reverseenengineering:регитсры:аппаратные_регистры [Заметки IT-шника]

Эта страница только для чтения. Вы можете посмотреть её исходный текст, но не можете его изменить. Сообщите администратору, если считаете, что это неправильно.
====== Аппаратные регистры для x86-64, RISC, CISC ======

Разберём основные аппаратные регистры для трёх архитектур:

  - **x86-64** (CISC, наиболее распространённая CISC-архитектура)
  - **Классическая RISC** (пример: ARMv8-A/AArch64, MIPS)
  - **Классическая CISC** (на примере x86-64, с комментариями по отличиям от RISC)

===== 1. Регистры x86-64 (CISC) =====

^ Категория              ^ Регистр                        ^ Разрядность ^ Назначение и особенности                           ^
| Общего назначения      | RAX, RBX, RCX, RDX             | 64          | Основные регистры (арифметика, универсальные)       |
| Общего назначения      | RSI, RDI                       | 64          | Индексы для строковых операций, аргументы вызовов   |
| Общего назначения      | RBP, RSP                       | 64          | Базовый и стековый указатели                       |
| Дополнительные         | R8–R15                         | 64          | Дополнительные универсальные регистры               |
| Программный счётчик    | RIP                            | 64          | Адрес следующей инструкции                         |
| Флаги                  | RFLAGS                         | 64          | Флаги процессора                                   |
| Сегментные             | CS, DS, ES, SS, FS, GS         | 16          | Сегментация памяти (редко используется в 64 бит)    |
| Контроля               | CR0, CR2, CR3, CR4, CR8        | 64          | Управление страницами и режимами процессора         |
| SIMD/SSE               | XMM0–XMM15                     | 128         | SIMD/FPU операции                                  |
| AVX                    | YMM0–YMM15                     | 256         | Расширенные SIMD                                   |
| AVX-512                | ZMM0–ZMM31                     | 512         | Ещё шире SIMD                                      |
| MMX/FPU                | ST(0)–ST(7), MM0–MM7           | 80/64       | Стек FPU/MMX                                       |

  * Каждый RAX разбивается на EAX (32), AX (16), AL (8), AH (8 верхний байт), и аналоги для других регистров.

----

===== 2. Регистры классической RISC (ARMv8/AArch64, элементы MIPS) =====

==== ARMv8-A/AArch64 ====

^ Категория             ^ Регистр                 ^ Разрядность ^ Назначение и особенности                ^
| Общего назначения     | X0–X30                  | 64          | 31 регистр общего назначения (X30=LР)     |
| Аргументы/возврат     | X0–X7                   | 64          | Аргументы функций, X0 — возврат из функции|
| Стековый              | SP                      | 64          | Stack Pointer                            |
| Программный счётчик   | PC                      | 64          | Program Counter                          |
| Флаги                 | NZCV                    | 4           | Negative, Zero, Carry, Overflow           |
| Системный             | PSTATE                  | -           | Статус, управление привилегиями           |
| SIMD/Vector           | V0–V31                  | 128         | Регистры для NEON/SIMD/FPU                |

==== MIPS (32/64-бит, неполный список) ====

^ Назначение         ^ Имя          ^ Описание                ^
| zero               | $zero        | Всегда 0                |
| Аргументы          | $a0–$a3      | Аргументы функций       |
| Вызов              | $ra          | Return address          |
| Счётчик            | $t0–$t9      | Временные регистры      |
| Сохранение         | $s0–$s7      | Saved регистры          |
| Стек               | $sp          | Stack pointer           |
| Программный счётчик| $pc          | Program counter         |

----

===== 3. Классическая CISC =====

  * Современная CISC — см. x86-64 выше.
  * В старых CISC (VAX, 68000): используются спец. регистры управления/адресации, меньшее число GPR, возможность сложной адресации.
  * Пример: VAX-11 — регистры R0–R15, PSW (status), PC.

----

===== 4. Сводная таблица по архитектурам =====

^ Архитектура ^ Категория              ^ Имя регистра(-ов)       ^ Разрядность ^ Кол-во    ^ Назначение, особенности              ^
| x86-64      | Общие                 | RAX…RDI, RBP, RSP       | 64          | 8         | Универсальные, арифметика, стек       |
|             | Дополнительные        | R8–R15                  | 64          | 8         | Универсальные                         |
|             | Программный счётчик   | RIP                     | 64          | 1         | IP (указатель команды)                |
|             | Флаги                 | RFLAGS                  | 64          | 1         | Флаги                                 |
|             | Сегментные            | CS, DS, ES, SS, FS, GS  | 16          | 6         | Сегмент. память                       |
|             | SIMD                  | XMM0–XMM15, YMM*, ZMM*  | 128–512     | 16–32     | Векторные регистры                    |
|             | FPU/MMX               | ST(0)–ST(7), MM0–7      | 80/64       | 8         | FPU/MMX                               |
| ARMv8       | Общие                 | X0–X30                  | 64          | 31        | Универсальные (X30 — LR)              |
|             | Стек                  | SP                      | 64          | 1         | Stack Pointer                         |
|             | Программный счётчик   | PC                      | 64          | 1         | Program Counter                       |
|             | Флаги                 | NZCV                    | 4           | 1 набор   | Флаги состояния                       |
|             | SIMD/VFP              | V0–V31                  | 128         | 32        | Векторные регистры                    |
| MIPS        | Общие                 | $0–$31                  | 32/64       | 32        | Универсальные (назначение по ABI)      |
|             | Стек                  | $sp                     | 32/64       | 1         | Stack Pointer                         |
|             | PC                    | $pc                     | 32/64       | 1         | Program Counter                       |
|             | HI/LO                 | hi, lo                  | 32/64       | 2         | Для умножения/деления                 |

----

===== 5. Сравнение отличий CISC и RISC =====

^ Особенность        ^ x86-64 (CISC)             ^ RISC (ARMv8, MIPS)           ^
| Количество GPR     | 16 (реальных)             | 31–32                        |
| Размер регистров   | 64 бит (есть 8/16/32 бита)| 64 бит (обычно)              |
| Специализация      | Некоторые спец. регистры  | Все практически общие         |
| Адресация памяти   | Сложная, много режимов    | Простая                      |
| Указатель команд   | RIP                       | PC                           |

----

===== 6. Пример кода =====

**x86-64:**
<code>
mov rax, rbx         ; Копировать rbx в rax
add rax, rcx         ; Сложение
mov [rsp+8], rax     ; Сохр. rax на стеке
</code>

**ARMv8/AArch64:**
<code>
MOV X0, X1           ; Копировать X1 в X0
ADD X0, X0, X2       ; Сложить X0 и X2, результат в X0
STR X0, [SP, #8]     ; Сохр. X0 по адресу SP+8
</code>

----