x86-64指令系統概述

x86-64中各類數據的長度

x86-64的通用寄存器

新增8個64位通用寄存器（整數寄存器）
    • R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14和R15。
    • 可作為8位（R8B~R15B）、16位（R8W~R15W）或
    32位寄存器（R8D~R15D）使用
– 所有GPRs都從32位擴充到64位
    • 8個32位通用寄存器EAX、EBX、ECX、EDX、EBP、
    ESP、ESI和 EDI對應擴展寄存器分別為RAX、RBX、
    RCX、RDX、RBP、RSP、RSI和RDI
    • EBP、ESP、ESI和 EDI的低8位寄存器分別是BPL、SPL
    、SIL和DIL
    • 可兼容使用原AH、BH、CH和DH寄存器
（    使原來IA
 
-32中的每個通用寄存器都可以是8位、16位、
    32位和64位，如：SIL、SI、ESI、RSI）

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指令可直接訪問16個64位寄存器：RAX、RBX、RCX、RDX、
RBP、RSP、RSI、RDI，以及R8~R15
– 指令可直接訪問16個32位寄存器：EAX、EBX、ECX、EDX、EBP
、ESP、ESI、EDI，以及R8D~R15D
– 指令可直接訪問16個16位寄存器：AX、BX、CX、DX、BP、SP、
SI、DI，以及R8W~R15W
– 指令可直接訪問16個8位寄存器：AL、BL、CL、DL、BPL、SPL
、SIL、DIL，以及R8B
 
~R15B
– 為向後兼容，指令也可直接訪問AH、BH、CH、DH
– 通過寄存器傳送參數，因而很多過程不用訪問棧，因此，與IA-32
不同，x86-64不需要幀指針寄存器，即RBP可用作普通寄存器使用
– 程序計數器為64位寄存器RIP

x86-64的地址和尋址空間

字長從32位變為64位，64位（8B）數據被稱為一個四字（qw: quadword）
– 邏輯地址最長可達為64位，即理論上可訪問的存儲空
間達264字節或16EB（ExaByte）
– 編譯器為指針變量分配64位（8B）
– 基址寄存器和變址寄存器都應使用64位寄存器
– 但實際上，AMD和Intel的x86
 
-64僅支持48位虛擬地
址，因此，程序的虛擬地址空間大小為248=256TB

x86-64中數據的對齊

各類型數據遵循一定的對齊規則，而且更嚴格
– 存儲器訪問接口被設計成按8字節或16字節為單位進行
存取，其對齊規則是，任何K字節寬的基本數據類型和
指針類型數據的起始地址一定是K的倍數。
    • short型數據必須按2字節邊界對齊
    • int、float等類型數據必須按4字節邊界對齊
    • long、double、指針型變量必須按8字節邊界對齊
    • long double型數據必須按16字節邊界對齊

x86-64的基本指令

數據傳送指令（助記符“q”表示操作數長度為四字（即64位））
    movabsq I, R：將64位立即數送64位通用寄存器
    movq：傳送一個64位的四字
    movsbq、movswq、movslq：將源操作數進行符號擴展並傳送
到一個64位寄存器或存儲單元中
    movzbq、movzwq：將源操作數進行零擴展後傳送到一個64位寄
存器或存儲單元中
    movl：的功能相當於movzlq指令
    pushq S：R[rsp]←R[rsp]-8; M[R[rsp]] ←S
    popq D： D← M[R[rsp]]; R[rsp]←R[rsp]-8
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常規的算術邏輯運算指令
只要將原來IA-32中的指令擴展到64位即可。例如：
– addq（四字相加）
– subq（四字相減）
– incq（四字加1）
– decq（四字減1）
– imulq（帶符號整數四字相乘）
– orq（64位相或）
– salq（64位算術左移）
– leaq（有效地址加載到64位寄存器）

算術邏輯指令

x86-64的過程調用

看一個簡單的例子

x86-64過程調用的參數傳遞

– 通過通用寄存器傳送參數，很多過程不用訪問棧，故執行時間
比IA-32代碼更短
– 最多可有6個整型或指針型參數通過寄存器傳遞
– 超過6個入口參數時，後面的通過棧來傳遞
– 在棧中傳遞的參數若是基本類型，則都被分配8個字節
– call（或callq）將64位返址保存在棧中之前，執行R[rsp]←R[rsp]-8
– ret從棧中取出64位返回地址後，執行R[rsp]←R[rsp]+8 

x86-64過程調用舉例

x86-64指令系統