assembly - 如何知道寄存器是否为 "general purpose register"？

Question

我试图了解寄存器必须具备什么标准才能被称为“通用寄存器”。

我认为通用寄存器是一个可以用于任何用途的寄存器(用于计算、将数据移入/移出等)，并且是一个没有特殊用途的寄存器。

现在我了解到ESP寄存器是一个通用寄存器。我猜ESP寄存器可以用来做任何事情，但是ESP寄存器还有一个特殊的用途，那就是指向堆栈的顶部。

那么这是否意味着 ESP 寄存器是一个特殊用途寄存器？

Answer 1

术语通用寄存器(GPR) 与专用寄存器相对。后者不能在所有情况下使用。

从历史上看，旧的 8086 架构引入了名称中存在的整数寄存器的这种差异，直到今天:

• AX = A累加器寄存器:累加结果(**)
• BX = 基址寄存器:某些指令的基址偏移量，例如XLAT
• CX = C计数器寄存器:循环计数，例如JCXZ .
• DX = 数据寄存器:扩展数据范围，例如MUL 的结果位于 DX:AX
• SI = 源源索引:字符串指令的源，例如LODSB
• DI = 目标索引:字符串指令的目标，例如STOSB
• SP = S定位指针:指向堆栈的当前项
• BP = 基址指针:指向当前子程序的基址(堆栈帧)

(**) AX/AL is some kind of special purpose register, too. Many instructions have special encodings for AX/AL as operands, e.g. loading segment registers with MOV.

其他特殊用途寄存器是

• 段寄存器(CS、DS、ES、SS)
• 标志寄存器 (FLAGS) 和
• 指令指针 (IP)

其中一些限制至今仍用于实模式下 16 位指令的寻址模式(参见 Intel® 64 and IA-32 ArchitecturesSoftware Developer’s Manual 第 2 卷，第 2.1.5 节，表 2-1。”带 ModR/M 字节的 16 位寻址形式”)

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随着 32 位架构 - IA-32 的引入，整数寄存器的用途得到了扩展，并且(几乎)每个寄存器都可以用于每种用途(因此是通用用途)。这也反射(reflect)在指令的寻址模式编码中，请参阅英特尔手册第 2 卷，第 2.1.5 节，表 2.2。 (比较表2.1和表2.2以了解差异)

名称分别以 E 和 R 为前缀，分别表示 EAX 和 RAX，以及它们的名称表明用途的历史名称现在只是约定俗成的。

许多新架构中添加了新的专用寄存器。 英特尔手册，第 1 卷，第 3.7.2 节给出了完整的概述。:

• 32-bit general-purpose registers (EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, ESP, or EBP)
• 16-bit general-purpose registers (AX, BX, CX, DX, SI, DI, SP, or BP)
• 8-bit general-purpose registers (AH, BH, CH, DH, AL, BL, CL, or DL)
• segment registers (CS, DS, SS, ES, FS, and GS)
• EFLAGS register
• x87 FPU registers (ST0 through ST7, status word, control word, tag word, data operand pointer, and instruction pointer)
• MMX registers (MM0 through MM7)
• XMM registers (XMM0 through XMM7) and the MXCSR register
• control registers (CR0, CR2, CR3, and CR4) and system table pointer registers (GDTR, LDTR, IDTR, and task register)
• debug registers (DR0, DR1, DR2, DR3, DR6, and DR7)
• MSR registers

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通用寄存器是一种可以用于多种目的的寄存器。这些目的是

• 值(value)
• 寻址
• 索引
• (计数)
• (基础)

例如，段寄存器只能保存段值，但不能用于加法。 FPU寄存器只能保存浮点值，但不能用于寻址。

在 IA-32 中，ESP 寄存器更接近于通用寄存器，因为它可以用于(几乎)所有上述目的:

• 作为值:mov eax, esp
• 在寻址中:mov eax, [esp+4]，但不作为(缩放的)索引，如 mov eax, [4+esp*2]
• 作为基础:mov eax, [esp + eax]
• as count: inc esp 在跳转有效之前

ESP 的唯一异常(exception)是(缩放的)索引 寻址无法编码。它只能用作基址寄存器，它使用 SIB 字节进行特殊编码(请参阅英特尔手册，第 2 卷，第 2.1.5 节，表 2.3 - 请参阅页脚)。

为了说明ESP和其他寄存器(例如ECX)之间编码的差异:

8b 01         mov eax, [ecx]   ; MOV + ModRM (normal)
8b 04 24      mov eax, [esp]   ; MOV + ModRM + SIB byte
8b 41 04      mov eax, [ecx+4] ; MOV + ModRM + disp8
8b 44 24 04   mov eax, [esp+4] ; MOV + ModRM + SIB + disp8

我想尽管有这个异常(exception)，ESP 仍然可以将自己算作一个GPR。