寄存器

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寄存器就是CPU中的一些时序逻辑电路，属于暂时存放参与运算的数据和结果。速度非常快，容量非常小。

常用寄存器（ARM）

通用寄存器组

异常综合表征寄存器ESR_ELn

ESR寄存器用于异常处理程序确定异常原因。

常用寄存器（x86，了解即可）

通用寄存器组

功能

位于EU中，可以存放16位数据或地址，也可以分为8个8位寄存器使用（只能放数据）

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  • AX：累加器
  • BX：基址寄存器
  • CX：计数寄存器
  • DX：数据寄存器

通用寄存器会有一些特殊用途。

指针和变址寄存器

下面这些寄存器都是指向内存的

图片名称

  • BP：基址寄存器，与SP共同组成操作数地址（栈底地址）

其内部存放指向系统栈栈底的指针，调用子程序时第一句都是push EBP，就是为了保存栈基址，因为ESP总是会变化的

1
2
3
=> 0x7cda:	push   %ebp          # 保存栈基址
=> 0x7cdb:	mov    %esp,%ebp     # 将当前栈顶指针作为栈基址，相当于创建了一个新栈
=> 0x7ce0:	sub    $0xc,%esp     # 在栈中预分配空间
  • SP：堆栈指针寄存器，其内部存放指向系统栈栈顶的指针，PUSH时减小（栈向下生长），在x86中，esp总是4的倍数
  • SI：源操作数偏移量
  • DI：目的操作数偏移量，在很多字符串操作指令中，DS:ESI指向源串，ES:EDI指向目标串

段寄存器

段寄存器给出了当前段的基地址，配合IP指令寄存器，可以实现基址+偏移地址的寻址过程。在8086中，CPU可以寻址20位，但寄存器只有16位，因此需要分段。段寄存器给出相应逻辑段首地址。

代码段寄存器CS

数据段寄存器DS

堆栈段寄存器SS

堆栈段寄存器和堆栈段指针寄存器SP共同构成了堆栈段的地址[SS:SP]

附加段寄存器ES

段寄存器寻址过程（实模式下）

假设我们有一条地址，其表示为[CS:IP]，而计算机的位数为16位，那么这条指令的实际物理地址计算为：

例如有一个指令执行的地址为[f000:fff0]，那么其实际物理地址为：

指令指针寄存器EIP

8086设置了一个16位指令指针寄存器IP，用于存放下一条指令的偏移地址，从而控制指令序列执行流程。由BIU自动修改，在每条指令执行后递增。可以通过CALL、RET、JMP以及conditional jump等命令进行修改。IP也是指向内存的。

标志寄存器flags

一共有6个状态标志和3个控制标志，用于控制conditional jump（JP，JN，J[N]Z，J[N]C，J[N]O等）

状态标志

  1. CF：有进位或借位为1
  2. PF：奇偶校验，低8位有偶数个1时PF为1
  3. AF：辅助进位标志，低4位向高四位进位或借位时，AF=1
  4. ZF：运算结果为0时ZF=1
  5. SF：符号标志位，最高位为1时SF=1
  6. OF：溢出标志位，产生溢出为1

控制标志

  1. TF：单步标志，可设置单步执行，每执行一次指令，触发一个中断
  2. IF：中断标志位，IF=1允许CPU响应可执行中断
  3. DF：方向标志位，在串操作指令中，DF=0由低地址向高地址进行操作。

内存管理寄存器

x86提供了四个内存管理计算器，分别为GDTR、LDTR、IDTR和TR，用于指定内存分段管理所用系统表的基地址

全局描述表寄存器GDTR

GDTR寄存器用于存放全局描述表GDT的32位线性基地址和16位表限长值，基地址指明表中字节0在线性地址空间中的地址，而表长度指明GDT表的字节长度值。由于机器刚上电或复位后基地址默认为0，而长度被设置为0xFFFF，所以在保护模式初始化过程中必须给GDTR一个新值。

控制类寄存器

共有5个控制类寄存器CR0-CR4，可以控制CPU的特性

CR01

功能

CR0寄存器的主要功能是实现对于CPU的控制，其中比较重要的是实现实模式到保护模式的切换

描述

CR0长度为32-bit，具体位描述如下：

Bit Name Full Name Description
0 PE Protected Mode Enable（保护模式和实模式切换） If 1, system is in protected mode, else system is in real mode
1 MP Monitor co-processor Controls interaction of WAIT/FWAIT instructions with TS flag in CR0
2 EM Emulation If set, no x87 floating-point unit present, if clear, x87 FPU present
3 TS Task switched Allows saving x87 task context upon a task switch only after x87 instruction used
4 ET Extension type On the 386, it allowed to specify whether the external math coprocessor was an 80287 or 80387
5 NE Numeric error Enable internal x87 floating point error reporting when set, else enables PC style x87 error detection
16 WP Write protect When set, the CPU can’t write to read-only pages when privilege level is 0
18 AM Alignment mask Alignment check enabled if AM set, AC flag (in EFLAGS register) set, and privilege level is 3
29 NW Not-write through Globally enables/disable write-through caching
30 CD Cache disable Globally enables/disable the memory cache
31 PG Paging If 1, enable paging and use the § CR3 register, else disable paging.

CR3

CR3寄存器是比较重要的一个寄存器，用于线性地址到物理地址的转换过程中，CR3保存了页目录的基地址（物理地址），当进程发生切换时，必须更换至相应进程的页目录。同理，内核作为一个进程，也有自己的页目录。

参考文献

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