彙編(二) -- 寄存器

前言

最近準備學習彙編，而後在B站上看到叫iOS小賢的做者發的視頻挺不錯，打算跟着學，文章是看視頻的筆記，最後有原視頻連接，想看視頻的能夠看看經過連接查看視頻。

寄存器

1. 內部部件之間由總線鏈接
2. 對程序員來講，CPU中最主要部件是寄存器，能夠經過改變寄存器的內容來實現對CPU的控制
3. 不一樣的CPU，寄存器的個數、結構是不相同的（8086是16位結構的CPU）

通用寄存器

• ARM64擁有有31個64位的通用寄存器 x0 到 x30,這些寄存器一般用來存放通常性的數據，稱爲通用寄存器（有時也有特定用途）

  • 那麼w0 到 w28 這些是32位的. 由於64位CPU能夠兼容32位.因此能夠只使用64位寄存器的低32位.
  • 好比 w0 就是 x0的低32位!

  模擬器是X86架構，因此用真機測才能看到ARM62的寄存器

• 一般，CPU會先將內存中的數據存儲到通用寄存器中，而後再對通用寄存器中的數據進行運算
• 假設內存中有塊紅色內存空間的值是3，如今想把它的值加1，並將結果存儲到藍色內存空間

• CPU首先會將紅色內存空間的值放到X0寄存器中：mov X0,紅色內存空間
• 而後讓X0寄存器與1相加：add X0,1
• 最後將值賦值給內存空間：mov 藍色內存空間,X0

**注：**爲何是64位寄存器，由於CPU是64位的，總線是64位的，一次通電能夠傳遞64位的數據給CPU，也就是8個字節，這個數據CPU存在寄存器中，因此寄存器是64位的。

問： 每次計算完又開闢內存空間存放結果？
答：彙編裏面不存在開闢空間，銷燬空間，直接經過內存地址訪問，和高級語言不同。

pc寄存器(program counter)

• 爲指令指針寄存器，它指示了CPU當前要讀取指令的地址
• 在內存或者磁盤上，指令和數據沒有任何區別，都是二進制信息
• CPU在工做的時候把有的信息看作指令，有的信息看作數據，爲一樣的信息賦予了不一樣的意義

• 好比 1110 0000 0000 0011 0000 1000 1010 1010
• 能夠當作數據 0xE003008AA
• 也能夠當作指令 mov x0, x8

0x102aaa928 <+0>: sub sp, sp, #0x10左邊是指令地址，右邊是指令。

Debug -> Debug Workflow -> View Memory 或者經過快捷鍵：shift+command + m 來調用內存查看界面

0x102aaa92c - 0x102aaa928 = 4，因此每一個指令戰4個字節。

FF 43 00 D1就是指令sub sp, sp, #0x10的二進制表現形式。

能夠在LLDB輸入ni單步往下走，發現依然斷點地址依然和pc寄存器同樣的。

輸入register write pc 0x102aaa92c改寫pc寄存器，能夠看到跳轉到改寫後地址的下一個寄存器位置。

• CPU根據什麼將內存中的信息看作指令？

• CPU將pc指向的內存單元的內容看作指令
• 若是內存中的某段內容曾被CPU執行過，那麼它所在的內存單元必然被pc指向過

bl指令

• CPU從何處執行指令是由pc中的內容決定的，咱們能夠經過改變pc的內容來控制CPU執行目標指令
• ARM64提供了一個mov指令（傳送指令），能夠用來修改大部分寄存器的值，好比
  • mov x0,#十、mov x1,#20
• 可是，mov指令不能用於設置pc的值，ARM64沒有提供這樣的功能
• ARM64提供了另外的指令來修改PC的值，這些指令統稱爲轉移指令，最簡單的是bl指令

注：#後面跟個數字，叫當即數，

bl指令 -- 練習

如今有兩段代碼!假設程序先執行A,請寫出指令執行順序.最終寄存器x0的值是多少?

_A:
    mov x0,#0xa0
    mov x1,#0x00
    add x1, x0, #0x14
    mov x0,x1
    bl _B
    mov x0,#0x0
    ret

_B:
    add x0, x0, #0x10
    ret

複製代碼

咱們來寫試試看，在xcode中建立文件，格式選擇Assembly File

.text告訴編譯器在text段，也就是代碼段，.global表示是全局的。 在.m文件中須要加上方法聲明int A();，這樣編譯才能經過，由於asm.s是源文件，編譯的會連接到全局函數_A。

在A()打斷點

輸入s進入函數A

咱們能夠看到x0就是a0，此時x1是50輸入ni單步往下走，x1變成0

add x1, x0, #0x14是把x0加上14而後賦值給x1，這樣x1就變成b4。

mov x0, x1是把x1的值賦值給x0，這樣x0和x1都是b4。

接下來bl 0x102df2c00跳轉到B函數。

而後一直輸入ni，會發現死循環了，至於爲何以後會解釋。

關於CPU&寄存器的補充

寄存器

CPU除了有控制器、運算器還有寄存器。其中寄存器的做用就是進行數據的臨時存儲。

CPU的運算速度是很是快的，爲了性能CPU在內部開闢一小塊臨時存儲區域，並在進行運算時先將數據從內存複製到這一小塊臨時存儲區域中，運算時就在這一小快臨時存儲區域內進行。咱們稱這一小塊臨時存儲區域爲寄存器。

對於arm64系的CPU來講， 若是寄存器以x開頭則代表的是一個64位的寄存器，若是以w開頭則代表是一個32位的寄存器，在系統中沒有提供16位和8位的寄存器供訪問和使用。其中32位的寄存器是64位寄存器的低32位部分並非獨立存在的。

**注：**若是你改了x0寄存器，w0寄存器也會改，由於32位的寄存器是64位寄存器的低32位部分並非獨立存在的。

高速緩存

iPhoneX上搭載的ARM處理器A11它的1級緩存的容量是64KB，2級緩存的容量8M.

CPU每執行一條指令前都須要從內存中將指令讀取到CPU內並執行。而寄存器的運行速度相比內存讀寫要快不少,爲了性能,CPU還集成了一個高速緩存存儲區域.當程序在運行時，先將要執行的指令代碼以及數據複製到高速緩存中去(由操做系統完成).CPU直接從高速緩存依次讀取指令來執行.

數據地址寄存器

數據地址寄存器 數據地址寄存器一般用來作數據計算的臨時存儲、作累加、計數、地址保存等功能。定義這些寄存器的做用主要是用於在CPU指令中保存操做數，在CPU中當作一些常規變量來使用。 ARM64中

• 64位: X0-X30, XZR(零寄存器)
• 32位: W0-W30, WZR(零寄存器)

注意: 有一種特殊的寄存器段寄存器:CS,DS,SS,ES四個寄存器來保存這些段的基地址,這個屬於Intel架構CPU中.在ARM中並無

**注：**之前內存使用段劃分的，如今是平滑狀態，從0到最後，只是文件裏面分段，內存中再也不有段了。

浮點和向量寄存器

由於浮點數的存儲以及其運算的特殊性,CPU中專門提供浮點數寄存器來處理浮點數

• 浮點寄存器 64位: D0 - D31 32位: S0 - S31
  如今的CPU支持向量運算.(向量運算在圖形處理相關的領域用得很是的多)爲了支持向量計算系統了也提供了衆多的向量寄存器.

• 向量寄存器 128位:V0-V31

以上講的都是ARM64寄存器，附上8086的寄存器

• 都是16位的
• 能夠存放2個字節

參考：
寄存器
關於CPU&寄存器的補充
彙編(二)
彙編(三)