояснения ко всему, что указывают сами Intel, но не в сухую по руководству, а на основе собственного опыта ручного ассемблирования (который, к слову, не очень богат, потому что я еще не успел настолько сойти с ума, чтобы делать работу ассемблера за него)
|
||
|
||
- `REX.W` - По идее этот префикс может означать много вещей, но на практике пока что я сталкивался с ним только в таком разрезе: если он есть в начале, значит в REX-байте нужно поставить единичку в 3 разряде (4-я цифра справа). Также это означает, что данный байт, вообще говоря, обязателен для функционирования этой команды
|
||
|
||
- `REX` - Такое встречается, на моей памяти, только рядом с восьмибитными инструкциями и всегда только для того, чтобы к ним тут же приложилось пояснение от intel, что какие-то там проблемы. В общем читайте все это в сносках, потому что сам по себе флаг означает простое наличие REX-байта перед опкодом по всей видимости
|
||
- `/digit` - можно порой встретить что-то типа `/0` или `/7`. Когда такое видите, это значит, что в ModR/M байте вместо поля reg нужно записать в двоичной системе то число, которое после слеша. То есть от `000` и до `111`. А все остальное адресуете как раньше
|
||
- `/r` - указывает на то, что в ModR/M байте все поля Mod, Reg и R/M используются в стандартном варианте
|
||
- `cb`, `cw`, `cd`, `cp`, `co`, `ct` - сам плохо понимаю, что это за покемоны такие. В 64-битных опкодах встречаются редко. Согласно мануалу показывают, сколько битов после опкода следует зарезервировать под смещение для сегмента кода (если вы откроете методичку Милицина, то это тот самый CS или Code Segment). Также согласно талмудику иногда оно может изменить значение сегментному регистру кода. Возможны варианты 1 байт, 2 байта, 4 байта, 6 байт, 8 байт, 10 байт соотвественно.
|
||
- `ib`, `iw`, `id`, `io` - Показывают, что после опкода, ModR/M байта (если есть) должен идти непосредственный операнд длиной 1, 2, 4, 8 байт соответственно. Встречается он в таблице обычно там же, где в колонке instruction в соответствующем месте производятся какие-то действия с непосредственными операндами. При чем надо понимать, что нельзя просто опустить байты, которые заполнены нулями, даже если очень хочется и мама разрешила. ставим столько, сколько требует спецификация
|
||
- `+rb`, `+rw`, `+rd`, `+ro` - встречается тогда, когда создатели процессора почему-то решили засунуть регистр прям в опкод операнда. Ну, не нам их за это судить. Фактически нам нужно просто глянуть в таблицу которая приведена самими Intel, чтобы определиться только с тем, какое число от 0 до 7 прибавлять. В целом это число является номером регистра, а идут они всегда в следующем порядке: rax, rcx, rdx, rbx, rsp, rbp, rsi, rdi, а также дополнительные регистры r8-r15 работают в том же режиме, то есть начинают нумероваться с нуля. Единственное отличие - бит в REX байте нужно поставить. А вообще табличка должен сказать весьма любопытная, поэтому с ней придется ознакомиться самому. Находится она на 45 странице руководства.
|
||
- `+i` - используется в операциях с плавающей точкой. Такие операции любят использовать стек сопроцессора (потому что на самом деле вся арифметика с плавающей точкой аппаратно ускоряется и у нее тоже есть собственная память). Так вот, такой стек обозначается ST(i). Где ST(0) - вершина стека. Не берусь утверждать, но по всей видимости в стеке всего 8 ячеек, потому что по мануалу i может принимать значения от 0 до 7. Соотвественно наша задача просто прибавить это число к байту слева от плюса и на этом все. Больше ничего не требуется
|
||
|
||
### Чутка про префикс REX
|
||
|
||
Судя по всему, префикс REX стал почти обязателен при переходе на 64 разряда. Что ж, это не удивительно, так как в 64-разрядных системах прибавилось регистров, а их номера нужно где-то и как-то хранить, поэтому это вот такой вот "костылик". На самом деле в талмудике преведены схемы всех подключений, которые я пока не привожу, потому что это не самое главное, но может потом добавлю
|
||
|
||
Вот что они пишут про префик REX во второй главе своего талмуда: "Префикс REX указывается не всегда в 64-разрядном режиме. Он необходим только тогда, когда инструкция адресуется к одному из рассширенных регистров или использует 64-разрядные операнды". То есть условно говоря если работам с 64 разрядами, то RAX нужен, а если нет - его может и не быть, если явно не сказано иное. Сами же REX - это 16 опкодов, которые берут пространство от 0x40 до 0x4F. В режиме режиме обратной совместимости и IA-32 отражают опкоды реальных инструкций, но нас естественно интересует режим 64 разрядов, а в нем они как отдельная инструкция не трактуются и идут только в связке. Также почему-то интел сокрушаются, что из-за этого однобайтовый опкод для инкреммента и декремента перестал существовать в 64 разрядных системах
|
||
|