關(guān)于CPU的補(bǔ)充

寄存器

CPU除了有控制器、運(yùn)算器還有寄存器。其中寄存器的作用就是進(jìn)行數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ)。

CPU的運(yùn)算速度是非?？斓?，為了性能CPU在內(nèi)部開(kāi)辟一小塊臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域，并在進(jìn)行運(yùn)算時(shí)先將數(shù)據(jù)從內(nèi)存復(fù)制到這一小塊臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域中，運(yùn)算時(shí)就在這一小快臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。我們稱(chēng)這一小塊臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域?yàn)榧拇嫫鳌?/p>

對(duì)于arm64系的CPU來(lái)說(shuō)， 如果寄存器以x開(kāi)頭則表明的是一個(gè)64位的寄存器，如果以w開(kāi)頭則表明是一個(gè)32位的寄存器，在系統(tǒng)中沒(méi)有提供16位和8位的寄存器供訪問(wèn)和使用。其中32位的寄存器是64位寄存器的低32位部分并不是獨(dú)立存在的。

高速緩存

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

CPU每執(zhí)行一條指令前都需要從內(nèi)存中將指令讀取到CPU內(nèi)并執(zhí)行。而寄存器的運(yùn)行速度相比內(nèi)存讀寫(xiě)要快很多,為了性能,CPU還集成了一個(gè)高速緩存存儲(chǔ)區(qū)域.當(dāng)程序在運(yùn)行時(shí)，先將要執(zhí)行的指令代碼以及數(shù)據(jù)復(fù)制到高速緩存中去(由操作系統(tǒng)完成).CPU直接從高速緩存依次讀取指令來(lái)執(zhí)行.

寄存器的補(bǔ)充

數(shù)據(jù)地址寄存器

數(shù)據(jù)地址寄存器通常用來(lái)做數(shù)據(jù)計(jì)算的臨時(shí)存儲(chǔ)、做累加、計(jì)數(shù)、地址保存等功能。定義這些寄存器的作用主要是用于在CPU指令中保存操作數(shù)，在CPU中當(dāng)做一些常規(guī)變量來(lái)使用。
ARM64中
iOS 64位 只提供6個(gè)通用寄存器

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

注意:
之前講解8086匯編中有一種特殊的寄存器段寄存器:CS,DS,SS,ES四個(gè)寄存器來(lái)保存這些段的基地址,這個(gè)屬于Intel架構(gòu)CPU中.在ARM中并沒(méi)有

寄存器.png

通用寄存器

?   AX、BX、CX、DX這4個(gè)寄存器通常用來(lái)存放一般性的數(shù)據(jù)，稱(chēng)為通用寄存器（有時(shí)也有特定用途）
?   通常，CPU會(huì)先將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到通用寄存器中，然后再對(duì)通用寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算
?   AX、BX、CX、DX這4個(gè)通用寄存器都是16位的，如下圖所示

AX寄存器

8086的寄存器都是8位的，為了保證兼容， AX、BX、CX、DX都可分為2個(gè)獨(dú)立的8位寄存器來(lái)使用
? H代表高位寄存器
? L代表低位寄存器

AX寄存器-詳解圖

image.png

字和字節(jié)

?   在匯編的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中，有2個(gè)比較常用的單位
?   字節(jié)：byte，1個(gè)字節(jié)由8bit組成，可以存儲(chǔ)在8位寄存器中
?   字：   word，1個(gè)字由2個(gè)字節(jié)組成，這2個(gè)字節(jié)分別稱(chēng)為字的高字節(jié)和低字節(jié)

8086有4個(gè)段寄存器：CS、DS、SS、ES，當(dāng)CPU需要訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)由這4個(gè)段寄存器，提供內(nèi)存單元的段地址

    ?   CS (Code Segment)：代碼段寄存器        
    ?   DS (Data Segment)：數(shù)據(jù)段寄存器        
    ?   SS (Stack Segment)：堆棧段寄存器
    ?   ES (Extra Segment)：附加段寄存器
    ?   SI： 源變址      寄存器（source）
    ?   DI：目的變址  寄存器（destination）

IP：指令指針寄存器 IP= IP+所讀取指令的長(zhǎng)度，從而指向下一條指令

浮點(diǎn)和向量寄存器

因?yàn)楦↑c(diǎn)數(shù)的存儲(chǔ)以及其運(yùn)算的特殊性,CPU中專(zhuān)門(mén)提供浮點(diǎn)數(shù)寄存器來(lái)處理浮點(diǎn)數(shù)

• 浮點(diǎn)寄存器 64位: D0 - D31 32位: S0 - S31

現(xiàn)在的CPU支持向量運(yùn)算.(向量運(yùn)算在圖形處理相關(guān)的領(lǐng)域用得非常的多)為了支持向量計(jì)算系統(tǒng)了也提供了眾多的向量寄存器.

• 向量寄存器 128位:V0-V31

棧

棧

堆棧.png

• 棧：是一種具有特殊的訪問(wèn)方式的存儲(chǔ)空間（后進(jìn)先出， Last In Out Firt，LIFO）

SP和FP寄存器

• sp寄存器：在任意時(shí)刻會(huì)保存我們棧頂?shù)牡刂?
• fp寄存器：也稱(chēng)為x29寄存器屬于通用寄存器,但是在某些時(shí)刻我們利用它保存棧底的地址!()

注意:ARM64開(kāi)始,取消32位的 LDM,STM,PUSH,POP指令! 取而代之的是ldr\ldp str\stp
ARM64里面 對(duì)棧的操作是16字節(jié)對(duì)齊的!!

關(guān)于內(nèi)存讀寫(xiě)指令

注意:讀/寫(xiě) 數(shù)據(jù)是都是往高地址讀/寫(xiě)

棧內(nèi)存.png

str 指令：(store register)
將數(shù)據(jù)從寄存器中讀出來(lái),存到內(nèi)存中.
寄存器 --> 數(shù)據(jù) -->內(nèi)存

ldr 指令：(load register)
將數(shù)據(jù)從內(nèi)存中讀出來(lái),存到寄存器中
內(nèi)存 --> 數(shù)據(jù) -->寄存器

注意：
ldr 和 str只能操作1個(gè)寄存器
此ldr 和 str 的變種ldp 和 stp 還可以操作2個(gè)寄存器.

堆棧操作練習(xí)

使用32個(gè)字節(jié)空間作為這段程序的?？臻g,然后利用棧將x0和x1的值進(jìn)行交換.

sub    sp, sp, #0x20    ;拉伸?？臻g32個(gè)字節(jié)
stp    x0, x1, [sp, #0x10] ;sp往上加16個(gè)字節(jié),存放x0 和 x1
ldp    x1, x0, [sp, #0x10] ;將sp偏移16個(gè)字節(jié)的值取出來(lái),放入x1 和 x0

bl和ret指令

bl標(biāo)號(hào)

• 將下一條指令的地址放入lr(x30)寄存器
• 轉(zhuǎn)到標(biāo)號(hào)處執(zhí)行指令

ret

• 默認(rèn)使用lr(x30)寄存器的值,通過(guò)底層指令提示CPU此處作為下條指令地址!

ARM64平臺(tái)的特色指令,它面向硬件做了優(yōu)化處理的

x30寄存器

x30寄存器存放的是函數(shù)的返回地址.當(dāng)ret指令執(zhí)行時(shí)刻,會(huì)尋找x30寄存器保存的地址值!

注意:在函數(shù)嵌套調(diào)用的時(shí)候.需要講x30入棧!

函數(shù)的參數(shù)和返回值

ARM64下,函數(shù)的參數(shù)是存放在X0到X7(W0到W7)這8個(gè)寄存器里面的.如果超過(guò)8個(gè)參數(shù),就會(huì)入棧.
函數(shù)的返回值是放在X0 寄存器里面的.

函數(shù)的局部變量

函數(shù)的局部變量放在棧里面!

8086寄存器總結(jié)

8086寄存器基礎(chǔ)使用

基礎(chǔ)指令和寄存器

mov、int、call、add、sub 、push、pop、ret、ends、[]
bp
ax、bx、cx、dx
ah、al、bh、bl、ch、cl、dh、dl
sp、ip、
cs、ds、ss
sizeo()、

#//Dos系統(tǒng)命令
結(jié)束碼：$
中斷碼：int 21H （interrupt 中斷）
打印碼：mov ah,9h 
循環(huán)：   loop s

注意（現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)）：IP突然增大又恢復(fù)，肯定調(diào)用了函數(shù)，這是棧平衡。 用到局部變量（棧段），用push進(jìn)去 一定要用 pop掉
即每次函數(shù)調(diào)用都有棧空間

bp：寄存器，代替sp 到棧里尋址的
地址減：push 放數(shù)據(jù)，向低地址
地址加：pop 拿數(shù)據(jù)， 向高地址
push、pop 都是2個(gè)字節(jié) （8086是2個(gè)字，64位是4個(gè)字節(jié)）

參數(shù)為什么放入棧里?
1、函數(shù)結(jié)束就釋放
2、恢復(fù)棧平衡，防止棧內(nèi)存溢出，保證函數(shù)調(diào)用前后的棧頂是一致的
1) 外平棧：由函數(shù)外部保持棧的平衡
2) 內(nèi)平棧：由函數(shù)內(nèi)部保持棧的平衡

提升棧空間，保護(hù)寄存器

函數(shù)的調(diào)用流程

1、push參數(shù)（64位cpu 任性使用寄存器）
2、call指令調(diào)用（將下一條指令地址入棧）
3、保護(hù)bp寄存器，將sp賦值給bp
4、提升sp指針，作為局部變量空間（sp 減去一個(gè)值）
5、保護(hù)寄存器
6、業(yè)務(wù)邏輯
7、恢復(fù)寄存器
8、恢復(fù)sp、恢復(fù)bp （mov sp，bp 即：sp指向bp） （pop bp）
9、返回ret