理解寄存器

 

寄存器的概念

寄存器是CPU内部存储存数据的小型存储区域，本质上是时序逻辑电路，但这种时序逻辑电路只包含存储电路。

寄存器

包括基本程序运行寄存器、控制寄存器、内存管理寄存器、调试寄存器。这里只介绍基本程序运行寄存器。

基本程序运行寄存器

1.数据寄存器

作用：数据寄存器主要用来保存操作数和运算结果等信息，从而节省读取操作数所需占用总线和访问存储器的时间。

32位cpu有4个通用寄存器分别是EAX，EBX，ECX，EDX。因为对低16位的存储不会影响高16位，这些低16位寄存器可以单独使用，又分别命名为AX，BX，CX，DX。低16位寄存器又可以分为两个8位寄存器，AH，AL，BH，BL，CH，CL，DH，DL。

•  EAX（针对操作数和结果数据的）：EAX寄存器以称为累加器，AX寄存器是算术运算的主要寄存器，可以用于乘、除、输入、输出。输入、输出只使用AL或AX作为数据寄存器。在80386及其以上的微处理器中，EAX寄存器可以用来存储单元的偏移地址。//EAX主要作用为保存函数的返回值
• EBX（DS段中的数据指针）：EBX 是"基地址"(base)寄存器，在内存寻址时存放基地址。
• ECX（字符串和循环操作的）：寄存器ECX称为计数寄存器。在循环和字符串操作时，要用它来控制循环次数；在位操作中，当移多位时，要用CL来指明移位的位数。
• EDX（I/O指针）： 寄存器EDX称为数据寄存器。在进行乘、除运算时，它可作为默认的操作数参与运算，也可用于存放I/O的端口地址。

在32位cpu中，32位寄存器·可以用来对数据或地址进行操作，但在8/16位寄存器中只能对数据进行操作。上述寄存器只要用在算术运算（ADD、SUB、XOR、OR等）指令中。EAX一般用在函数返回值中，所有Win32API函数都会先把返回值保存到EAX再返回。

 2.指针寄存器

作用：主要用于存放堆栈内存储单元的偏移量，用它们可实现多种存储器操作数的寻址方式，为以不同的地址形式访问存储单元提供方便。

• EBP（SS段中栈内数据指针）：扩展机制指针寄存器其内存放一个指针，该指针指向一个栈帧的底部。
• ESP（SS段中栈指针）：栈指针寄存器，指向一个栈帧的顶部

至于BP和SP，是使用在16位cpu当中的指针，与EBP和ESP的作用相同，不多赘述。

EBP和ESP可以用来保存/恢复堆栈。

我的理解：

调用函数时，先将EBP的值入栈，保存当前值，此时栈顶保存的值就是EBP，然后将当前栈顶指针ESP所指的位置赋给EBP，当做一个栈底开辟一个新的栈空间，有变量存入时，ESP指针的位置（从高地址向低地址存入）减小。当函数调用结束，将EBP的位置赋给ESP，也就是函数调用前栈顶的位置，ret返回到函数调用前的位置，pop EBP将当前栈顶位置的值弹出，也就是保存在栈顶，调用之前的EBP的值，此时EBP和ESP都恢复到函数调用之前的值。

• ESI：（字符串操作源指针）源变址寄存器
• EDI：（字符串操作目标指针）目的变址寄存器（无太多了解）

3.段寄存器

产生的原因：当时为了解决地址总线（20）与数据总线（16）的宽度不一致，无法在同一个周期进行运算，inter把内存分段，分别用于代码（指令），数据，堆栈和其他，CS是代码段，DS是数据段，SS是堆栈段，ES是附加段。每一个段就有一个段基址，段寄存器保存的就是这个段基址的高16位，这个16位地址左移4位（后面加上4个0）就可以构成20位的段地址，后面四位称为偏移量。

• CS：存放当前正在运行的程序代码所在段的段基址，表示当前使用的指令代码可以从该段寄存器指定的存储器段中取得，相应的偏移量则由IP（指令指针）提供。
• DS：指向数据段的最低地址，也就是数据段的段基地址。偏移量根据具体情况由寻址方式决定。
• ES、FS、GS：指向附加数据段的段基址。
• SS：指出当前堆栈的底部地址，即存放堆栈段的段基址。偏移量由SP或BP指针决定。

通常，默认的数据段寄存器是DS；但只有在进行串操作时，默认的段寄存器是ES。

4.指令指针寄存器

作用：用于控制程序中指令的执行顺序。

EIP：32位程序中使用，程序运行时，CPU会读取EIP中一条指令的地址，传送指令到指令缓冲区，EIP寄存器的值自动增加，增加的大小是读取指令的字节大小。

IP：16位程序中使用，与CS段寄存器使用可以寻址到下一条指令的地址。

5.程序状态与控制寄存器

EFLAGS：由原来的16位FLAGS寄存器扩展而来。每一位都有意义，每一位的值或为1或为0，代表On/Off或True/False。目前只需掌握三个标志：ZF（Zero FLag零标志)，OF（Overflow Flag）溢出标志、CF（Carry Flag，进位标志）

• ZF：若运算结果为0，则结果为1（True），否则其值为0（False）
• OF：有符号整数（signed integer）溢出时，OF值被置为1。
• CF：无符号整数（unsigned integer）溢出时，其值被置为1。