Arquitectura Intel 64

Registros

Dentro de la arquitectura de Intel de 64 bits vamos a contar con cuatro tipos de registros.

Primero tenemos los registros de propósito general, los cuales son 16 registros de 64 bits cada uno. Estos son los que mas vamos a utilizar y pueden ver sus nombres en la tabla:

RAX	RBX	RCX	RDX	RSI	RDI	RBP	RSP
R8	R9	R10	R11	R12	R13	R14	R15

Algunos de estos tienen funciones preestablecidas y no podremos usarlos con total libertad. Mas adelante esta explicado la función de cada uno.

Luego tenemos los registros XMM, los cuales son 16 registros de 128 bits de tamaño. El doble de los de propósito general. Estos registros cuentan con sus propias instrucciones, y suelen ser usadas al trabajar con algoritmos de modelo SIMD. Se encuentran por el nombre XMM $n$ , donde $n$ es un numero del 0 al 15.

Por otro lado, tenemos los registros de la FPU (floating point unit). Es decir, los registros de punto flotante, que tienen 80 bits de espacio: 64 para la mantisa, 14 para el exponente y 1 para el signo. Son registros especiales para manejar operaciones con números reales. Tienen nombre de la forma R $n$ , donde $n$ es un numero del 0 al 7, inclusive.

Por ultimo están los registros MMX, los cuales son 8 registros de 64 bits. Su nombre consiste en MM $n$ , con $n$ entre 0 y 7. En particular estos registros ya están obsoletos, siguen estando en los modelos nuevos de Intel, pero ya no se les da uso.

Instrucciones

Como reglas generales, de acuerdo con la documentación disponible, las instrucciones de estos procesadores pueden obtener los operandos desde:

La instrucción en si misma, es decir que el operando está implícito en la instrucción.
Un registro.
Una posición de memoria.
Un puerto de entrada salida.

Del mismo modo, el resultado de una operación puede tener como destino para su almacenamiento:

Un registro.
Una posición de memoria.
Un puerto de entrada salida.

Modos de direccionamiento

A la hora de utilizar las instrucciones, existen distintas formas de direccionar la memoria. Es decir, formas de indicarle al procesador a que celda de memoria queremos acceder.

Para empezar, tenemos el direccionamiento implícito. Se trata de instrucciones en las cuales el código de operación es suficiente para establecer que operación realizar y cual es el operando. Algunos ejemplos de estas instrucciones pueden ser:

clc            ; Para limpiar el flag de carry
stc            ; Para setear el flag de carry
cld            ; Para limpiar el flag de direccion
std            ; Para setear el flag de direccion
cli            ; Para limpiar el flag de insterrupciones
sti            ; Para setear el flag de insterrupciones

Por otro lado, tenemos el direccionamiento inmediato. Consiste en instrucciones donde el operando fuente viene dentro del código de la instrucción. En otras palabras, esta escrito explícitamente en el código.

add rsi, 10    ; Add es la operación de suma

En este ejemplo, podemos ver como la instrucción add le suma 10 a rsi , pero ese 10 no lo va a buscar en ningún lado de la memoria. En este caso, a 10 lo vamos a llamar un inmediato.

El mas importante y usado de todos: el direccionamiento a registro. Todos los operandos de la gran mayoría de instrucciones son registros, sin importar si son uno o dos. Y pueden ser de todos los tipos que vimos antes.

inc rsi        ; rsi = rsi + 1
mov rdi, rsi   ; rdi = rsi
add rdi, rsi   ; rdi = rdi + rsi

Por ultimo, tenemos el direccionamiento a memoria. Consiste en utilizar los valores de los registros como direcciones de memorias, como si fueran punteros.

mov rsi, [rdi]  ; Deja en rsi lo que haya en la direccion de memoria marcada por rdi

Los procesadores en los que vamos a trabajar, organizan la memoria como una secuencia de bytes, direccionables a través de su bus de adress. La memoria conectada a este bus se denomina memoria física. El espacio de direcciones que pueden volcarse sobre este bus se denomina direcciones físicas.

La memoria que diseño Intel se encuentra segmentada, por lo que para poder direccionar correctamente necesitamos dos valores: algún identificador del segmento en el que se encuentra lo que estemos buscando, y un offset, o dirección efectiva, a partir del inicio de ese segmento. A esta dirección, la combinación entre el selector de segmento y la dirección efectiva, Intel decidió llamarla dirección lógica.

Selector de segmento [16 bits]	Offset (o dirección efectiva) [64 bits]

En general, el valor del selector de segmento se encuentra implícito, por lo que el programador no debería preocuparse por la segmentación. Aun así, es posible explicitar con que segmento se desea dirección un operando de memoria determinado. En caso de no especificarse un segmento, el procesador lo establecerá de acuerdo con la siguiente tabla:

Referencia a	Registro	Segmento	Regla de selección por defecto
Instrucciones	`CS`	Segmento de código	Cada opcode fetch
Pila	`SS`	Segmento de pila	Todos los `push` y `pop`, cualquier referencia a memoria que utilice como registro base `rbp` o `rsp`
Datos locales	`DS`	Segmento de datos	Cualquier referencia un dato, excepto en el stack o un destino de instrucción de string.
Strings destino	`ES`	Segmento de datos extra direccionado por ES	Destino de instrucciones de manejo de strings.

Los registros mostrados en la tabla son reservado para el manejo de la segmentacion.

Podemos direccionar a memoria con una gran versatilidad de movimiento. En resumidas cuentas, para encontrar la dirección efectiva resuelve la siguiente cuenta:

D i r e c c i o n E f e c t i v a = B a s e + (I n d i c e \times E s c a l a) + D e s p l a z a m i e n t o

Donde $B a s e$ es la dirección a secas a la que apunta el registro que estamos utilizando; $I n d i c e$ puede ser otro registro que indique una cantidad de "pasos" que queremos dar una vez en la dirección; $E s c a l a$ es un entero que va a escalar a $I n d i c e$ (específicamente, $E s c a l a$ solo puede tomar los valores 1, 2, 4 u 8); y $D e s p l a z a m i e n t o$ es la cantidad de bits que te quieres mover (para mas precisión). $D e s p l a z a m i e n t o$ solo puede tomar los valores 0, 8, 16 y 32.

Intel maneja la memoria con el modelo Little endian, así que hay que tener en cuenta que el orden de los bytes van a esta codificados "al revés" del sentido habitual.