Atributos e prefixos
Entendendo os prefixos no código de máquina.
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Na arquitetura x86 as instruções contém o que é conhecido como "atributos", onde existe um determinado valor padrão para o atributo e é possível modificá-lo com um prefixo.
Como pode ser observado na ilustração exibida no tópico Formato das instruções, prefixos são bytes que podem (são opcionais na grande maioria das instruções) ser adicionados antes do opcode de uma instrução.
Uma instrução pode ter mais de um prefixo (até 4 legados). O prefixo REX existente somente em x86-64 precisa obrigatoriamente vir antes do opcode e depois dos demais prefixos. Mas exceto por ele, todos os outros prefixos podem ser adicionados em qualquer ordem que não fará diferença na instrução. Por exemplo a instrução mov eax, [ebx] em modo de 16-bit seria compilada como na imagem:
Onde 67 66 8B 03 e 66 67 8B 03 dariam na mesma, o processador executaria as duas instruções de maneira totalmente equivalente.
Em modo de 16-bit e modo de 32-bit, desde o processador i386, é possível usar tanto endereçamento de 16-bit como de 32-bit. No exemplo anterior a instrução mov eax, [ebx] foi compilada no modo de 16-bit, porém usando endereçamento e operando de 32-bit.
O atributo address-size determina o modo de endereçamento da instrução. Em modo 16-bit o atributo address-size por padrão é de 16-bit. E em modo de 32-bit o atributo é por padrão de 32-bit. Já em modo de 64-bit o endereçamento padrão é 64-bit.
O prefixo conhecido como address-size override, cujo o byte é 67, serve para usar o modo de endereçamento não-padrão. Ou seja, ao usar o prefixo se estiver em modo de 16-bit o endereçamento será de 32-bit. E se estiver em modo de 32-bit o endereçamento será de 16-bit. Já se estiver em modo de 64-bit o endereçamento será de 32-bit.
Por isso o prefixo é adicionado em 16-bit para instruções que usam endereçamento de 32-bit. O mesmo também é feito na situação oposta:
Assim como é possível alternar entre endereçamento de 16-bit e 32-bit nos modos de 16-bit (real mode) e 32-bit (protected mode). Também é possível alternar o tamanho dos operandos usados em operações.
Assim como também foi demonstrado no primeiro exemplo a instrução de 16-bit fez uma operação com um valor de 32-bit (o registrador EAX teve seu valor alterado para os 4 bytes presentes no endereço [EBX]).
E para isso foi usado o prefixo operand-size override, o byte 66. E na mesma lógica do address-size override ele alterna o tamanho do operando para o seu tamanho não-padrão. Onde em modos de 32-bit e 64-bit o tamanho padrão de operando é de 32-bit, e em modo de 16-bit o tamanho padrão é de 16-bit.
Vale citar um erro que eu vi um senhor cometer uma vez: Ele acreditava que em modo de 32-bit era possível usar registradores de 64-bit e endereçamento de 64-bit. Bem, isso está errado como você pode notar pela explicação acima.
Em modo de 16-bit é possível usar registradores e endereçamento de 32-bit alterando os atributos address-size e operand-size. Mas o mesmo não se aplica para 64-bit porque o uso de operandos de 64-bit é feito por meio do prefixo REX, que só existe em modo de 64-bit. E em modo de 32-bit só é possível alternar entre endereçamento de 32-bit e 16-bit usando o prefixo 67.
Qual segmento de memória será acessado pela instrução é definido em um atributo. O segmento padrão da instrução é definido de acordo com qual registrador foi usado como base:
Registrador base
Segmento
RIP
CS
SP/ESP/RSP
SS
BP/EBP/RBP
SS
Qualquer outro registrador
DS
Para alterar o atributo de segmento para um outro segmento de memória é usado um prefixo distinto por segmento:
CS
2E
DS
3E
ES
26
FS
64
GS
65
SS
36
Exemplo:
As instruções de movimentação de dados (movsb, movsw, movsd e movsq) bem como outras como scasb, lodsb, in, out etc. podem ser executadas em loop usando o prefixo REPE ou REPNE.
No caso das instruções MOVS* é possível usar o prefixo REPE, que nesse caso também pode ser chamado só de REP mas os dois mnemônicos produzem o mesmo byte (F3).
Ao usar esse prefixo na instrução, assim como foi explicado anteriormente, ela é executada em loop enquanto o valor de ECX não for zero. E a cada iteração do loop o valor do registrador é decrementado. Na verdade se CX ou ECX será usado isso é definido pelo atributo address-size e pode ser alternado com o prefixo address-size override. Por exemplo na sintaxe do NASM ficaria assim:
Assim ECX seria usado ao invés de CX. Onde a32 é uma palavra-chave usada no NASM para denotar que o address-size daquela instrução deve ser de 32-bit. Se usado em modo de 16-bit ele adiciona o prefixo 67, mas se estiver em modo de 32-bit então nenhum prefixo será adicionado tendo em vista que o address-size padrão já é de 32-bit.
Sim, também existe a16 e a64. Como também existe o16, o32 e o64 para denotar o tamanho do operand-size. Mas detalhe que a64 e o64 denotam o uso do prefixo REX que só existe em modo de 64-bit.
Nas instruções CMPS* e SCAS* o prefixo REPE (ou REPZ) repete a instrução enquanto a zero flag estiver setada. Já REPNE (ou REPNZ) repete enquanto a zero flag estiver zerada.
O prefixo LOCK (byte F0) é usado para fazer operações de escrita atômica em um determinado endereço de memória. Ou seja o prefixo garante que outros núcleos do processador não escrevam naquele endereço ao mesmo tempo, exigindo que essa operação finalize antes de outra que escreva no mesmo endereço seja executada.
Esse prefixo só pode ser usado nas seguintes instruções: ADD, ADC, AND, BTC, BTR, BTS, CMPXCHG, CMPXCH8B, CMPXCHG16B, DEC, INC, NEG, NOT, OR, SBB, SUB, XOR, XADD e XCHG. Isso, obviamente, quando o operando destino (o que está sendo escrito) é um operando na memória.
Na sintaxe do NASM o prefixo pode ser usado simplesmente com a palavra-chave lock antes da instrução. Como em:
É possível manualmente você instruir para o sistema de branch prediction do processador quais saltos condicionais provavelmente irão ocorrer ou não usando dois prefixos:
2E - Instrui para o processador que o pulo provavelmente não ocorrerá.
3E - Instrui para o processador que provavelmente o pulo ocorrerá.
Na sintaxe do NASM esses prefixos podem ser adicionados em saltos condicionais com as palavra-chaves false e true respectivamente. Como em:
Todavia esses prefixos são obsoletos e até mesmo ignorados por processadores mais novos, tendo em vista que processadores mais modernos usam um algoritmo para determinar qual salto é mais provável de ser tomado ou não. E também saltos para trás são considerados tomados e saltos para frente como não tomados. Isso por causa da forma como compiladores geram código para loops e condicionais.
Em versões mais modernas do NASM ele simplesmente irá ignorar o false ou true e não adicionará prefixo algum.
