03-安全攻防之寄存器

1.寄存器

在CPU中有三大总线:

地址总线
数据总线
控制总线

他们对应连接CPU的:

寄存器
运算器
控制器
03-安全攻防之寄存器

对程序员来说,CPU中最主要部件是寄存器可以通过改变寄存器的内容来实现对CPU的控制;不同的CPU,寄存器的个数、结构是不相同的。

2.通用寄存器

  • ARM64拥有有31个64位通用寄存器 x0 到 x30,这些寄存器通常用来存放一般性的数据,称为通用寄存器(有时也有特定用途);

那么w0 到 w28 这些是32位的. 因为64位CPU可以兼容32位.所以可以只使用64位寄存器的低32位.
比如 w0 就是 x0的低32位!

  • 通常,CPU会先将内存中的数据存储到通用寄存器中,然后再对通用寄存器中的数据进行运算;
  • 假设内存中有块红色内存空间的值是3,现在想把它的值加1,并将结果存储到蓝色内存空间:

03-安全攻防之寄存器

  • CPU首先会将红色内存空间的值放到X0寄存器中:mov X0,红色内存空间
  • 然后让X0寄存器与1相加:add X0,1
  • 最后将值赋值给内存空间:mov 蓝色内存空间,X0

3.PC寄存器(program counter)

  • PC寄存器称为指令指针寄存器,它指示了CPU当前要读取指令的地址;
  • 在内存或者磁盘上,指令和数据没有任何区别,都是二进制信息;
  • CPU在工作的时候把有的信息看做指令,有的信息看做数据,为同样的信息赋予了不同的意义

比如 1110 0000 0000 0011 0000 1000 1010 1010
可以当做数据 0xE003008AA
也可以当做指令 mov x0, x8

  • CPU根据什么将内存中的信息看做指令?

CPU将pc指向的内存单元的内容看做指令
如果内存中的某段内容曾被CPU执行过,那么它所在的内存单元必然被pc指向过

4.Xcode如何查看寄存器

新建一个工程,打个断点,run,跑起来后,程序断到断点的位置上。如下图:
03-安全攻防之寄存器
如何查看汇编的代码呢?如下图:
03-安全攻防之寄存器然后进入下图:
03-安全攻防之寄存器

因为我是用模拟器测试截图的,有些汇编指令不太一样。在此仅做一个参考。

5. 为什么寄存处x0到x31 有16个16进制数呢?

如下图:
03-安全攻防之寄存器
上图中,可以看到,x0到x5的寄存器,每个寄存器都是以0x开头,后面跟着16位数。这是为什么呢?

在上文中说过,ARM64 一共有31个 64位的通用寄存器64位表示一个通用寄存器有64根电线连着,即可表示64位的二进制每4个二进制表示1个16进制位,即64位二进制等价于16个16进制位0x表示16进制的意思,所以,每个寄存器都是以0x打头,后面跟着16个16进制位的数

6.寄存器的补充

寄存器的类型:

数据地址寄存器
浮点和向量寄存器

6.1 数据地址寄存器

数据地址寄存器通常用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
03-安全攻防之寄存器

6.2 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了也提供了众多的向量寄存器.

向量寄存器 128位:V0-V31

6.3 SP和FP寄存器

  • sp寄存器任意时刻会保存我们栈顶的地址.
  • 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!