关于CPU的补充
寄存器
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,运算时就在这一小块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系统的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位寄存器的底32位部分并不是独立的。
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每次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直接从高速缓存一次读取指令来执行。
寄存器的补充
数据地址寄存器
数据地址寄存器通常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中
- 64位: X0-X30, XZR(零寄存器)
- 32位: W0-W30, WZR(零寄存器)
注意:
8086汇编中有一种特殊的寄存器段寄存器:CS,DS,SS,ES四个寄存器来保存这些段的基地址,这个属于Intel架构CPU中,在ARM中并没有
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,系统也提供了众多的向量寄存器。
- 向量寄存器 128位:V0-V31
栈
-
栈:是一种具有特殊的访问方式的存储空间(后进先出, Last In Out Firt,LIFO)
SP和FP寄存器
- sp寄存器在任意时刻会保存我们的栈顶地址
- fp寄存器也称为x29寄存器属于通用寄存器,但是在某些时刻我们利用它保存栈底的地址()
注意:ARM64开始,取消32位的LDM,STM,PUSH,POP指令!取而代之的是ldr\ldp str\stp
ARM64里面对栈的操作是16字节对齐!
关于内存读写指令
注意:读/写 数据都是往高地址读/写
str(store register)指令
将数据从寄存器中读出来,存到内存中。
ldr(load register)指令
将数据从内存中读出来,存到寄存器中
此idr和str的变种ldp和stp还可以操作2个寄存器
堆栈操作练习
使用32个字节空间作为这段程序的栈空间,然后利用栈将x0和x1的值进行交换。
sub sp, sp, #0x20 ;拉伸栈空间32个字节
stp x0, x1, [sp, #0x10] ;sp往上加16个字节,存放x0 和 x1
ldp x1, x0, [sp, #0x10] ;将sp偏移16个字节的值取出来,放入x1 和 x0
bl和ret指令
bl指令
- 将下一条指令的地址放入lr(x30)寄存器
- 转到标号处执行指令
ret
- 默认使用lr(x30)寄存器的值,通过底层指令提示CPU此处作为下条指令地址!
ARM64平台的特色指令,他们面向硬件做了优化处理的
x30寄存器
x30寄存器存放的是函数的返回地址,当ret指令执行时刻,会寻找x30寄存器保存的地址值!
注意:在函数嵌套调用的时候,需要将x30入栈。
函数的参数和返回值
ARM64下,函数的参数是存放在x0到x7(w0到w7)这8个寄存器里面的,如果超过8个参数,就会入栈。
函数的返回值时放在x0寄存器里面的。
函数的局部变量
函数的局部变量放在栈里面!