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转: 常用的寄存器(& bss段的作用)

浏览(48) 评论(4) 分类:PoEdu培训  作者:花心胡萝卜  发布时间:
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常用的寄存器(& bss段的作用)

一个程序本质上都是由 bss段、data段、text段三个组成的。这样的概念,不知道最初来源于哪里的规定,但在当前的计算机程序设计中是很重要的一个基本概念。而且在嵌入式系统的设计中也非常重要,牵涉到嵌入式系统运行时的内存大小分配,存储单元占用空间大小的问题。

     在采用段式内存管理的架构中(比如intel的80x86系统),bss段(ted by Symbol segment)通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域 ,一般在初始化时bss 段Block Star部分将会清零bss段属于静态内存分配,即程序一开始就将其清零了。在C语言之类的程序编译完成之后,已初始的全局变量保存在.data 段中,未初始化的全局变量保存在.bss 段中
    在《Programming ground up》里对.bss的解释为:There is another section called the .bss. This section is like the data section, except that it doesn’t take up space in the executable.
    text和data段都在可执行文件中(在嵌入式系统里一般是固化在镜像文件中),由系统从可执行文件中加载;而bss段不在可执行文件中,由系统初始化

寄存器一般分为以下几类

4个数据寄存器(EAX、EBX、ECX和EDX)
2个变址和指针寄存器(ESI和EDI) 2个指针寄存器(ESP和EBP)
6个段寄存器(ES、CS、SS、DS、FS和GS)
1个指令指针寄存器(EIP) 1个标志寄存器(EFlags)  

①数据寄存器

AX称为累加器(Accumulator),用累加器进行的操作可能需要更少时间。累加器可用于乘、除、输入/输出等操作,它们的使用频率很高
BX称为
基地址寄存器(Base Register)。它可作为储器指针来使用;
CX称为计数寄存器(Count Register)。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;
DX称为数据寄存器(Data Register)。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16位CPU中,AX、BX、CX和DX不能作为基址和变址寄存器来存放存储单元的地址,但在32位CPU中,其32位寄存器EAX、EBX、ECX和EDX不仅可传送数据、暂存数据保存算术逻辑运算结果而且也可作为指针寄存器,所以,这些32位寄存器更具有通用性

②变址和指针寄存器(ESI和EDI)  

寄存器ESI、EDI、SI和DI统称为变址寄存器(Index Register),主要用于存放存储单元在段内的偏移量 , 通过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。作为通用寄存器,也可存储算术逻辑运算的操作数和运算结果 。 它们可作一般的存储器指针使用。在字符串操作指令的执行过程中,对它们有特定的要求,且具有特殊的功能

③指针寄存器(ESP和EBP)  

32位CPU有2个32位通用寄存器EBP和ESP。其低16位对应先前CPU中的BP和SP,低16位数据的存取不影响高16位的数据。

寄存器EBP、ESP、BP和SP称为指针寄存器(Pointer Register),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。 作为通用寄存器,也可存储算术逻辑运算的操作数和运算结果。

它们主要用于访问堆栈内的存储单元,并且规定:

BP为基指针(Base Pointer)寄存器,用它可直接存取堆栈中的数据
SP为堆栈指针(Stack Pointer)寄存器,用它只可访问栈顶
  

④段寄存器(ES、CS、SS、DS、FS和GS)

CS——代码段 寄存器(Code Segment Register),其值为代码段的段值
DS——数据段 寄存器(Data Segment Register),其值为数据段的段值
SS——堆栈段 寄存器(Stack Segment Register),其值为堆栈段的段值;

ES——附加段寄存器(Extra Segment Register),其值为附加数据段的段值;


FS——附加段寄存器(Extra Segment Register),其值为附加数据段的段值;
GS——附加段寄存器(Extra Segment Register),其值为附加数据段的段值。

在16位CPU系统中,它只有4个段寄存器.在32位微机系统中,它有6个段寄存器.

32位CPU有两个不同的工作方式:实模式和保护模式。在每种方式下,段寄存器的作用是不同的。有关规定简单描述如下:

实模式: 前4个段寄存器CS、DS、ES和SS与先前CPU中的所对应的段寄存器的含义完全一致,内存单元的逻辑地址仍为“段值:偏移量”的形式。为访问某内存段内的数据,必须使用该段寄存器和存储单元的偏移量
保护模式: 在此方式下,情况要复杂得多,装入段寄存器的不再是段值,而是称为“选择子”(Selector)的某个值

注:这里特别提供FS寄存器的偏移说明

FS寄存器指向当前活动线程的TEB结构(线程结构)
偏移 说明
000 指向SEH链指针
004 线程堆栈顶部
008 线程堆栈底部
00C SubSystemTib
010 FiberData
014 ArbitraryUserPointer
018 FS段寄存器在内存中的镜像地址
020 进程PID
024 线程ID
02C 指向线程局部存储指针
030 PEB结构地址(进程结构)
034 上个错误号

举例:

POP DWORD PTR FS:[004]

这个句指令的意思就是将堆栈顶部的4个字节的字符弹栈出去!

⑤指令指针寄存器(EIP)

32位CPU把指令指针扩展到32位,并记作EIP,EIP的低16位与先前CPU中的IP作用相同

指令指针EIP、IP(Instruction Pointer)是存放下次将要执行的指令在代码段的偏移量。在具有预取指令功能的系统中,下次要执行的指令通常已被预取到指令队列中,除非发生转移情况。所以,在理解它们的功能时,不考虑存在指令队列的情况。

在实模式下,由于每个段的最大范围为64K,所以,EIP中的高16位肯定都为0,此时,相当于只用其低16位的IP来反映程序中指令的执行次序。

6、标志寄存器

一、运算结果标志位
1、进位标志CF(Carry Flag)
进位标志CF主要用来反映运算是否产生进位或借位。如果运算结果的最高位产生了一个进位或借位,那么,其值为1,否则其值为0。

使用该标志位的情况有:多字(字节)数的加减运算,无符号数的大小比较运算,移位操作,字(字节)之间移位,专门改变CF值的指令等。

2、奇偶标志PF(Parity Flag)
奇偶标志PF用于反映运算结果中“1”的个数的奇偶性。如果“1”的个数为偶数,则PF的值为1,否则其值为0。

利用PF可进行奇偶校验检查,或产生奇偶校验位。在数据传送过程中,为了提供传送的可靠性,如果采用奇偶校验的方法,就可使用该标志位。

3、辅助进位标志AF(Auxiliary Carry Flag)
在发生下列情况时,辅助进位标志AF的值被置为1,否则其值为0:

(1)、在字操作时,发生低字节向高字节进位或借位时;
(2)、在字节操作时,发生低4位向高4位进位或借位时。

对以上6个运算结果标志位,在一般编程情况下,标志位CF、ZF、SF和OF的使用频率较高,而标志位PF和AF的使用频率较低。

4、零标志ZF(Zero Flag)
零标志ZF用来反映运算结果是否为0。如果运算结果为0,则其值为1,否则其值为0。在判断运算结果是否为0时,可使用此标志位。

5、符号标志SF(Sign Flag)
符号标志SF用来反映运算结果的符号位,它与运算结果的最高位相同。在微机系统中,有符号数采用补码表示法,所以,SF也就反映运算结果的正负号。运算结果为正数时,SF的值为0,否则其值为1。

6、溢出标志OF(Overflow Flag)
溢出标志OF用于反映有符号数加减运算所得结果是否溢出。如果运算结果超过当前运算位数所能表示的范围,则称为溢出,OF的值被置为1,否则,OF的值被清为0。

“溢出”和“进位”是两个不同含义的概念,不要混淆。如果不太清楚的话,请查阅《计算机组成原理》课程中的有关章节。

二、状态控制标志位
状态控制标志位是用来控制CPU操作的,它们要通过专门的指令才能使之发生改变。

1、追踪标志TF(Trap Flag)
当追踪标志TF被置为1时,CPU进入单步执行方式,即每执行一条指令,产生一个单步中断请求。这种方式主要用于程序的调试。

指令系统中没有专门的指令来改变标志位TF的值,但程序员可用其它办法来改变其值。

2、中断允许标志IF(Interrupt-enable Flag)
中断允许标志IF是用来决定CPU是否响应CPU外部的可屏蔽中断发出的中断请求。但不管该标志为何值,CPU都必须响应CPU外部的不可屏蔽中断所发出的中断请求,以及CPU内部产生的中断请求。具体规定如下:

(1)、当IF=1时,CPU可以响应CPU外部的可屏蔽中断发出的中断请求;

(2)、当IF=0时,CPU不响应CPU外部的可屏蔽中断发出的中断请求。

CPU的指令系统中也有专门的指令来改变标志位IF的值。

3、方向标志DF(Direction Flag)
方向标志DF用来决定在串操作指令执行时有关指针寄存器发生调整的方向。具体规定在第5.2.11节——字符串操作指令——中给出。在微机的指令系统中,还提供了专门的指令来改变标志位DF的值。

三、32位标志寄存器增加的标志位
1、I/O特权标志IOPL(I/O Privilege Level)
I/O特权标志用两位二进制位来表示,也称为I/O特权级字段。该字段指定了要求执行I/O指令的特权级。如果当前的特权级别在数值上小于等于IOPL的值,那么,该I/O指令可执行,否则将发生一个保护异常。

2、嵌套任务标志NT(Nested Task)
嵌套任务标志NT用来控制中断返回指令IRET的执行。具体规定如下:

(1)、当NT=0,用堆栈中保存的值恢复EFLAGS、CS和EIP,执行常规的中断返回操作;

(2)、当NT=1,通过任务转换实现中断返回。

3、重启动标志RF(Restart Flag)
重启动标志RF用来控制是否接受调试故障。规定:RF=0时,表示“接受”调试故障,否则拒绝之。在成功执行完一条指令后,处理机把RF置为0,当接受到一个非调试故障时,处理机就把它置为1。

4、虚拟8086方式标志VM(Virtual 8086 Mode)
如果该标志的值为1,则表示处理机处于虚拟的8086方式下的工作状

转自:http://blog.chinaunix.net/uid-7396260-id-2056757.html

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