Архитектура x64

Архитектура x64 — это расширение с обратной совместимостью x86, которое предоставляет новый 64-разрядный режим и устаревший 32-разрядный режим, идентичный x86. Эта архитектура расширяет восемь регистров общего назначения x86 до 64-разрядных, добавляет восемь новых регистров и предоставляет расширенные соглашения о вызовах и режимы адресации для современного 64-разрядного программирования.

Термин x64 включает как AMD64, так и Intel 64. Наборы инструкций почти идентичны.

РегистрЫ

x64 расширяет восемь регистров общего назначения x86 для 64-разрядных и добавляет восемь новых 64-разрядных регистров. 64-разрядные регистры имеют имена, начинающиеся с "r". Например, 64-разрядное расширение eax называется rax. Новые регистры называются r8 – r15.

Нижние 32 бита, 16 битов и 8 бит каждого регистра напрямую доступны для адресации в операндах. Эта прямая адресность включает регистры, такие как esi, чьи более низкие 8 битов не были адресируемыми ранее. В следующей таблице указаны имена языка сборки для нижних частей 64-разрядных регистров.

Операции, которые выводят в 32-разрядный подрегистр, автоматически расширяются с обнулением на весь 64-разрядный регистр. Операции, выходные в 8-разрядные или 16-разрядные подрегистры, не расширяются (это поведение совместимо с x86).

Высокие 8 битов ax, bx, cx и dx по-прежнему адресуются как ah, bh, ch и dh, но не могут использоваться со всеми типами операндов.

Указатель команд eip и регистр флагов flags расширяются до 64 бит (rip и rflags соответственно).

Процессор x64 также предоставляет несколько наборов регистров с плавающей запятой:

• Восемь 80-разрядных регистров x87.

• Восемь 64-разрядных регистров MMX. (Эти регистры перекрываются с регистрами x87.)

• Исходный набор из восьми 128-разрядных регистров SSE увеличивается до 16.

Соглашения о вызовах

В отличие от архитектуры x86 компилятор C/C++ поддерживает только одно соглашение о вызовах в x64. Это соглашение о вызовах использует большее количество регистров, доступных в x64:

• Первые четыре целочисленных или указателя параметров передаются в регистрах rcx, rdx, r8 и r9 .

• Первые четыре параметров с плавающей запятой передаются в первых четырех регистрах SSE xmm0-xmm3.

• Вызывающая функция резервирует пространство в стеке для аргументов, переданных в регистрах. Вызываемая функция может использовать это пространство для разлива содержимого регистров в стек.

• Вы передаете любые другие аргументы на стек.

• Целое или возвращаемое значение указателя возвращается в регистре rax , а возвращаемое значение с плавающей запятой возвращается в xmm0.

• rax, rcx, rdx, r8-r11 являются переменными.

• rbx, rbp, rdi, rsi, r12-r15 являются нелатилными.

Соглашение о вызове для C++ аналогично. Этот указатель передается как неявный первый параметр. Следующие три параметра передаются в оставшихся регистрах, а остальные передаются на стек.

Режимы адресации

Режимы адресации в 64-разрядном режиме похожи, но не идентичны x86.

• Инструкции, ссылающиеся на 64-разрядные регистры, автоматически выполняются с 64-разрядной точностью. Например, mov rax, [rbx] перемещает 8 байтов, начиная с rbx в rax.

• Специальная форма инструкции mov существует для 64-разрядных непосредственных констант или постоянных адресов. Для всех других инструкций немедленные константы или постоянные адреса по-прежнему 32-битные.

• x64 предоставляет новый режим адресации относительно регистра rip. Инструкции, ссылающиеся на один адрес константы, кодируются как смещения от rip. Например, инструкция mov rax , [addr] перемещает 8 байтов, начиная с addr + rip в rax.

Инструкции, такие как jmp, call, push и pop, которые неявно ссылаются на указатель инструкции и указатель стека, обрабатывают их как 64-разрядные регистры в x64.

Связанный контент

• X86-64 Википедия

• Ресурсы разработчика AMD 64

• Intel — введение в сборку x64

• X64 Primer — все, что необходимо знать, чтобы начать программирование 64-разрядных систем Windows - Мэтт Pietrek

• История соглашений вызова, часть 5: "amd64" Рэймонд Чен