8086命令セットの細かいメモ(2) - 絶品ゆどうふのタレ

今日もまた、細かいけどためになる話を教えてもらったのでメモ。自分で事後補足として調べたものも含むので、用語が正確じゃないかも。ツッコミ希望。

NASMがpushf(9C)/popf(9D)の機械語をpushfw/popfwとディスアセンブルするのはなぜか？

これはすごく歴史的経緯が深いやつで、16/32/64bitのCPU命令の拡張に伴う変更に起因するもの。 inc/dec命令その他複数の命令も同様の事情を持っている。

instruction prefix

この話に関係するのは、instruction prefix(命令プレフィックス)と呼ばれる、16/32/64bitの切り替えと互換保持などのために用いられる機能。

特に16/32bitの命令切り替えに関連してくるのは、

The operand-size prefix (66H)
The address-size prefix (67H)

といった、オペコードの前に置かれるprefix。これが配置されることで、その後ろの命令のオペランドサイズを切り替える。

pushf/popfにおける具体例

表題の疑問の回答。例えば、

bits 16
pushf
pushfw
pushfd

は、アセンブルすると

9C
9C
669C

となるが、

bits 32
pushf
pushfw
pushfd

は、

9C
669C
9C

となる。逆アセンブルの場合も同様で、-b 16では

9C   pushfw
669C pushfd

だが、-b 32では

9C   pushfd
669C pushfw

という解釈になる。ちなみに、16bit命令のpushf/popfと等価なものはpushfw/popfwであり、pushfd/popfdは32bit用命令セット。

64bitになると、32bit時代の命令であるpushfd/popfdは廃止され、64bit用にpushfq/popfqが加わる。

予想だが、16bitのものが残って32bitのものが消えたのは、　16bit機能がリアルモード/プロテクトモードの切り替えで意識する必要があるからではないか、と思っている(正解はまだ知らない)。

REXプレフィックス

REXプリフィックス

64bit化の際には、このprefix以外に、さらにREX prefixが導入された。その導入のために、inc/dec命令の領域を再配置し、その一部がprefix用に再利用されている。

同じ命令が複数の方法で表現可能な理由

例えば、

mov ax,0x12

は、以下の２通りで表現可能。

B012
C6C012

このように、なくなってもいい or 他の方法で表現できる命令が時々存在する。

何故こんなのがあるかというと、よく使われる命令セットを1つのショートカット機能で実現することでbyte数の節約に役立てる、というのが存在理由らしい。

ここは自分の推測だが、CISCの思想というのはつまり、こういうことなのかもしれない。メモリ大事。

addの`Immediate to Register/Memory`命令で`s:w = 10`が無い & `s:w = 11`でdataが1byteなのはなぜか

フラグの意味は以下のとおり。

s: signedの意。数値に+/-がつくアレ。
w: addの演算がbyteの演算かwordの演算か。
- byteの場合、レジスタの先頭1byteとの演算
- wordの場合、レジスタ2byteとの演算

加算命令ではあるが、コンピューターの世界では桁あふれと補数の存在によって減算も行われる、というところまでが前提。

sフラグは、wordの世界での下桁1byte分の減算を実現している。計算としてはsのフラグなしでも全て成り立つのだが、sを導入することで0XFFxxと加算する場合と比べて1byteが節約できる、というのが(おそらく)このフラグの目的で、同時にs:w = 11でdataが1byteだった理由。

そして、byteの演算にはsignedを持ち込む必要性がなかったために、s:w = 10の演算は定義されなかった、ということのようだ。

ざっくりまとめると