x86アセンブリ言語

x86アセンブリ言語は、1972年4月に発売されたIntel 8008マイクロプロセッサまでのCPUとある程度の下位互換性を提供するアセンブリ言語ファミリーの名前です。^{[1] [2]これは、} x86クラスのプロセッサ用のオブジェクトコードを生成するために使用されます。

プログラミング言語としてみなされるアセンブリは、マシン固有で低レベルの言語です。すべてのアセンブリ言語と同様に、x86アセンブリはニーモニックを使用して基本的なCPU命令、つまりマシンコードを表します。^[3]アセンブリ言語は、小規模なリアルタイム 組み込みシステム、オペレーティングシステム カーネル、デバイスドライバーなど、詳細かつ時間的にクリティカルなアプリケーションで最もよく使用されますが、他のアプリケーションにも使用できます。コンパイラは、高レベルのプログラムをマシンコードに 変換するときに、中間ステップとしてアセンブリコードを生成することがあります。

x86アセンブリ言語の予約語^{[4] [5]}

x86アセンブリの各命令はニーモニックで表され、ニーモニックは1つ以上のオペランドと組み合わされて、オペコードと呼ばれる1つ以上のバイトに変換されます。たとえば、NOP命令は0x90に変換され、HLT命令は0xF4に変換されます。^{[3]文書化されたニーモニックのない}オペコードが存在する可能性があり、プロセッサによって解釈が異なるため、それらを使用するプログラムの動作に一貫性がなくなったり、プロセッサによっては例外が生成されたりすることがあります。これらのオペコードは、コードをより小さく、より速く、よりエレガントにしたり、単に作成者の腕前を誇示したりする方法として、コード作成コンテストでよく登場します。

x86アセンブリ言語には、Intel構文とAT&T構文という2つの主要な構文分岐があります。^[6] Intel構文はDOSとWindowsの世界では支配的であり、AT&T構文はUnixの世界では支配的です。これは、UnixがAT&Tベル研究所で作成されて以来です。^[7] Intel構文とAT&T構文 の主な違いをまとめると次のようになります。

多くのx86アセンブラは、FASM、MASM、NASM、TASM、YASMなど、Intel構文を使用しています。もともとAT & T構文を使用していたGASは、バージョン2.10以降、ディレクティブを介して両方の構文をサポートしています。^{[6] [8] [9]} x86のAT&T構文の奇妙な点は、 x87オペランドが逆になっていることです。これは、元のAT&Tアセンブラから継承されたバグです。^[10].intel_syntax

AT&T 構文は他のすべてのアーキテクチャにほぼ共通です (順序は同じですmov)。これは元々 PDP-11 アセンブリの構文でした。Intel 構文はx86 アーキテクチャに固有のもので、x86 プラットフォームのドキュメントで使用されています。x86より前のIntel 8080も、 に「宛先優先」の順序を使用していますmov。^[11]

x86プロセッサには、バイナリデータの保存に使用できるレジスタのコレクションがあります。データレジスタとアドレスレジスタをまとめて汎用レジスタと呼びます。各レジスタには、すべての機能に加えて特別な目的があります。^[3]

• AX 乗算/除算、文字列のロードと保存
• MOVE 用 BX インデックス レジスタ
• 文字列操作とシフトの CX カウント
• INとOUT、乗算/除算のDXポートアドレス
• SPはスタックの一番上を指します
• BPはスタックフレームのベースを指します
• SIはストリーム操作のソースを指します
• DIはストリーム操作の宛先を指します

一般レジスターに加えて、次のものも存在します。

• IP命令ポインタ
• 旗
• 64k セグメントの開始位置を決定するセグメント レジスタ (CS、DS、ES、FS、GS、SS) ( 80286およびそれ以前のバージョンでは FS と GS は存在しません)
• 追加の拡張レジスタ ( MMX、3DNow!、SSEなど) (Pentium 以降のみ)。

IP レジスタは、コード セグメント内の次の命令のメモリ オフセットを指します (命令の最初のバイトを指します)。プログラマは IP レジスタに直接アクセスすることはできません。

x86 レジスタはMOV命令を使用して使用できます。たとえば、Intel 構文では次のようになります。

mov ax , 1234h ; 値1234hex（4660d）をレジスタAXにコピーします。   

mov bx , ax ; AXレジスタの値をBXレジスタにコピーする      

x86アーキテクチャの実際の 8086 モードと仮想 8086 モードは、他の多くの環境で使用されているフラット メモリ モデルではなく、セグメンテーションと呼ばれるプロセスを使用してメモリをアドレス指定します。セグメンテーションでは、メモリ アドレスを セグメントとオフセットの2つの部分から構成します。セグメントは 64 KiB (64×2 ¹⁰ ) のアドレス グループの先頭を指し、オフセットはこの先頭アドレスから目的のアドレスまでの距離を決定します。セグメント アドレッシングでは、完全なメモリ アドレスに 2 つのレジスタが必要です。1 つはセグメントを保持し、もう 1 つはオフセットを保持します。フラット アドレスに戻すには、セグメント値を 4 ビット左にシフトし (2 ⁴または 16 の乗算に相当)、オフセットに追加して完全なアドレスを形成します。これにより、アドレスをうまく選択することで64k の壁を破ることができますが、プログラミングはかなり複雑になります。

たとえば、リアル モード/protected onlyでは、DS に16 進数0xDEADが含まれ、DX に数値0xCAFEが含まれる場合、これらは一緒にメモリ アドレスを指します。したがって、CPU はリアル モードで最大 1,048,576 バイト (1 MB) をアドレス指定できます。セグメント値とオフセット値を組み合わせると、20 ビットのアドレスが見つかります。 0xDEAD * 0x10 + 0xCAFE == 0xEB5CE

オリジナルの IBM PC ではプログラムが 640 KB に制限されていましたが、拡張メモリ仕様を使用してバンク切り替え方式が実装されました。この方式は、Windows などの後続のオペレーティング システムが新しいプロセッサのより大きなアドレス範囲を使用し、独自の仮想メモリ方式を実装したため、使用されなくなりました。

保護モードは、Intel 80286 から始まり、 OS/2で利用されました。BIOS にアクセスできないことや、プロセッサをリセットせずにリアルモードに切り替えることができないことなど、いくつかの欠点が、広範囲での使用を妨げました。^[12] 80286 は、メモリのアドレス指定が 16 ビット セグメントに制限されており、一度にアクセスできるのは 2 ¹⁶バイト (64キロバイト) のみでした。80286 の拡張機能にアクセスするには、オペレーティング システムがプロセッサを保護モードに設定し、24 ビット アドレッシングと 2 ^{24バイト (16}メガバイト)のメモリを有効にします。

保護モードでは、セグメント セレクターは 3 つの部分に分けられます。13 ビットのインデックス、エントリがGDT内にあるかLDT内にあるかを決定するテーブル インジケータービット、および 2 ビットの要求特権レベルです。x86メモリ セグメンテーションを参照してください。

セグメントとオフセットを持つアドレスを参照する場合は、セグメント:オフセットの表記法が使用されます。したがって、上記の例では、フラット アドレス0xEB5CE は、0xDEAD:0xCAFE として記述することも、セグメントとオフセット レジスタのペア DS:DX として記述することもできます。

重要なアドレスを指すセグメント レジスタと汎用レジスタの特別な組み合わせがいくつかあります。

• CS:IP (CS はコード セグメント、IP は命令ポインタ) は、プロセッサが次のコード バイトをフェッチするアドレスを指します。
• SS:SP (SS はスタック セグメント、SP はスタック ポインター) は、スタックの最上部、つまり最後にプッシュされたバイトのアドレスを指します。
• SS:BP (SS はスタック セグメント、BP はスタック フレーム ポインタ) は、スタック フレームの最上部のアドレス、つまり現在アクティブなサブプログラムの呼び出しスタック内のデータ領域のベースを指します。
• DS:SI (DS はデータ セグメント、SI はソース インデックス) は、ES:DI にコピーされる文字列データを指すためによく使用されます。
• ES:DI (ES は追加セグメント、DI は宛先インデックス) は、前述のように、通常、文字列のコピー先を指すために使用されます。

Intel 80386には、リアル モード、保護モード、仮想モードの 3 つの動作モードがありました。80286で初めて導入された保護モードは、80386 が最大 4 GBのメモリをアドレス指定できるように拡張されました。まったく新しい仮想 8086 モード ( VM86 ) により、保護された環境で 1 つ以上のリアル モード プログラムを実行できるようになりました。この環境では、リアル モードがほぼエミュレートされますが、一部のプログラムは互換性がありませんでした (通常、メモリ アドレス指定のトリックや指定されていないオペコードの使用が原因です)。

80386の拡張保護モードの32 ビットフラット メモリ モデルは、AMD が2003 年にx86-64 をリリースするまで、x86 プロセッサ ファミリにとって最も重要な機能変更だった可能性があります。これは、仮想メモリと単純なマルチタスクを使用することで、Windows が DOS アプリケーションを含む多くのアプリケーションを同時に実行できるようになったため、保護モードに依存していた Windows 3.1 の大規模な導入を促進するのに役立ったためです。

x86 プロセッサは、x86 コードに対してリアル モード、保護モード、ロング モード、仮想 86 モード、およびシステム管理モードの 5 つの動作モードをサポートしています。これらのモードでは、一部の命令が使用可能で、他のモードは使用できません。16 ビットの命令のサブセットは、16 ビット x86 プロセッサ (8086、8088、80186、80188、および 80286) で使用できます。これらの命令は、すべての x86 プロセッサのリアル モードで使用でき、16 ビット保護モード (80286 以降) では、保護モードに関連する追加の命令を使用できます。80386以降では、リアル モードを含むすべてのモードで 32 ビット命令 (以降の拡張機能を含む) も使用できます。これらの CPU では、V86 モードと 32 ビット保護モードが追加され、これらのモードで機能を管理するための追加の命令が提供されます。 SMM は、独自の特殊命令を備え、一部の Intel i386SL、i486 以降の CPU で使用できます。最後に、ロング モード (AMD Opteron以降) では、64 ビット命令とより多くのレジスタも使用できます。命令セットは各モードで似ていますが、メモリ アドレス指定とワード サイズが異なるため、異なるプログラミング戦略が必要です。

x86 コードを実行できるモードは次のとおりです。

• リアルモード（16ビット）
  • 20 ビットのセグメント化されたメモリ アドレス空間 (つまり、1 MBのメモリのみをアドレス指定できます。実際には、80286 以降ではHMA を介してもう少し多くのメモリがアドレス指定できます)、周辺ハードウェアへの直接ソフトウェア アクセス、ハードウェア レベルでのメモリ保護やマルチタスクの概念はありません。BIOSを使用するコンピューターは、このモードで起動します。
• 保護モード(16 ビットおよび 32 ビット)
  • アドレス指定可能な物理メモリを16 MBに、アドレス指定可能な仮想メモリを1 GBに拡張します。特権レベルと保護されたメモリを提供し、プログラムが互いに破損するのを防ぎます。16 ビット保護モード ( DOS時代の終わりに使用) では、複雑なマルチセグメント メモリ モデルが使用されていました。32 ビット保護モードは、シンプルでフラットなメモリ モデルを使用します。
• ロングモード（64ビット）
  • 主に 32 ビット (保護モード) 命令セットの拡張ですが、16 ビットから 32 ビットへの移行とは異なり、64 ビット モードでは多くの命令が削除されました。AMD が先駆けました。
• 仮想8086モード（16ビット）
  • 保護モードのスーパーバイザ オペレーティング システムの制御下でリアル モード プログラムとオペレーティング システムを実行できる特別なハイブリッド オペレーティング モード
• システム管理モード(16 ビット)
  • 電源管理、システム ハードウェア制御、独自の OEM 設計コードなどのシステム全体の機能を処理します。システム ファームウェアでのみ使用されます。オペレーティング システムを含むすべての通常の実行は一時停止されます。その後、代替ソフトウェア システム (通常はコンピューターのファームウェアまたはハードウェア支援デバッガーに常駐) が、高い権限で実行されます。

プロセッサは電源投入直後はリアル モードで実行されるため、オペレーティング システム カーネルやその他のプログラムは、リアル モード以外で実行したい場合は明示的に別のモードに切り替える必要があります。モードの切り替えは、準備後にプロセッサの制御レジスタの特定のビットを変更することで実行され、切り替え後に追加の設定が必要になる場合があります。

レガシーBIOS を実行しているコンピュータでは、BIOS とブート ローダーはリアル モードで実行されます。64 ビット オペレーティング システム カーネルは CPU をチェックしてロング モードに切り替え、64 ビット コードを実行する新しいカーネル モードスレッドを開始します。

UEFI を実行するコンピュータでは、UEFI ファームウェア (CSM およびレガシーオプション ROMを除く)、UEFIブート ローダー、および UEFI オペレーティング システム カーネルはすべて Long モードで実行されます。

一般的に、最新のx86 命令セットの特徴は次のとおりです。

• コンパクトなエンコーディング
  • 可変長およびアラインメントに依存しない（x86 アーキテクチャのすべてのデータと同様に、リトルエンディアンとしてエンコードされます）
  • 主に 1 アドレスおよび 2 アドレス命令、つまり最初のオペランドが宛先でもあります。
  • ソースと宛先の両方のメモリオペランドがサポートされています (小さな即時オフセットを使用してアドレス指定されたスタック要素の読み取り/書き込みによく使用されます)。
  • 汎用レジスタと暗黙的レジスタのebp両方の使用。32ビット モードでは7 個 ( を数える) の汎用レジスタすべて、および 64 ビット モードでは 15 個 ( を数える) の汎用レジスタすべてをアキュムレータrbpとしてまたはアドレス指定に自由に使用できますが、そのほとんどは特定の (多かれ少なかれ) 特殊命令によって暗黙的にも使用されます。したがって、影響を受けるレジスタは、そのような命令シーケンス中にアクティブな場合は、一時的に保持 (通常はスタック) する必要があります。
• ほとんどの整数ALU命令を通じて暗黙的に条件フラグを生成します。
• 即時、オフセット、スケール インデックスなどのさまざまなアドレス指定モードをサポートしますが、ジャンプ ( x86-64アーキテクチャの改善として導入) を除き、PC 相対はサポートしません。
• レジスタのスタックに浮動小数点を含めます。
• アトミック読み取り-変更-書き込み命令（xchg、cmpxchg/ cmpxchg8b、xadd、およびlockプレフィックスと組み合わせた整数命令）の特別なサポートが含まれています。
• SIMD命令 (幅の広いレジスタの隣接セルにエンコードされた多数のオペランドに対して、単一の命令を並列に同時に実行する命令)。

x86 アーキテクチャには、実行スタックpushメカニズムのハードウェア サポートがあります。 、、などの命令は、pop適切に設定されたスタックで使用され、パラメータを渡したり、ローカル データ用のスペースを割り当てたり、呼び出し戻りポイントを保存および復元したりします。サイズ命令は、スペース効率の高い (高速な)呼び出し規約を実装するのに非常に役立ちます。呼び出し規約では、パラメータによって占有されているスタック スペースを再利用する責任が呼び出された側にあります。 callretret

再帰プロシージャのローカル データを保持するためのスタック フレームを設定する場合、いくつかの選択肢があります。高レベル命令 (80186 で導入) は、プロシージャ ネストの深さ引数とローカル サイズ引数を取り、より明示的なレジスタ操作 (  ;  ;など) よりも高速になる場合があります。高速か低速かは、特定の x86 プロセッサ実装、およびコンパイラ、プログラマ、または特定のプログラム コードで使用される呼び出し規約によって異なります。ほとんどの x86 コードは、複数のメーカーの x86 プロセッサと異なるテクノロジ世代のプロセッサで実行することを目的としており、これは、非常に多様なマイクロアーキテクチャとマイクロコードソリューション、およびさまざまなゲート レベルとトランジスタレベルの設計選択を意味します。 enterpush bpmov bp, spsub sp, size

や などの命令の場合でも、完全な範囲のアドレッシング モード (即値およびベース + オフセットを含む) により、整数、浮動小数点、およびアドレスデータのスタックの直接使用が簡単になり、一部の RISC アーキテクチャと比較してABI仕様とメカニズムが比較的簡単に 保たれます(より明示的な呼び出しスタックの詳細が必要)。pushpop

x86 アセンブリには、標準の算術演算add、、、、 （符号付き整数のsub場合）、および（符号なし整数の場合）、論理演算子、、、、、ビットシフトneg算術および論理、/ （符号付き整数の場合）、/ （符号なし整数の場合）、キャリー付きおよびキャリーなしの回転、/ 、/ 、BCD算術命令の補数、、などがあります。 imulidivmuldiv andorxornotsalsarshlshrrclrcrrolroraaaaaddaa

x86 アセンブリ言語には、スタックベースの浮動小数点ユニット (FPU) の命令が含まれています。FPU は、8086 から 80386 まではオプションの独立したコプロセッサでしたが、80486 シリーズではオンチップ オプションでした。また、Pentium を始めとする 80486 以降のすべての Intel x86 CPU では標準機能です。FPU 命令には、加算、減算、否定、乗算、除算、剰余、平方根、整数切り捨て、小数切り捨て、2 の累乗によるスケールが含まれます。操作には変換命令も含まれており、2 進化 10 進数、32 ビット整数、64 ビット整数、32 ビット浮動小数点、64 ビット浮動小数点、または 80 ビット浮動小数点のいずれかの形式でメモリから値をロードまたは保存できます (ロード時に、値は現在使用されている浮動小数点モードに変換されます)。 x86 には、正弦、余弦、正接、逆正接、底 2 の累乗、底 2、10、eの対数など、多数の超越関数も含まれています。

命令のスタック レジスタ間の形式は通常、または です。ここで、 はと同等であり、 は8 つのスタック レジスタ ( 、、...、) の 1 つです。整数と同様に、最初のオペランドは最初のソース オペランドとデスティネーション オペランドの両方です。 とは、減算または除算を実行する前に最初にソース オペランドを交換するため、特に注意する必要があります。加算、減算、乗算、除算、格納、および比較の命令には、操作が完了した後にスタックの先頭をポップする命令モードが含まれます。したがって、たとえば、 は計算 を実行し、次にスタックの先頭から を削除します。これにより、のスタックの先頭にあった結果が になります。 fop st, st(n)fop st(n), ststst(0)st(n)st(0)st(1)st(7)fsubrfdivrfaddp st(1), stst(1) = st(1) + st(0)st(0)st(1)st(0)

最近の x86 CPU にはSIMD命令が含まれており、これは主に、幅広い SIMD レジスタにエンコードされた多数の値に対して同じ操作を並列に実行します。さまざまな命令テクノロジが、異なるレジスタ セットに対して異なる操作をサポートしていますが、全体として ( MMXからSSE4.2まで)、整数または浮動小数点演算 (加算、減算、乗算、シフト、最小化、最大化、比較、除算、または平方根) に関する一般的な計算が含まれます。たとえば、paddw mm0, mm1は 4 つの並列 16 ビット ( で示されるw) 整数値を に加算 ( で示されるpadd)し、結果を に格納します。ストリーミング SIMD 拡張命令(SSE) には、レジスタの最初の値のみが実際に変更される浮動小数点モードも含まれています ( SSE2で拡張)。絶対差の合計( MPEGで行われるようなビデオ圧縮での動き予測に使用) や 16 ビットの乗算累算命令 (ソフトウェア ベースのアルファ ブレンディングやデジタル フィルタリングに便利)など、他の珍しい命令もいくつか追加されました。SSE ( SSE3以降) および3DNow!拡張機能には、ペアの浮動小数点値を複素数のように扱うための加算命令と減算命令が含まれています。 mm0mm1mm0

これらの命令セットには、レジスタ内で値をシャッフル、挿入、抽出するための多数の固定サブワード命令も含まれています。さらに、整数レジスタと XMM (SSE で使用)/FPU (MMX で使用) レジスタ間でデータを移動するための命令もあります。

x86 プロセッサには、即値オフセット、レジスタ、オフセット付きレジスタ、オフセット付きまたはオフセットなしのスケール付きレジスタ、オプションのオフセット付きレジスタと別のスケール付きレジスタを使用してメモリをアドレス指定するための複雑なアドレス指定モードも含まれています。したがって、たとえば、セレクタからオフセットmov eax, [Table + ebx + esi*4]として計算されたアドレスから 32 ビットのデータをロードし、それをレジスタに格納する単一の命令としてエンコードできます。一般に、x86 プロセッサは、操作しているレジスタのサイズに一致するメモリをロードして使用できます。(SIMD 命令には、ハーフロード命令も含まれます。) (Table + ebx + esi * 4)dseax

整数ALU命令を含むほとんどの2オペランドx86命令は、標準の「アドレッシングモードバイト」^{[13]を使用します。これは、} MOD-REG-R/Mバイト と呼ばれることもあります。^{[14] [15] [16]} 多くの32ビットx86命令には、MOD-REG-R/Mバイトに続くSIBアドレッシングモードバイトもあります。^{[17] [18] [19] [20] [21]}

原則として、命令オペコードはアドレッシングモードバイトとは別なので、これらの命令は直交している。なぜなら、これらのオペコードはどれも任意のアドレッシングモードと組み合わせることができるからだ。しかし、x86命令セットは、他の多くのオペコードが固定のアドレッシングモード（アドレッシングモードバイトを持たない）を持ち、すべてのレジスタが特殊であるため、一般的に非直交であると考えられている。^{[21] [22]}

x86 命令セットには、文字列のロード、ストア、移動、スキャン、比較命令 ( lods、stos、、 ) が含まれておりmovs、各操作を指定されたサイズ ( 8 ビット バイトの場合は 、16 ビット ワードの場合は 、32 ビット ダブル ワードの場合は ) まで実行してから、暗黙のアドレス レジスタ (の場合は、およびの場合は、およびの場合は両方) を増分/減分します (DF、方向フラグによって異なります)。ロード、ストア、スキャン操作の場合、暗黙のターゲット/ソース/比較レジスタは、、またはレジスタにあります (サイズによって異なります)。使用される暗黙のセグメント レジスタは、の場合は、およびの場合はです。または レジスタは減分カウンタとして使用され、カウンタが 0 に達するか、(スキャンと比較の場合) 不等が検出されると操作が停止します。残念ながら、長年にわたりこれらの命令の一部のパフォーマンスが軽視されるようになり、場合によっては、アルゴリズムを自分で記述することでより高速な結果を得ることができるようになりました。ただし、Intel と AMD はいくつかの命令を刷新しており、現在ではいくつかの命令のパフォーマンスは非常に優れているため、プログラマーは、このグループの特定の命令を使用する前に、最近の信頼できるベンチマーク記事を読むことをお勧めします。 scascmpsbwdsilodsdistosscasmovscmpsalaxeaxdssiesdicxecx

スタックはメモリ領域であり、スタックの一番下を指す「スタック ポインタ」が関連付けられています。スタック ポインタは、項目が追加されると (「プッシュ」) デクリメントされ、項目が削除されると (「ポップ」) インクリメントされます。16 ビット モードでは、この暗黙のスタック ポインタは SS:[SP]、32 ビット モードでは SS:[ESP]、64 ビット モードでは [RSP] としてアドレス指定されます。スタック ポインタは、そのサイズがプロセッサの動作モード (つまり、16 ビット、32 ビット、または 64 ビット) と一致することを前提として、実際に格納された最後の値を指します。また、/ push/にスタック フレーム ポインタを設定するときにスタックの一番上からデータを予約および削除する命令とも含まれます。ただし、 / /レジスタへの直接設定、つまり加算と減算もサポートされているため、/命令は通常不要です。 popcallretenterleavebpebprbpspesprspenterleave

このコードは、デバッグを容易にするためにコンパイラの最適化をオフにした場合の、高級言語に典型的な関数の始まりです。

 push rbp ; 呼び出し関数のスタック フレーム ポインタ (rbp レジスタ) を保存します。mov rbp , rsp ; 呼び出し元のスタックの下に新しいスタック フレームを作成します。 sub rsp , 32 ; この関数のローカル変数用に 32 バイトのスタック領域を予約します。; ローカル変数は rbp の下にあり、rbp を基準として参照できます。; これもデバッグを容易にするのに最適ですが、最高のパフォーマンスを得るには rbp はまったく使用されず、ローカル変数は rsp を基準として参照されます。 ; コードの節約とは別に、rbp は他の用途に使用できるためです。… … ; ただし、rbp がここで変更された場合、その値は呼び出し元用に保持される必要があります。mov [ rbp - 8 ], rdx ; メモリ位置からレジスタ rdx へのローカル変数へのアクセスの例           
         
          
                   
                   
                   
                   
                 
     

...機能的には次のものと同等です:

 32,0を入力​    

スタックを操作するためのその他の命令には、pushfd(32 ビット) / pushfq(64 ビット) や、popfd/popfqEFLAGS (32 ビット) / RFLAGS (64 ビット) レジスタの保存と取得のための命令などがあります。

SIMD ロードまたはストアの値は、SIMD レジスタの隣接する位置にパックされていると想定され、連続したリトル エンディアン順に整列されます。一部の SSE ロードおよびストア命令は、正常に機能するために 16 バイトの整列が必要です。SIMD 命令セットには、ロードを実行しますが、キャッシュ ロードに使用されるレジスタをターゲットとしない「プリフェッチ」命令も含まれます。SSE 命令セットには、宛先がまだキャッシュされていない場合にキャッシュ割り当てを実行せずにメモリに直接ストアを実行する非一時ストア命令も含まれます (そうでない場合は、通常のストアのように動作します)。

ほとんどの汎用整数および浮動小数点命令 (SIMD ではない) では、1 つのパラメータを 2 番目のソース パラメータとして複素アドレスとして使用できます。整数命令では、1 つのメモリ パラメータを宛先オペランドとして受け入れることもできます。

x86 アセンブリには無条件ジャンプ操作があり、jmp即値アドレス、レジスタ、または間接アドレスをパラメータとして受け取ることができます (ほとんどの RISC プロセッサは、ジャンプにリンク レジスタまたは短い即値変位のみをサポートしていることに注意してください)。

また、jz(ゼロでのジャンプ)、jnz(非ゼロでのジャンプ)、jg(より大きいでのジャンプ、符号付き)、(より小さいでのジャンプ、符号付き)、jl(ja上/より大きいでのジャンプ、符号なし)、 (下/より小さいでのジャンプ、符号なし) など、いくつかの条件付きジャンプもサポートされています。これらの条件付き操作は、 (E)FLAGSjbレジスタの特定のビットの状態に基づいています。多くの算術演算と論理演算では、結果に応じてこれらのフラグを設定、クリア、または補完します。比較(compare) および命令では、オペランドの値を変更せずに、それぞれ減算またはビット単位の AND 演算を実行したかのようにフラグを設定します。フラグに直接作用する(キャリー フラグのクリア) や(キャリー フラグの補完)などの命令もあります。浮動小数点の比較は、または命令を介して実行され、最終的には整数フラグに変換する必要があります。 cmptestclccmcfcomficom

各ジャンプ操作には、オペランドのサイズに応じて 3 つの異なる形式があります。ショートジャンプでは、現在の命令からの相対オフセットである 8 ビットの符号付きオペランドを使用します。ニアジャンプはショート ジャンプに似ていますが、16 ビットの符号付きオペランド (リアル モードまたは保護モード) または 32 ビットの符号付きオペランド (32 ビット保護モードのみ) を使用します。ファージャンプは、完全なセグメント ベース:オフセット値を絶対アドレスとして使用するジャンプです。また、これらにはそれぞれ間接形式とインデックス形式があります。

単純なジャンプ操作に加えて、call(サブルーチンの呼び出し) 命令とret(サブルーチンからの戻り) 命令があります。 は、サブルーチンに制御を移す前に、callに続く命令のセグメント オフセット アドレスをcallスタックにプッシュし、retこの値をスタックからポップして、そこにジャンプし、効果的に制御のフローをプログラムのその部分に戻します。 の場合far call、セグメント ベースはオフセットに続いてプッシュされ、far retオフセットをポップしてからセグメント ベースをポップして戻ります。

intまた、2 つの類似した命令(割り込み)もあります。これは、現在の(E)FLAGSレジスタ値をスタックに保存し、 を実行しますfar call。ただし、アドレスの代わりに、割り込み ベクター、つまり割り込みハンドラー アドレスのテーブルへのインデックスを使用します。通常、割り込みハンドラーは、呼び出し元プログラムに操作の結果を返すために使用されない限り (ソフトウェアでは 割り込みと呼ばれる)、使用する他のすべての CPU レジスタを保存します。対応する割り込みからの戻り命令は でありiret、戻った後にフラグを復元します。上記のタイプのソフト割り込みは、一部のオペレーティング システムでシステム コールに使用され、ハード割り込みハンドラーのデバッグにも使用できます。ハード割り込みは外部のハードウェア イベントによってトリガーされ、現在実行中のプログラムの状態は不明であるため、すべてのレジスタ値を保持する必要があります。保護モードでは、OS によって割り込みが設定され、タスク スイッチがトリガーされる場合があります。これにより、アクティブ タスクのすべてのレジスタが自動的に保存されます。

以下の例では、Microsoft MASM、NASMなどのアセンブラで使用されている、いわゆるIntel構文フレーバーを使用しています。（注：ソースオペランドと宛先オペランドの順序が入れ替わるなど、他の多くの違いがあるAT＆T構文フレーバーもあります。）^[23]

ソフトウェア割り込み 21h命令を使用して MS-DOS オペレーティングシステムを呼び出し、ディスプレイに出力します。他のサンプルでは、​​libcの C printf() ルーチンを使用してstdoutに書き込みます。最初の例は、Intel 8086 の 16 ビットモードを使用した 30 年前の例であることに注意してください。2 番目の例は、32 ビットモードの Intel 386 コードです。最新のコードは 64 ビットモードになります。^[24]

.model小さい.stack 100h 
 

.data
メッセージdb 'Hello world!$'		

.code 
start: 
mov ax , @ DATA ; データ セグメントを初期化しますmov ds , ax mov ah , 09h ; 8 ビット レジスタ 'ah' (レジスタ ax の上位バイト) を 9 に設定し、ソフトウェア割り込み int 21h を介して以下で呼び出される MS-DOS ルーチンのサブ機能番号を選択してメッセージを表示しますlea dx , msg ; msg のアドレスを取得し、そのアドレスを 16 ビット レジスタ dx に格納しますint 21h ; さまざまな MS-DOS ルーチンはソフトウェア割り込みによって呼び出すことができます 21h ; 必要なサブ機能は上記のレジスタ ah に設定されています        
      
		     
                   
                   
		     
		        
                   

	mov ax , 4C00h ; レジスタ ax を、MS-DOS のソフトウェア割り込みサービス「terminate program」のサブ機能番号 int 21h に設定します。int 21h ; この MS-DOS サービスを呼び出すと、プログラムが終了するため、戻りません。	   
                   
		        

終了開始 

; 6.15 以前のバージョンでは /coff スイッチが必要です
.386 
.model small , c .stack 1000h 
 

.data
メッセージdb "Hello world!" 、0      

.code 
includelib libcmt.lib includelib libvcruntime.lib includelib libucrt.lib includelib legacy_stdio_definitions.lib 
 
 
 

extrn printf :近くextrn exit :近く 
 

パブリックmain main procプッシュオフセットメッセージ呼び出しprintfプッシュ0呼び出しexit main endp 
 
             
            
            
            
 

終わり

; イメージベース = 0x00400000 
%define RVA(x) (x-0x00400000) 
section .text push dword hello call dword [ printf ] push byte + 0 call dword [ exit ] ret 
  
  
  
  


セクション.data hello db "Hello world!" 
  

セクション.idata dd RVA ( msvcrt_LookupTable ) dd - 1 dd 0 dd RVA ( msvcrt_string ) dd RVA ( msvcrt_imports ) times 5 dd 0 ; 記述子テーブルを終了します 
 
 
 
 
 
    

msvcrt_string dd "msvcrt.dll" , 0 msvcrt_LookupTable: dd RVA ( msvcrt_printf ) dd RVA ( msvcrt_exit ) dd 0   

 
 
 

msvcrt_imports: 
printf dd RVA ( msvcrt_printf ) exit dd RVA ( msvcrt_exit ) dd 0  
  
 

msvcrt_printf: 
dw 1 dw "printf" , 0 msvcrt_exit: dw 2 dw "exit" , 0 dd 0 
  

 
  
 

.data ; 初期化されたデータのセクションstr: .ascii "Hello, world!\n" ; "Hello, world!" と新しい行を含むテキスト文字列を定義します。str_len = . - str ; アドレスを減算して str の長さを取得します                         
   
                 

.text ; プログラム関数のセクション.globl _start ; _start 関数をエクスポートして実行できるようにします_start: ; _start 関数を開始しますmovl $4 , %eax ; 'sys_write' への命令を指定しますmovl $1 , %ebx ; 出力を標準出力 'stdout' に指定しますmovl $str , %ecx ; 出力されたテキストを定義済みの文字列に指定しますmovl $str_len , %edx ; 書き込む文字数を定義済みの文字列の長さとして指定します。int $0x80 ; システム割り込みを呼び出して、作成した syscall を開始します。                         
                  
                       
                   
                   
                 
             
                      

    movl $1 , %eax ; 命令を 'sys_exit' に指定しますmovl $0 , %ebx ; 終了コードを 0 (成功を意味する) に指定しますint $0x80 ; プログラムを終了するために別のシステム割り込みを呼び出します               
                   
                      

; 
; このプログラムは 32 ビット保護モードで実行されます。
; ビルド: nasm -f elf -F stabs name.asm 
; リンク: ld -o name name.o 
; 
; 64 ビット ロング モードでは、64 ビット レジスタを使用できます (例: eax の代わりに rax、ebx の代わりに rbx など) 
; また、ビルド コマンドで "-f elf " を "-f elf64" に変更します。
;
セクション.data ; 初期化されたデータのセクションstr: db 'Hello world!' , 0Ah ; 最後に改行文字があるメッセージ文字列 (10 進数) str_len: equ $ - str ; str の開始アドレスから 'ここ、このアドレス' ('$' 記号は 'ここ' を意味します)を減算して、文字列の長さ (バイト) を計算します                            
                
                        
                                          

section .text ; これはメモリ内のコード セクション (プログラム テキスト) ですglobal _start ; _start はエントリ ポイントであり、リンカーから「見える」ようにグローバル スコープが必要です--C/C++ の main() に相当_start: ; _start プロシージャの定義はここから始まりますmov eax , 4 ; sys_write 関数コードを指定します (OS ベクター テーブルから) mov ebx , 1 ; ファイル記述子 stdout を指定します --gnu/linux では、ハードウェア デバイスも含め、すべてがファイルとして扱われますmov ecx , str ; 文字列メッセージの開始 _アドレス_ を ecx レジスタに移動しますmov edx , str_len ; メッセージの長さ (バイト単位) を移動しますint 80h ; 先ほど設定したシステム コールを実行するためにカーネルを中断します - ; gnu/linux では、サービスはカーネルを通じて要求されますmov eax , 1 ; sys_exit 関数コードを指定します (OS ベクター テーブルから) mov ebx , 0 ; OS の戻りコードを指定します (ゼロは OS にすべてが正常に完了したことを伝えます) int 80h ; カーネルを中断してシステム コールを実行します (終了するため)                            
                            
                                        
                                 
		                    
		                    
                                 
		                  
		              
		                      
                                 
		                    
		                    
		                      

64 ビット ロング モードの場合、「lea rcx, str」はメッセージのアドレスになります。64 ビット レジスタ rcx に注意してください。

; 
; このプログラムは32ビット保護モードで実行されます。
; gccはデフォルトで標準Cライブラリをリンクします

; ビルド: nasm -f elf -F stabs name.asm 
; リンク: gcc -o name name.o 
; 
; 64 ビット ロング モードでは、64 ビット レジスタを使用できます (例: eax の代わりに rax、ebx の代わりに rbx など) 
; また、ビルド コマンドで "-f elf " を "-f elf64" に変更します。
; 
global main ; 'main' は、C 標準ライブラリに対してコンパイルされるため、定義する必要があります。 extern printf ; printf は別のオブジェクト モジュールで宣言されているため、外部シンボルの使用を宣言します。 ; リンカーは後でこのシンボルを解決します。                                      
                                                
                                    
                                                
                                                

セグメント.data ; 初期化されたデータ文字列dbのセクション'Hello world!' 、0Ah 、0 ; 改行文字 (10 ; 10 ; 10 進数) とゼロ バイトの 'NUL' ターミネータで終わるメッセージ文字列; 'string' は、'Hello, World' が格納されている開始アドレスを参照するようになりました。                                    
	                
                                                
                                                
                                                

セグメント.text main: push string ; 'string' のアドレスをスタックにプッシュします。; これにより、4 バイトのアドレス 'string'が新しい esp (スタックの新しい一番下) のメモリに格納される前に、esp が 4 バイト削減されます。 

                                      
                                                
                                                
                                                

                                                ; これは printf() の引数になります。
printfを呼び出すと、C の printf() 関数が呼び出されます。add esp , 4 ; スタック ポインターを 4 増やして、 ; 'push' の前の位置に戻します。これにより、4 バイト削減されます。ret ; 呼び出し元に戻ります。                                      
                                        
                                                
                                                
                                             

この例は最新の 64 ビット モードです。

; ビルド: nasm -f elf64 -F dwarf hello.asm 
; リンク: ld -o hello hello.o

DEFAULT REL ; デフォルトでRIP相対アドレス指定モードを使用するので、[foo] = [rel foo] 			    

SECTION .rodata ; 読み取り専用データは、Windows の .rdata のように、GNU/Linux の .rodata セクションに配置する必要があります。Hello: db "Hello world!" , 10 ; 10 バイトで終わる = 改行 (ASCII LF) len_Hello: equ $ - Hello ; NASM に長さをアセンブリ時定数として計算させます。 ; '$' 記号は 'ここ' を意味します。write() は長さを受け取るため、ゼロで終了する C スタイルの文字列は必要ありません。; C の puts() の場合は次のようになります。 			
		     
	              
                                    
                                    
                                    

SECTION .rodata ; 読み取り専用データは、Windows の .rdata のように、GNU/Linux の .rodata セクションに配置できます。Hello: db "Hello world!" , 10 ; 10 = `\n`. len_Hello: equ $ - Hello ; NASM に長さをアセンブル時の定数として計算させます。write() は長さを取るので、0 で終了する C スタイルの文字列は必要ありません。puts の場合は次のようになります。 			
		         
	                  


セクション.text 

global _start _start: mov eax , 1 ; __NR_write Linux asm/unistd_64.h (x86_64) からのシステムコール番号mov edi , 1 ; int fd = STDOUT_FILENO lea rsi , [ rel Hello ] ; x86-64 は RIP 相対 LEA を使用して静的アドレスをレジスタに格納しますmov rdx , len_Hello ; size_t count = len_Hello syscall ; write(1, Hello, len_Hello); カーネルに呼び出して実際にシステムコールを実行します;; RAX に値を返します。RCX と R11 もシステムコールによって上書きされます 

	  				
	  				
	   			
	  		
						
     

	mov eax , 60 ; __NR_exit 呼び出し番号 (x86_64) はレジスタ eax に格納されます。xor edi , edi ; これにより、edi と rdi がゼロになります。; この xor-self トリックは、レジスタをゼロにするための一般的なイディオムとして好まれ、常に最も高速な方法です。; 32 ビットの値が edx などに格納されると、上位ビット 63:32もすべてのケースで自動的にゼロになります。これにより、64 ビット レジスタ全体を 32 ビット値で埋める場合に非常に一般的に必要となるため、追加の命令でビットを設定する必要がなくなります。; これにより、ルーチンの終了ステータスが 0 (通常終了) に設定されますsyscall ; _exit(0)  				
	  		    
                            
                            
                            
                            
                            
                            
                            
						

これを で実行すると、straceプロセスで余分なシステム コールが行われないことが検証されます。printf バージョンでは、libc を初期化して動的リンクを行うために、さらに多くのシステム コールが行われます。ただし、これは静的実行可能ファイルです。これは、-pie や共有ライブラリなしで ld を使用してリンクしたためです。ユーザー空間で実行される命令は、ユーザーが指定したものだけです。

$ strace  ./hello  >  /dev/null # リダイレクトがなければ、プログラムの stdout は stderr の strace のログと混在します。通常は問題ありません。execve("./hello", ["./hello"], 0x7ffc8b0b3570 /* 51 vars */) = 0 write(1, "Hello world!\n", 13) = 13 exit(0) = ? +++ exited with 0 +++                    

x86 アーキテクチャでは、比較にフラグが頻繁に使用されます。2 つのデータを比較すると、CPU は関連するフラグを設定します。その後、条件付きジャンプ命令を使用してフラグをチェックし、実行する必要があるコードに分岐できます。例:

	cmp eax , ebx jne do_something ; ... do_something: ; ここで何かする	 
		
	

	

比較命令以外にも、フラグ レジスタのビットを設定する算術命令やその他の命令が多数あります。他の例としては、sub、test、add 命令などがあります。cmp + 条件付きジャンプなどの一般的な組み合わせは、内部的に 1 つのマイクロ命令 (μ-op) に「融合」 (「マクロ融合」) され、プロセッサが条件付きジャンプがジャンプか継続かを推測できれば高速です。

フラグ レジスタは、x86 アーキテクチャで特定の機能や実行モードのオン/オフを切り替えるためにも使用されます。たとえば、すべてのマスク可能な割り込みを無効にするには、次の命令を使用します。

	クライ

フラグ レジスタに直接アクセスすることもできます。フラグ レジスタの下位 8 ビットは、命令をah使用してにロードできます。フラグ レジスタ全体を、命令、( を含む)、および をlahf使用してスタックに移動することもできます。 pushfd/pushfqpopfd/popfqintintoiret

x87 浮動小数点演算サブシステムには、独自の独立した「フラグ」タイプのレジスタである fp ステータス ワードもあります。1990 年代には、このレジスタのフラグ ビットにアクセスするのは面倒で時間のかかる手順でしたが、最近のプロセッサには「2 つの浮動小数点値を比較する」命令があり、通常の条件付きジャンプ/分岐命令で、介在するステップなしで直接使用できます。

命令ポインタipは、 16 ビット モード、eip32 ビット モード、および64 ビット モードで呼び出されますrip。命令ポインタ レジスタは、プロセッサが実行しようとする次の命令のアドレスを指します。16 ビット モードまたは 32 ビット モードでは直接アクセスできませんが、次のようなシーケンスを記述して、アドレスを (32 ビット コード) に格納することができnext_lineますeax。

	next_line を呼び出し、 next_line: eaxをポップします	

		

命令ポインタへの書き込みは簡単です。jmp命令は指定されたターゲット アドレスを命令ポインタに格納します。たとえば、次のようなシーケンスは の内容を(64 ビット コード) raxに格納します。rip

	ジャンプラックス	

64 ビット モードでは、命令は命令ポインターを基準にしてデータを参照できるため、命令ポインターの値を別のレジスタにコピーする必要が少なくなります。

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Wikibooksには、 x86アセンブリに関する本があります。

• Intel 64 および IA-32 ソフトウェア開発者マニュアル
• AMD64 アーキテクチャ プログラマーズ マニュアル (第 1 ～ 5 巻)

• Ed, Jorgensen (2018 年 5 月)。Ubuntu を使用した x86-64 アセンブリ言語プログラミング(PDF) (1.0.97 版)。p. 367。