CPU Register Introduction

這篇會簡單介紹一下 CPU 的 register ，以下的環境採用 intel 32-bit 80x86 CPU 做解釋。

CPU registers

CPU 裡面有許多的 register，他們的存取速度比記憶體 (RAM) 快，能夠幫助 CPU 進行高速的運算。

Data register (general register)

長度都是 32-bit，是一般運算最常用的幾個 register，命名如下：

• EAX: Accumulator，加法、常見運算大多用這個
• EBX: Base，存取記憶體時用
• ECX: Count, 例：迴圈計數器
• EDX: Data，存放一些多的資料，如放除法的餘數

不過有時候會發現，他的功用與命名未必相關，這也是為什麼他們又稱作 general register的原因。另外這個 E 是 extended 的意思，因為原本的 AX, BX … 是 16-bit 的關係，所以 EAX 的全名是 Extended accumulator register

此外，還有一些常見的稱呼，B, C, D 依此類推：

• AX: 表示 EAX[0] (第 0 個 bit) ~ EAX[15] (第 15 個 bit)，共 16 bits，注意 bit 是要從右邊往左數。
• AH: (H: high) 表示 EAX[8] ~ EAX[15]，共 8 bits
• AL: (L: low) 表示 EAX[0] ~ EAX[7]，共 8 bits

範例：

假設 EAX = 0x12345678

AX = 0x5678
AH = 0x56
AL = 0x78

*在64-bit 環境下，EAX 指的是 EAX[0] ~ EAX[31]。

Index register

一樣是 32-bit，功用也一樣不限制在命名上。

• ESI: source index, 常用在字串、陣列的處理上。
• EDI: destination index, 常用在字串、陣列的處理上。
• ESP: stack pointer，指向記憶體裡 stack 的最底層(因為 stack 往低位址增長)
• EBP: base pointer，用於 function call 時計算相對記憶體位置

ESP, EBP 很少會去直接更改它，或是用來做計算使用，通常會給他們用做上述的特定用途，例如函數呼叫便會操作這兩個 register，詳情請參考另一篇文章

Segment register

用 flat 32-bit memory model 下，這些 register 並不重要，所以只稍加帶過，這些 register 是舊時代的產物。

這些都是 16-bit 的 register:

• CS: code segment
• DS: data segment
• ES: extra segment
• SS: stack segment
• FS: additional segment
• GS: additional segment

Instruction register

這是個很特別的 32-bit register，全名是 EIP (instruction pointer)，在 80x86 中也是所謂的 PC (program counter)，它讓 CPU 知道下一步要運行那一個位址的指令，大部分情況下這個值會等差增加，讓指令一行一行跑。

Flags register

進行加減乘除運算的時候，根據結果的不同，EFLAGS (flag register) 的某些 bit 會被設為指定的狀態，例如：

• CF: carry flag
• ZF: zero flag
• SF: sign flag …

這些結果通常會被組合語言指令 cmp 使用，藉由 EFLAGS 判斷一些條件，例如兩個數字的大小。

整個 EFLAGS 是 32-bit。

64-bit machine

如果是 64-bit 的環境，其實就是把 EAX 變成 RAX，長度由 32-bit 增加為 64-bit。

上述的 register 中，除了 segment register 之外，全都是把 E 換成 R 並變成 64-bit 而已，功用相同。

此外，再增加 8 個額外的 64-bit register ，用於一般計算，叫做 R8, R9 … R15。