汇编--CPU和寄存器

jiahaoshen123
260 阅读7分钟

1.了解一下进制

  • 八进制由8个符号组成:0 1 2 3 4 5 6 7 逢八进一
  • 十进制由10个符号组成:0 1 2 3 4 5 6 7 8 9逢十进一
  • N进制就是由N个符号组成:逢N进一
做个练习
  • 八进制运算

    • 2 + 3 = __ , 2 * 3 = __ ,4 + 5 = __ ,4 * 5 = __.

    • 277 + 333 = __ , 276 * 54 = __ , 237 - 54 = __ , 234 / 4 = __ .

八进制加法表
 0  1  2  3  4  5  6  7 
10 11 12 13 14 15 16 17
20 21 22 23 24 25 26 27
...

1+1 = 2						
1+2 = 3   2+2 = 4				
1+3 = 4   2+3 = 5   3+3 = 6
1+4 = 5   2+4 = 6   3+4 = 7   4+4 = 10  
1+5 = 6   2+5 = 7   3+5 = 10  4+5 = 11  5+5 = 12
1+6 = 7   2+6 = 10  3+6 = 11  4+6 = 12  5+6 = 13  6+6 = 14
1+7 = 10  2+7 = 11  3+7 = 12  4+7 = 13  5+7 = 14  6+7 = 15  7+7 = 16
八进制乘法表
0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 20 21 22 23 24 25 26 27...
1*1 = 1						
1*2 = 2	  2*2 = 4				
1*3 = 3	  2*3 = 6	3*3 = 11	
1*4 = 4	  2*4 = 10	3*4 = 14  4*4 = 20
1*5 = 5	  2*5 = 12	3*5 = 17  4*5 = 24  5*5 = 31
1*6 = 6	  2*6 = 14	3*6 = 22  4*6 = 30  5*6 = 36  6*6 = 44
1*7 = 7	  2*7 = 16	3*7 = 25  4*7 = 34  5*7 = 43  6*7 = 52  7*7 = 61
实战四则运算
   277         236         276         234
+  333       -  54       *  54       /   4
--------    --------    --------    --------

二进制的简写形式

       二进制: 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0
三个二进制一组: 101 110 111 100
       八进制:   5   6   7   4
四个二进制一组: 1011 1011 1100
     十六进制:    b    b    c

二进制：从0 写到 1111
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 
这种二进制使用起来太麻烦，改成更简单一点的符号：
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 这就是十六进制了

2.数据的宽度

  • 位(Bit): 1个位就是1个二进制位.0或者1
  • 字节(Byte): 1个字节由8个Bit组成(8位).内存中的最小单元Byte.
  • 字(Word): 1个字由2个字节组成(16位),这2个字节分别称为高字节和低字节.
  • 双字(Doubleword): 1个双字由两个字组成(32位)

那么计算机存储数据它会分为有符号数和无符号数.

无符号数,直接换算!
有符号数:
正数:  0    1    2    3    4    5    6    7 
负数:  F    E    D    B    C    A    9    8
      -1   -2   -3   -4   -5   -6   -7   -8

3.CPU&寄存器

WeChata56cb8ac0dfa09d35b5392037dbc4844.png CPU除了有控制器、运算器还有寄存器。其中寄存器的作用就是进行数据的临时存储。

CPU的运算速度是非常快的，为了性能CPU在内部开辟一小块临时存储区域，并在进行运算时先将数据从内存复制到这一小块临时存储区域中，运算时就在这一小快临时存储区域内进行。我们称这一小块临时存储区域为寄存器。

对于arm64系的CPU来说， 如果寄存器以x开头则表明的是一个64位的寄存器，如果以w开头则表明是一个32位的寄存器，在系统中没有提供16位和8位的寄存器供访问和使用。其中32位的寄存器是64位寄存器的低32位部分并不是独立存在的。

浮点和向量寄存器

因为浮点数的存储以及其运算的特殊性,CPU中专门提供浮点数寄存器来处理浮点数

  • 浮点寄存器 64位: D0 - D31 32位: S0 - S31

现在的CPU支持向量运算.(向量运算在图形处理相关的领域用得非常的多)为了支持向量计算系统了也提供了众多的向量寄存器.

  • 向量寄存器 128位:V0-V31

如图：

WeChat3352f6a6a4c64da02ffbf916c2fe15ed.png

通用寄存器

  • 通用寄存器也称数据地址寄存器通常用来做数据计算的临时存储、做累加、计数、地址保存等功能。定义这些寄存器的作用主要是用于在CPU指令中保存操作数，在CPU中当做一些常规变量来使用。

  • ARM64拥有有32个64位的通用寄存器 x0 到 x30，以及XZR(零寄存器),这些通用寄存器有时也有特定用途。

    • 那么w0 到 w28 这些是32位的. 因为64位CPU可以兼容32位.所以可以只使用64位寄存器的低32位.
    • 比如 w0 就是 x0的低32位!

  • 通常，CPU会先将内存中的数据存储到通用寄存器中，然后再对通用寄存器中的数据进行运算

  • 假设内存中有块红色内存空间的值是3，现在想把它的值加1，并将结果存储到蓝色内存空间

WeChatde93fe5e6eea90c3ed455595b86f38df.png

  • CPU首先会将红色内存空间的值放到X0寄存器中：mov X0,红色内存空间
  • 然后让X0寄存器与1相加：add X0,1
  • 最后将值赋值给内存空间：mov 蓝色内存空间,X0

pc寄存器(program counter)

  • 为指令指针寄存器，它指示了CPU当前要读取指令的地址
  • 在内存或者磁盘上，指令和数据没有任何区别，都是二进制信息
  • CPU在工作的时候把有的信息看做指令，有的信息看做数据，为同样的信息赋予了不同的意义
    • 比如 1110 0000 0000 0011 0000 1000 1010 1010
    • 可以当做数据 0xE003008AA
    • 也可以当做指令 mov x0, x8
  • CPU根据什么将内存中的信息看做指令？
    • CPU将pc指向的内存单元的内容看做指令
    • 如果内存中的某段内容曾被CPU执行过，那么它所在的内存单元必然被pc指向过

高速缓存

iPhoneX上搭载的ARM处理器A11它的1级缓存的容量是64KB，2级缓存的容量8M.

CPU每执行一条指令前都需要从内存中将指令读取到CPU内并执行。而寄存器的运行速度相比内存读写要快很多,为了性能,CPU还集成了一个高速缓存存储区域.当程序在运行时，先将要执行的指令代码以及数据复制到高速缓存中去(由操作系统完成).CPU直接从高速缓存依次读取指令来执行.

bl指令

  • CPU从何处执行指令是由pc中的内容决定的，我们可以通过改变pc的内容来控制CPU执行目标指令

  • ARM64提供了一个mov指令（传送指令），可以用来修改大部分寄存器的值，比如

    • mov x0,#10、mov x1,#20

  • 但是，mov指令不能用于设置pc的值，ARM64没有提供这样的功能

  • ARM64提供了另外的指令来修改PC的值，这些指令统称为转移指令，最简单的是bl指令

avatar
文章
阅读
粉丝